CN1182382A - 运行结晶器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法,用于运行一种垂直设置尤其铸钢用的可控制结晶器,结晶器通过一提升机构被驱动振动。按本发明借助于测量技术检测驱动力(F)、结晶器的提升位置(X)和/或提升速度(V),在一个计算模型中给定结晶器提升运动作为额定参数,以及,最后借助于一个线路装置将表示铸坯外壳与结晶器之间摩擦力大小的结晶器提升运动的差值作为控制参数输入促动器。此外,本发明还涉及一种用于实施此方法的连铸设备。

Description

运行结晶器的方法
本发明涉及一种运行一种垂直设置可控制的尤其用于铸钢的结晶器的方法，它可通过提升机构驱动振动，以及涉及一种相应的连铸设备，它设有用于测量和调整结晶器提升运动的元件。
由EP0044291A1已知一种具有振动的连铸结晶器的设备，用于确定在结晶器侧壁与铸坯表面之间存在的摩擦力，其中，结晶器与一个加速度传感器连接，在结晶器托架上装有测力器，用于测量从结晶器传给托架的力，以及，加速度传感器与测力器通过减法电路连接。评估在驱动力信号与加速度信号之间的差值，看作是铸坯与结晶器之间摩擦力的度量。这种方法基于这样的设想，即，作用在结晶器上的所有力之和等于零。
已知方法的一个缺点是在结晶器范围内侵蚀性环境附近使用了易出故障的加速度传感器。此外，驱动装置内部的摩擦力没有考虑。尤其对于支承在板簧叠片中的结晶器，即所谓谐振式结晶器，产生不可忽略的弹簧力，它必须在结晶器力的平衡计算中加以考虑。
由DE2743579C2已知一种控制金属连铸的方法，其中结晶器被驱动振动，在结晶器内的液态金属表面覆盖一种规定成分的保护粉末，此时首先观察离开结晶器的铸坯表面，记录实有的结晶器运动，并进一步主要与有效的结晶器运动给定的频谱作比较。
在这里，在铸机的结晶器上装了一个加速度传感器，加速度信号在一个没有进一步详细说明的数据发送器中进行处理。在这种情况下的出发点是，铸坯与结晶器之间的摩擦力对加速度信号的频谱有影响。在这里还没有搞清楚，结晶器运动或振动的频率组成是否与摩擦力有关。
这种方法的缺点是，由于要进行频率分析，所以反应时间长。在这里只是确定了一个时间平均值。此外，摩擦力只是相对于频谱的变化范围确定。除此之外，加速度传感器布置在结晶器范围内侵蚀性环境的附近。
本发明追求的目的是提供一种方法和创造一种相应的设备，据此可以借助于简单的措施在任何时刻可靠地推定摩擦力。
本发明通过方法权利要求1和设备权利要求6的特征部分所述特征达到上述目的。
按本发明为了推定(rekonstruieren)摩擦力连续地测量结晶器提升运动和使结晶器作提升运动的驱动力。测量值在专用的计算线路中进行处理，计算线路提供铸坯与结晶器之间的摩擦力作为处理结果。计算线路的设计建立在结晶器提升运动的一个动态数学模型的基础上。其中，可以通过测量技术检测结晶器的提升位置和/或提升速度。若只检测提升位置，则可以推定提升速度。同理，若通过测量技术检测提升速度，则推定提升位置。
与已知的先有技术不同，在先有技术中确定的只是一个时间平均值，但在所建议的方法中获得的是摩擦力随结晶器提升运动的变化过程。在这种情况下摩擦力被确定作为绝对值，也就是说不只是对于频谱变化范围的相对值。
所建议的方法的一个突出的优点在于，对于任何一种振动状态，亦即对于任何一个振动频率和振幅，驱动力不是必须在空载时事先已知的。
另一个优点在于，在所建议的方法中考虑了弹簧力。这尤其适用于谐振结晶器，亦即支承在板簧叠片中的结晶器。在用铰链杠杆控制结晶器的情况下考虑了全部驱动装置的刚性。
