PL179092B1

PL179092B1 - Sposób i urzadzenie do formowania plaskich wyrobów metalowych miedzy dwoma walcami PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179092B1
Application number: PL95311154A
Authority: PL
Inventors: Jacques Barbe; Luc Vendeville; Elias Sarkis; Jean-Marie Pelletier; Francois Mazodier; Pierre Delassus; Yves Grandgenevre
Original assignee: Thyssen Stahl Ag; Usinor
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 2000-07-31
Also published as: EP0709152A1; CN1130106A; DK0709152T3; CN1077461C; GR3033480T3; BR9505010A; JPH08229639A; AU685677B2; DE69515251T2; KR100394475B1; FI107889B; AU3448595A; ZA958911B; FR2726210B1; FI955098A; DE69515251D1; CA2161557A1; FR2726210A1; UA35617C2; RO115335B1

Abstract

1 Sposób formowania plaskich wyrobów metalowych miedzy dwoma walcami, a zwlaszcza ciaglego ustalania wielkosci szczeliny przewezenia miedzy dwoma walcami o zasadniczo równoleglych osiach urzadzenia do formowa- nia na goraco, plaskiego wyrobu metalowego przez przepuszczenie tego wy- robu miedzy wspomnianymi walcami, znamienny tym, ze dokonuje sie pomiaru szerokosci szczeliny w stanie poczatkowym bez wyrobu na zimno, to znaczy co najmniej w plaszczyznie srodkowej poprzecznej instalacji, oraz podczas formowania wyrobu, przy czym w przypadku kazdego walca doko- nuje sie pomiaru zmian polozenia co najmniej trzech punktów (C31 , C33, C35) na powierzchni walca w odniesieniu do tego stanu wyjsciowego na tworzacej usytuowanej pod katem 180° wzgledem przewezenia, to znaczy polozonej przeciwlegle do przewezenia, przy czym punkty te sa usytuowane odpowiednio co najmniej we wspomnianej plaszczyznie srodkowej (P3 ) i w dwóch drugorzednych plaszczyznach (P1 , P5 ) równoleglych do plaszczyzny srodkowej i usytuowanych po obu stronach wspomnianej plaszczyzny srod- kowej, przy czym co najmmej w plaszczyznie srodkowej dokonuje sie pomia- ru zmiany (C23) polozenia punktu usytuowanego na tworzacej walca przesunietej o kat 90° wzgledem przewezenia w odniesieniu do stanu poczatkowego, ustala sie w oparciu o model obliczeniowy lub na podstawie doswiadczalnych krzywych zmiany (512) dlugosci (R) promienia walca w plaszczyznach miedzy przewezeniem i jedna z tworzacych przesunieta o kat 90° lub 180°, na podstawie pomiarów zmian polozenia punktów lezacych w plaszczyznie srodkowej i odpowiednio przesunietych o kat 90° lub 180° wzgledem przewezenia oraz dlugosci promienia w tejze plaszczyznie srodko- wej odpowiednio miedzy przewezeniem i punktem przesunietym o 90° (d 123 ) i miedzy punktami przesunietymi o 90° i o 180° ustala sie wielkosc (? x 3) ugiecia w srodku i wielkosc zmiany dlugosci promienia w przewezeniu wzgledem stanu poczatkowego, ponadto ustala sie wartosc chwilowa (e3 ) szczeliny w srodku w oparciu o wspomniana wielkosc szczeliny w srodku zmierzona na zimno, wielkosc ugiecia w srodku i wielkosc zmiany dlugosci promienia, jak równiez ksztalt szczeliny F I G 1 P L 179092 B 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do formowania płaskich wyrobów metalowych między dwoma walcami, zwłaszcza do ciągłego ustalania wielkości szczeliny przewężenia pomiędzy tymi walcami.

Znane jest formowanie płaskich wyrobów metalowych metodą ciągłego odlewania i stopów między dwoma cylindrami, w trakcie którego występują duże przepływy ciepła między odlewanym metalem i intensywnie chłodzonymi walcami, które tworzą dwie ścianki formy, do której wpływa roztopiony metal, a także dotyczy to innych operacji formowania, na przykład walcowania.

Jeden z istotnych problemów związanych z uzyskaniem wyrobu dobrej jakości polega na praktycznie ciągłej obserwacji szczeliny między walcami, aby można było dokonywać regulacji grubości i wypukłości umożliwiającej uzyskanie wyrobu dobrej jakości pod względem ich

179 092 kształtu geometrycznego, to znaczy posiadającego przekrój o wymaganych stałych kształtach i wymiarach na całej jego długości.

Określenie „szczelina walców” odnosi się nie tylko do średniej odległości między dwoma walcami w miejscu przewężenia między nimi (szczelina o najmniejszej szerokości, usytuowana w płaszczyźnie, w której leżą osie obu walców), ale również do kształtu szczeliny w miejscu przewężenia, która na ogół nie jest dokładnie prostokątna, bądź to na skutek świadomego działania w celu uzyskania wyrobu z nieznacznąpoprzeczną wypukłością, bądź też na skutek odkształceń urządzenia i walców.

Tego rodzaju odkształcenia są efektem sił wywieranych przez wyrób, które powodują: zwiększenie odstępu między walcami w wyniku odkształcenia klatki podpierającej lub na skutek zmiany położenia łożysk elementów regulacyjnych (przy czym te zmiany wielkości odstępu niekoniecznie sąjednakowe, co prowadzi do powstania asymetryczności szczeliny względem środkowej płaszczyzny prostopadłej do osi walców), ugięcie osi walców, a nawet własne ugięcie ścianki walców.

Odkształcenia te są również efektem wymiany termicznej powodującej zjawisko powstania ogólnej wypukłości termicznej na pobocznicach walców podczas ich nagrzewania się jak również cyklicznych miejscowych odkształceń podczas obracania się walców na skutek kolejnych faz docisku każdego obszaru walca do formowanego wyrobu, a zwłaszcza w przypadku odlewania między walcami, do wyrobu odlewanego, który zastyga przy zetknięciu się z walcami, a następnie odsuwania się tego obszaru od jego powierzchni.

Aby móc jak najdokładniej określić kształty i wymiary tej szczeliny konieczne byłoby więc dokonanie pomiaru odstępu w miejscu przewężenia między walcami nie tylko w jednym punkcie szerokości walców, ale na całej długości, a co najmniej w kilku punktach rozmieszczonych wzdłuż dwóch tworzących przewężenia.

Znane jest stosowanie szczelinomierzy i mierników profilowych umożliwiających ustalenie kształtów i wymiarów wyrobu po uformowaniu go, ponieważ nie ma możliwości dokonywania tych pomiarów w trakcie procesu odlewania. Poza tym, że mierniki te są kosztowne, to ponadto mogąbyć stosowane w znacznej odległości od przewężenia, więc wykonany pomiar pozwala uzyskać wielkość szczeliny ze znacznym opóźnieniem. W przypadku zmiany tej wartości poprawka może być wprowadzona dopiero ze znacznym opóźnieniem, co pociąga za sobą powstawanie nieregulamości podłużnego przekroju wytwarzanego wyrobu.

Wynalazek ma na celu rozwiązanie tych problemów, a zwłaszcza umożliwienie szybkiego ustalenia wielkości szczeliny w sposób ciągły podczas operacji formowania wyrobu, tak aby możliwe było prawie natychmiastowe zadziałanie na elementy regulacyjne położenia walców, lub na elementy sterujące innymi parametrami procesu formowania, na przykład na elementy regulacyjne „wypukłości” beczki walca, w celu utrzymania stałego wymaganego kształtu i wymiarów.