此外，考虑了结晶器支承装置的线性摩擦。当结晶器支承装置的摩擦力非常小时，这一值可看作零。
在铸坯外壳与结晶器之间经推定的摩擦力作为控制参数输入一个促动器。与此同时，此摩擦力可以作为附加的过程技术参数显示给操作者，提供有关连铸过程的附加信息。
通过在线检测摩擦力，为自动监测提供了可能性，尤其是在断裂的早期识别方面。在这种情况下可以及时看出趋势，并例如通过报警信号通报即将发生的断裂。操作人员或可以促使降低浇注速度，但也可以实施速度的自动反馈，以便与通过操作人员的对报警信号的主观判断无关地防止断裂。
除此之外将经推定的摩擦力进一步应用于过程控制和过程监测。自动供入浇注粉或添加润滑剂和在可调式结晶器中窄侧的斜度调整均属于此，其中，在摩擦力提高时操纵润滑剂的供入，窄侧斜度的调整在非正常摩擦状况时根据推定的摩擦力进行控制。
采用所建议的方法可以用简单的方法监测结晶器的状态。对于所有的方法，空载时的驱动力、频谱或系统摩擦都是作为进一步研究摩擦力的先决条件。若现在在空载时经过一些时间后的进一步测量中能发现这些基本数据的变化，则操作人员可推断出在结晶器机械系统中的改变。
可以进一步优化这些参数。若操作者为了避免表面缺陷和铸坯缺陷，在液压式提升驱动装置的情况下，打算对K系数的变化或尤其是全新的调整策略进行试验，则他迄今要完成的成品试验需借助于复杂的和非常花费时间的测量程序。通过摩擦力的确定向他提供了一个辅助工具，用于对参数变化的影响作第一次评估。类似地适用于在浇注粉的分析中，此时摩擦力的确定可用来改善对浇注粉的选择。
众所周知，摩擦力对于铸坯质量和铸坯的缺陷具有特别重要的意义。尤其在向下运动时没有足够的摩擦力往往是造成短的纵向裂纹和不规则的深的位移痕迹(Hubmarken)的原因。在准确地了解摩擦力的情况下可以减少这些缺陷和提高铸坯的质量。
此外，摩擦力的最佳化是快速铸造的重要的先决条件。
附图表示了本发明的一个例子。
其中：
图1弹簧测量系统；
图2以结晶器行程为基础的计算线路；
图3以提升速度为基础的计算线路；
图4以结晶器行程和提升速度为基础的计算线路。
图1中示意表示了结晶器31，它被板簧叠片33固定并通过液压驱动装置32驱动。
在结晶器31上设有测量和调整装置的测量元件，它们用于测量位置41、速度42、力43以及压力44。
通过此弹簧测量系统，说明了结晶器的升降运动，其中，一个未知的摩擦力FR影响结晶器的运动。对摩擦力FR进行推定，它基本上表示在铸坯与结晶器31之间的摩擦力。结晶器的提升运动受力F的作用，此力造成结晶器沿提升方向运动。驱动力F直接或间接地提供作为可测量的参数。为测量此力使用测压计、DMS传感器、电驱动装置中的电机电流或液压驱动装置中的压力。
此外，通过测量技术检测用于推定铸坯与结晶器之间摩擦力的结晶器提升幅度X和/或提升速度V。
在图2至4中表示了一些累加器11，用于摩擦力FR、自重力FG、驱动力F、弹簧力FC＝C×X(C为弹簧总刚度)和线性摩擦力FD＝D×V(D为线性摩擦系数)。累加器12包括位置X、速度V和累加器11的结果。累加器13涉及速度V，以及累加器14涉及位置X。
此外，数字21至22表示积分器，而且21涉及加速度b、22涉及速度V以及23涉及位置X和速度V。
用P1至P3表示放大器，且：
P1＝-C/M
P2＝-D/M
P＝-1/M
其中M为总的振动质量、C为弹簧总刚度以及D为线性摩擦系数。
图2表示的计算线路针对这种情况，即，除驱动力F外还提供结晶器行程作为测量参数。在这种情况下除摩擦力FR外还推定提升速度V。线路的系数L1、L2和L3选择为，使结晶器行程测量值与结晶器行程计算值之间的差值收敛为零。