Sposób formowania płaskich wyrobów metalowych miedzy dwoma walcami, a zwłaszcza ciągłego ustalania wielkości szczeliny przewężenia między dwoma walcami o zasadniczo równoległych osiach urządzenia do formowania na gorąco, płaskiego wyrobu metalowego przez przepuszczenie tego wyrobu między wspomnianymi walcami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dokonywany jest pomiar szerokości szczeliny w stanie początkowym bez wyrobu na zimno, to znaczy, co najmniej w płaszczyźnie środkowej poprzecznej instalacji, oraz podczas formowania wyrobu, przy czym w przypadku każdego walca dokonuje się pomiaru położenia co najmniej trzech punktów na powierzchni walca w odniesieniu do tego stanu wyjściowego na tworzącej usytuowanej pod kątem 180° względem przewężenia, to znaczy położonej przeciwległe do przewężenia, przy czym punkty te sąusytuowane odpowiednio co najmniej we wspomnianej płaszczyźnie środkowej i w dwóch drugorzędnych płaszczyznach równoległych do płaszczyzny środkowej i usytuowanych po obu stronach wspomnianej płaszczyzny środkowej, przy czym co najmniej w płaszczyźnie środkowej dokonuje się pomiaru zmiany położenia usytuowanego na tworzącej walca przesuniętej o kąt 90° względem przewężenia w odniesieniu do stanu początkowego, ustala się w oparciu o model obliczeniowy, lub na podstawie doświadczalnych krzywych zmiany długości promienia walca w płaszczyznach między przewężeniem i

179 092 jedną z tworzących przesuniętych o kąt 90° lub 180°, na podstawie pomiarów zmian położenia punktów leżących w płaszczyźnie środkowej i odpowiednio przesuniętych o kąt 90° lub 180° względem przewężenia oraz długości promienia w tejże płaszczyźnie środkowej odpowiednio między przewężeniem i punktem przesuniętym o 90° i między punktami przesuniętymi o 90° i 180° ustala się wielkość ugięcia w środku i wielkość zmiany długości promienia w przewężeniu względem stanu początkowego, ponadto ustala się wartość chwilową szczeliny w środku w oparciu o wspomnianą wielkość szczeliny w środku zmierzoną na zimno, i wielkość ugięcia w środku i wielkość zmiany długości promienia, jak również kształt szczeliny.

Korzystnie dokonuje się również pomiaru zmian położenia punktów powierzchni usytuowanych we wspomnianych płaszczyznach drugorzędnych i przesuniętych o 90° względem przewężenia.

Korzystnie ponadto określa się profil termiczny tworzącej oddalonej od przewężenia i usytuowanej w miejscu, w którym dokonywany jest pomiar zmian położenia co najmniej trzech punktów tej tworzącej na podstawie funkcji określonej parametrami pozwalającej ustalić odkształcenie termiczne w jednym punkcie tej tworzącej w fiinkcji osiowego położenia tego punktu oraz w oparciu o pomiar zmian położenia co najmniej trzech punktów, i ustala się profil termiczny tworzącej na przewężeniu na podstawie tego profilu termicznego tworzącej oddalonej od przewężenia i wyznaczonych zmian długości promienia walca we wspomnianych płaszczyznach między przewężeniem i wspomnianą tworzącą oddaloną od przewężenia.

Korzystnie określa się asymetrię przewężenia na podstawie pomiaru zmian położenia punktów usytuowanych odpowiednio w płaszczyznach drugorzędnych i przesuniętych o 90° i 180°.

Korzystnie dokonuje się również pomiaru zmian położenia punktów przesuniętych o 180° względem stałego punktu odniesienia w przestrzeni.

Korzystnie dokonuje się pomiaru zmian położenia punktów przesuniętych o 180° względem elementów podporowych poszczególnych walców składających się z łożysk, w których obracają się końce wałów walców oraz dokonuje się pomiaru zmian odstępu między tymi łożyskami na każdym z końców.

Urządzenie do formowania płaskich wyrobów metalowych między dwoma walcami, zwłaszcza gdy walce stykają się ze stopionym metalem i są odlewniczymi chłodzonymi walcami instalacji ciągłego procesu odlewniczego prowadzonego między dwoma walcami, na przykład taśm, składające się z dwóch walców, których osie są zasadniczo równoległe i które wyznaczają przewężenie usytuowane we wspólnej płaszczyźnie przechodzącej przez ich osie, elementów podporowych wyposażonych w łożyska, w których obracają się osiowo końce wałów tych walców, oraz podstawy, po której prowadzone są elementy podporowe co najmniej jednego z walców wykonujące ruch postępowy powodujący oddalanie lub przybliżanie walców, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że każdy walec posiada elementy pomiarowe położenia tworzącej usytuowanej przeciwległe do przewężenia co najmniej w trzech punktach położonych odpowiednio w płaszczyźnie środkowej prostopadłej do osi i w dwóch płaszczyznach drugorzędnych równoległych do płaszczyzny środkowej i usytuowanych w pobliżu krawędzi walców oraz elementy pomiarowe położenia tworzącej przesuniętej o 90° względem przewężenia w tej płaszczyźnie środkowej.