图3表示的计算线路针对这种情况，即，除了驱动力F外还提供提升速度V作为测量参数。在这种情况下除摩擦力FR外还推定结晶器行程X。线路的系数L4、L5和L6选择为，使提升速度的测量值与计算值的差值趋于零。在图5中表示了一个计算线路，其中除驱动力F外还提供结晶器行程X和提升速度V作为测量参数。系数L1至L6选择为，使结晶器行程X以及提升速度V的测量值与计算值之间的差值都趋于零。
在图2、4和5中表示的线路分别表示了三阶线性不随时间变化的微分方程组。图2的系数L1、L2和L3、图3的系数L4、L5和L6以及图4的系数L1至L6按数学上的表述是被计算为这样，即，使这些微分方程组具有预先规定的负的特征值。
按图2至4的计算线路可通过相似的电路或使用数字计算机实现。为了形象化和也为了传送此经推定的摩擦力，采用摩擦力的瞬时值和沿一个可预定的时间段的摩擦力同向瞬时值的平均值。

Claims (9)

1.运行一种垂直设置尤其用于铸钢的可控制式结晶器的方法，结晶器通过一提升机构被驱动振动，其特征为：驱动力(F)、结晶器的提升位置(X)和/或提升速度借助于测量技术进行检测；在一个计算模型中规定结晶器的提升运动作为额定参数；在线路装置中累加弹簧力(FC)、线性摩擦力(FD)和减去结晶器自重力(FG)的驱动力(F)与摩擦力(FR)之差；在随后的步骤中进行速度(V)的积分以及接着位置(X)的积分；系数(L)应选择为，使结晶器提升位置和/或提升速度的测量值与相应的计算值之间以及力之间的差值收敛为零；以及，将表示铸坯外壳与结晶器之间摩擦力(FR)(推定后的摩擦力)大小的结晶器提升运动的差值作为控制参数输入促动器。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：经推定的摩擦力直观化和被记录。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征为：经推定的摩擦力控制浇注粉的供给。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征为：经推定的摩擦力控制可调式结晶器的斜度。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征为：线路装置表示三阶的与时间无关的微分方程组，它们被计算为具有负的特征值，在这种情况下，这些线路装置可通过相似的电气元件或借助于时间离散的变换在数字计算机上实现。
6.用于实施按照权利要求1所述的方法铸钢的连铸设备，它有一个垂直设置的可控制的结晶器，结晶器通过一提升机构被驱动振动，以及有一些用于测量和调整结晶器提升运动的元件，其特征为：设有一个结晶器加速度的积分器(21)和一个结晶器速度的积分器(22)；计算的和测量的结晶器提升位置累加器(14)和/或计算的和测量的结晶器提升速度累加器(13)与积分器(23)连接；以及，设有一个累加器(11)，它累加经测量传感器传送的减去自重力的驱动力与积分器(23)的数据；以及，设有一个累加器(12)，它累加弹簧力(FC)、来自结晶器支承装置的线性摩擦力(FD)以及来自累加器(11)的数据得出加速度(b)。
7.按照权利要求6所述的连铸设备，其特征为：设置测量力的力传感器(43)。
8.按照权利要求6所述的连铸设备，其特征为：使用液压驱动装置(32)，在此装置上装设压力测量装置(44)。
9.按照权利要求6所述的连铸设备，其特征为：在结晶器(31)上设板簧叠片(32)，用于沿运动方向的控制。
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