Korzystnie, urządzenie jest również wyposażone w elementy pomiarowe położenia tworzącej przesuniętej o 90° względem przewężenia w płaszczyznach drugorzędnych.

Korzystnie, elementy pomiarowe są utworzone przez czujniki położenia zainstalowane na elementach podporowych walców, przy czym urządzenie jest dodatkowo wyposażone w elementy pomiarowe zmian odstępu łożysk.

Korzystnie, elementy pomiaru położenia tworzącej położonej przeciwległe do przewężenia stanowią czujniki zainstalowane na podstawie.

Korzystnie, urządzenie posiada również elementy obliczeniowe sprzężone z elementami pomiarowymi obliczającymi zmiany pomierzonych położeń wspomnianych tworzących, określającymi zmiany długości promienia walca w płaszczyznach między przewężeniem i jednym z punktów przesuniętych o 90° lub 180° za pomocąmodelu obliczeniowego uwzględniającego pa

179 092 rametry procesu odlewania i/lub na podstawie danych doświadczalnych, obliczaj ącymi wielkość ugięcia walca w środku i wielkość zmiany długości promienia na przewężeniu względem stanu początkowego na podstawie tych zmian położenia i zmian długości promienia wyliczającymi chwilową wartość przewężenia w środku walca oraz profil szczeliny na podstawie wielkości szczeliny w środku za zimno i wartości ugięcia w środku i wielkości zmiany długości promienia.

Korzystnie, elementy pomiarowe składają się z czujników pojemnościowych i/lub indukcyjnych i/lub laserowych.

Dzięki sposobowi według wynalazku można więc ustalać dokładnie i szybko, bez przerw w procesie produkcji wyrobu prawie dokładne wymiary i kształty szczeliny zapewniając tym samym utrzymanie ich wymaganych tolerancj i, lub w przypadku wystąpienia odchyłki dokonywać prawie natychmiastowych regulacji za pomocą różnych mechanizmów wykonawczych, w które taka instalacja jest standardowo wyposażona. Można dzięki temu otrzymywać wyroby dobrej jakości o stałym przekroju na całej ich długości.

Dokonując również pomiaru zmian położenia punktów powierzchni usytuowanych w dwóch innych płaszczyznach i przesuniętych o 90° względem przewężenia można dokładnie określić asymetrię szczeliny, to znaczy różnicę odstępu między obu krawędziami walców na podstawie pomiaru zmian położenia punktów usytuowanych odpowiednio we wspomnianych dwóch innych płaszczyznach przesuniętych o kąt 90° i 180°.

Przedmiot wynalazku znajduje zastosowanie przy produkcji wyrobów metalowych, na ogół płaskich i cienkich, na przykład taśm ze stali lub innego metalu, przez formowanie wyrobu podczas przepuszczania go między dwoma walcami o zasadniczo równoległych osiach, które wywierają nacisk na produkt.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie odlewowe w widoku częściowym, uproszczonym, fig. 2 - walec znajdujący się na wyposażeniu urządzenia w półprzekroju osiowym, fig. 3 - urządzenie instalacji odlewniczej w uproszczonym widoku z góry, fig. 4 - urządzenie z fig. 3 w widoku z przodu w przekroju wzdłuż płaszczyzny P, z fig. 3.

Urządzenie do odlewania ciągłego przedstawione na fig. 1 jest wyposażone w znany sposób w dwa walce 10,llo równoległych osiach usytuowanych w poziomej płaszczyźnie P, chłodzone od wewnątrz i napędzane za pomocą (niepokazanego) środka napędowego. Walec 10 przedstawiony schematycznie na rysunku z fig. 2 posiada wał 12, korpus 31 połączony z wałem 10 oraz zewnętrzne dzwono 32, które tworzy powierzchnię odlewania, mocowane na korpusie 31 za pomocą znanych środków.

W klasycznym procesie w celu wyprodukowania taśmy posiadającej niewielką poprzeczną wypukłość (niezbędnąprzy dalszej obróbce taśmy metodą walcowania na zimno), zewnętrzna powierzchnia 34 dzwona 32 powinna być nieznacznie wklęsła. Dlatego też podłużny profil powierzchni 34 (w kierunku osi walca) uzyskany metodą obróbki maszynowej jest wklęsły. Wklęsłość ta jest zresztą wyznaczona na zimno w taki sposób, że na gorąco i w sąsiedztwie szczeliny wymagana wklęsłość nie zanika, z uwagi na fakt, że wstępna wklęsłość wykazuje tendencje do zanikania na skutek efektu wypukłości termicznej podczas nagrzewania się dzwona 32.

Na figurze 2 w sposób świadomie przesadny linią przerywaną 3 5 zaznaczone są kształty powierzchni walcowania na zimno, a na gorąco - odnośnikiem 34, przy czym linia 36 oznaczona teoretycznąprostoliniową tworzącą, względem której ustalane jest zagłębienie, czyli wspomniana wklęsłość.

Wracając do fig. 1 można na niej dostrzec, że wały 12 są osadzone w łożyskach 13F, 14F, 13M, 14M, lub obudowach, w których się obracają.

Łożyska 13F, 14F walca 10 są połączone za pomocą podpory, na przykład suportowej belki 15F, ustawionej nieruchomo względem podstawy 16 urządzenia. Łożyska 13M, 14M drugiego walca 11 są połączone i mogąbyć na niej przemieszczane, przy czym położenie łożysk 13M i 14M może być regulowane za pomocą dźwigników napędowych 17, które również wytwarzają siłę przeciwdziałającąodsunięciu się walców 10,11 od siebie pod działaniem odlewanego wyrobu.

179 092

Urządzenie zawiera ponadto elementy pomiarowe położenia powierzchni 34 każdego walca 10,11. Elementy pomiarowe każdego z walców 10,11 składają się z zespołu 20 czujników 22 przeznaczonych do pomiaru położenia powierzchni 34 na tworzącej tej powierzchni usytuowanej w płaszczyźnie poziomej P, przeciwległe do przewężenia oraz w szeregu punktów wzdłuż tej tworzącej. Na rysunku z fig. 1 przedstawiono więc trzy czujniki 22, z których jeden znajduje się w płaszczyźnie poziomej P₃ i dokonuje pomiaru położenia punktu umiejscowionego zasadniczo pośrodku wspomnianej tworzącej, a dwa pozostałe czujniki 22 sąrozmieszczone odpowiednio w dwóch innych płaszczyznach pionowych P] i P₅ w pobliżu krawędzi odlewniczej powierzchni 34. W celu zwiększenia dokładności pomiarów można zastosować dodatkowe czujniki usytuowane w punktach pośrednich.

Zespół 20 czujników 22 jest usytuowany nieruchomo względem podstawy 16. Czujniki 22 są urządzeniami znanymi w pomiarach triangulacyjnych, na przykład są to czujniki laserowe, które sąw stanie wychwycić niewielkie zmiany odległości znajdując się jednocześnie w pewnym oddaleniu od punktu, którego położenie ma być określone. Czujniki 22 sąrozmieszczone tak, aby były wycelowane na powierzchnię walca 11 przez otwór 18 wykonany w tym celu w suportowej belce 15M walca 11. W ten sposób pomiar dokonywany przez czujniki 22 jest bezpośrednim pomiarem położenia punktów powierzchni walca 11 usytuowanych na linii celowej względem podstawy 16, a więc jest niezależny od położenia łożysk 13M, 14M.

Elementy pomiarowe położenia powierzchni 34 zawierająrównież zespół 21 czujników 23 usytuowany pod walcem 11 w płaszczyźnie pionowej przechodzącej zasadniczo przez oś walca 11, przy czym zespół 21 jest ustawiony nieruchomo względem łożysk 13M, 14M, a tym samym zespół 21 przemieszcza się wraz z nimi. Czujniki 23 są, na przykład, czujnikami pojemnościowymi lub indukcyjnymi do pomiarów przybliżonych. Zespół 21 składa się z trzech czujników 23 usytuowanych odpowiednio w tych samych płaszczyznach pionowych co czujniki 22 zespołu 20, umożliwiających tym samym dokonywanie pomiaru położenia w trzech punktach tworzącej powierzchni 34 przesuniętej o 90° od przewężenia przed tym ostatnim, względem kierunku obrotów walca 11.

W podobny sposób usytuowane są dwa zespoły 24,25 czujników w pobliżu drugiego walca 10. Należy jednak zwrócić uwagę, że czujniki zespołu 24 mogą być równie dobrze czujnikami typu pojemnościowego lub indukcyjnego biorąc pod uwagę, że łożyska 13F i 14F walca 10 są umieszczone na stałe względem podstawy 16.

Według innego przykładu wykonania przedstawionego na fig. 2 i fig. 4, takie czujniki wykonujące wyłącznie pomiary z małej odległości mogą być również stosowane zamiast czujników 22 do pomiaru położenia punktów tworzącej usytuowanej przeciwległe do przewężenia walca 11. W takim przypadku czujniki te sąusytuowane nieruchomo względem elementów podporowych 15M walca 11, a do pomiaru położenia elementów podporowych 15M względem podstawy 16 służą dodatkowe czujniki, na przykład czujnik 26, rozmieszczone tak, aby mierzyły zmiany odstępu między łożyskami 13F, 14F, 13M, 14M dwóch walców 10 i 11.

Sposób stałego określania wielkości szczeliny w trakcie odlewania za pośrednictwem wspomnianych wyżej czujników zostanie opisany w oparciu o fig. 3 i 4.

Najpierw należy zwrócić uwagę, że rzeczywista szczelina lub przewężenie między walcami w trakcie prowadzenia odlewania zależy:

- od początkowego wgłębienia walców na zimno,

- efektu wypukłości termicznej i promieniowego rozszerzania się dzwon, które dążą do zmniejszenia tego wgłębienia podczas nagrzewania się dzwona,

- wielkości odkształcenia całości elementów podpierających dzwon, zwłaszcza ugięcia wałów walców, które sprawia, że odległość między walcami w przewężeniu wzrasta.

Biorąc pod uwagę, że siły ściskające są stosunkowo niewielkie, a dzwono ma dużą średnicę w porównaniu z szerokością, można uznać, że samo dzwono nie ulega ugięciu, a w każdym razie ugięcie to jest minimalne. Jednak właściwe ugięcie dzwona może być uwzględnione przy ustalaniu wielkości szczeliny przy użyciu jak największej liczby czujników w każdym ich zespole.

179 092

Ugięcie podstawy 16 można również uznać za nieistotne. Stosując jednak układ czujników przedstawiony na fig. 3 i 4, takie ewentualne ugięcie zostaje całkowicie wyeliminowane, ponieważ dokonuje się pomiaru zmian odstępu między łożyskami 13F, 14F, 13M, 14M, walców 10,11, przy czym ugięcie podstawy 16 nie ma już żadnego znaczenia dla pomiarów.

Aby dokładnie określić kształty i wymiary szczeliny przewężenia w trakcie procesu odlewania, wystarczy znać wielkość szczeliny przewężenia, to znaczy w środkowej płaszczyźnie urządzenia, asymetrię szczeliny przewężenia, profil powierzchni dzwona.

Znajomość tych elementów umożliwia regulację następujących parametrów: grubości odlewanego wyrobu przez ustawienie jednakowego przemieszczenia dwóch dźwigników dociskowych 17, asymetrii poprzecznej wyrobu przez ustawienie różnych przemieszczeń tych dźwigników, profilu wypukłości przez oddziaływanie na wymianę ciepła między wyrobem i dzwonem, na przykład zmieniając poziom chłodzenia dzwona lub prędkości obrotowej walców.

W zamieszczonych poniżej wyjaśnieniach zastosowane zostaną następujące oznaczenia wykorzystywane przy ustalaniu wielkości szczeliny w środku walca, asymetrii i kształtu profilu powierzchni dzwona w oparciu o pomiary dokonane przez poszczególne czujniki: eo : wielkość początkowa szczeliny na zimno między teoretycznymi tworzącymi 36 dzwon, e : rzeczywista wartość szczeliny, b : wartość ugięcia na zimno tworzącej powierzchni 34 powstałej przez obróbkę tej powierzchni,

Δχ : wartość ugięcia walca, e_d i e_g : wartości zmian odstępu między łożyskami pomierzone za pomocą czujników 26, AR : zmiana długości średnicy zimnego walca względem jego długości (w wyniku wybrzuszenia termicznego i rozszerzenia promieniowego), δ : zmiana długości promienia podczas obrotów, L : odległość między dwoma łożyskami walca,

I : odległość osiowa każdej z pionowych płaszczyzn, w której usytuowane są czujniki względem łożyska, λ : szerokość dzwona,

C : wielkości zmian położenia każdego punktu dzwona zmierzone przez czujniki 23,23.

Ponadto:

- liczby 1,2, 3 dołączone do powyższych oznaczeń określają położenie kątowe rozpatrywanej wielkości: 1 oznacza położenie w przewężeniu, 2 oznacza położenie przesunięte o 90° względem przewężenia, 3 oznacza położenie przesunięte o 180° względem przewężenia (przeciwległe do przewężenia),

- liczby wprowadzone jako indeksy w podobny sposób określaj ąpołożenie osiowe: 3 odpowiada położeniu w płaszczyźnie środkowej, 1 i 5 odpowiadają położeniom w dwóch innych płaszczyznach usytuowanych w pobliżu krawędzi dzwona (należy zwrócić uwagę, że indeksy 2 i 4 odpowiadałyby dodatkowym płaszczyznom pośrednim),

- litera „F” oznacza, że dana wielkość dotyczy stałego walca 10, a litera „M” odnosi się do ruchomego walca 11.

Na przykład:

C2₃M jest zmierzoną przez czujnik 23 wielkością zmiany położenia punktu powierzchni 34 dzwona ruchomego walca 11, który to punkt jest przesunięty o 90° względem przewężenia i usytuowany w płaszczyźnie środkowej.

δ 23 oznacza zmianę długości promienia w płaszczyźnie Pj usytuowanej w pobliżu krawędzi dzwona miedzy punktem przesuniętym o 90° i punktem przesuniętym o 180° względem przewężenia.

Na koniec przyjęto dodawanie symbolu „F/M” do sumy wielkości odpowiadających jednemu pomiarowi lub zmianie odnoszącej się do jednego walca (na przykład: C2₃F/M = C2₅F + C2₃M) oraz dodawanie znaku „+” do wszystkich wartości, które odpowiadają zwiększeniu szczeliny i znaku”-” do wartości odpowiadających zmniejszeniu szczeliny.

179 092

Należy zwrócić uwagę, że wartości „C” odnoszące się do przesunięcia o 90° (położenie „2”) i stosowane w podanych dalej wzorach są opóźnione o czas odpowiadający jednej czwartej obrotu walca tak, aby zmiany położenia uwzględnione w tym samym obliczeniu odnosiły się do tej samej tworzącej, chociaż pomiary tych wielkości były wykonane z różnych położeń kątowych, a to głównie w celu wyeliminowania ewentualnego bicia poprzecznego walców.

Uwzględniając powyższe zasady oznaczeń można zapisać następujące równania:

a) Określenie szczeliny w środku walca e₃ :

- Ugięcie wału walca w środku (w płaszczyźnie środkowej):

Δχ₃ = C3₃ - (C2₃ - 623₃)

- Zmiana promienia w przewężeniu: AR₃ = C2₃ + 512₃ wobec czego rzeczywista szczelina w środku wynosi:

e₃ = szczelina początkowa => eo₃ + wklęsłość zimnych walców b₃F + b₃M + ugięcie wałów (Δχ₃) + C3₃F - (C2₃F - 623₃F) + C3₃M - (C2₃M - δ23₅Μ)

- AR₃ w przewężeniu: => - (C2₃F + δΐ 2₃F)

- (C2₃M + 12₃M) stąd:

e₃ = eo₃ + b₃F/M + C3₃F/M - 2.C2₃F/M + δ 23₃F/M - δ 12₃F/M

Wartość δ23₃ - δ12₃ jest niewielka i może być wyznaczona za pomocą modelu obliczeniowego uwzględniającego parametry procesu odlewania, zwłaszcza prędkość i wymiana cieplna dla danego dzwona lub wielkości otrzymanych doświadczalnie. Należy również zwrócić uwagę, że według modelu obliczeniowego wartość ta prawie nie ulega zmianom przy zmianie szybkości chłodzenia dzwona.

b) asymetria szczeliny:

Czujniki końcowe rozmieszczone w pobliżu krawędzi i przesunięte o 180° umożliwiają wyznaczenie asymetrii:

ej = eoi - bjF/M + C31F/M - 2.C21F/M + 6231F/M - 6121F/M e₅ = eo₅ - b₅F/M + C3₅F/M - 2.C2₅F/M + 623₅F/M - 612₅F/M z definicji b_t = b₅ (symetria profilu z wgłębieniem początkowym), stąd: ei - e₅ = eoi - eo₅ +C31F/M - C3₅F/M -2. (C21F/M - C2₅F/M) + (ó23jF/M - 623₅F/M) - (612^/M - 612₅F/M)

A B

Można przyjąć, że wyrażenia A = (623]F/M - 623₅F/M) i B = (612,F/M - 612₅F/M) mają właściwie wartość zerową, ponieważ warunki po obu stronach walców są w zasadzie jednakowe i w związku z tym mamy do czynienia z zasadniczo jednakowymi wielkościami.

Wartości eOj i eo₅ są natomiast następujące:

-eoi = ed - (ed - eg). Ii/L

-eos - ed - (ed - eg). I5/L skąd:

(eoi - eo₅) = [(ed - eg) /L]. (I5 - Ii) wobec czego wielkość asymetrii wynosi:

ei-e₅ = [(ed-eg) /L]. (I5-I1) + C31F/M - C3₅F/M-2 . (C21F/M - C2₅F/M)

179 092

c): Profil

Można wykazać, że profil własny wypukłości termicznej powierzchni 34 każdego walca, jaki nakłada się na profil zimnych walców ma kształt

Y = K (ΔΘ). [2 . e^^ - e'³^ - e^”⁰]

Ponieważ pj est wielkością stałą wystarczy obliczyć K, którejest funkcją gradientu temperatury w przekroju ścianki dzwona.

W celu uwzględnienia ewentualnego zakłócenia symetrii względem płaszczyzny środkowej należy znać co najmniej jeden punkt krzywizny z każdej strony, a więc potrzebne są co najmniej trzy czujniki. Obliczając średnią pomiarów dokonanych przez czujniki usytuowane w pobliżu krawędzi można będzie ustalić profil walca względem jego osi.

W przypadku trzech czujników przesuniętych o 180° i tylko jednego czujnika przesuniętego o 90° konieczne będzie przyjęcie wartości wypukłości w punkcie przesuniętym o 180°. Jeżeli są co najmniej trzy czujniki przesunięte o 90° można przyjąć wielkość wypukłości w punkcie przesuniętym o 90°, które, z racji swojego położenia bliżej przewężenia, będzie miała wielkość bardziej zbliżoną do wielkości przewężenia, a więc profil w przewężeniu zostanie określony dokładniej.

Aby ustalić profil w przewężeniu na podstawie profilu zmierzonego w punkcie przesuniętym o 90° lub 180° należy całkować zmiany promienia między przewężeniem i położeniem punktu odczytu wypukłości:

mamy więc:

ARi-C2i-512i stąd jeśli wypukłość została zmierzona w punkcie przesuniętym o 90° względem przewężenia:

Yi = C2₃-C2i+512₃-512i

Y₅ = C2₃-C2₅ + 512₃ -512₅

Wartości 512₃ i 512₅, jak już stwierdzono wcześniej, mogąbyć wyznaczone przy użyciu modelu, bądź w zależności od parametrów procesu odlewu, bądź z różnicy wielkości wypukłości między punktami przesuniętymi o 90° i 180°, lub z krzywych lub wielkości ustalonych doświadczalnie.

Znając Yj i X₅ można ustalić profil każdego z walców w przewężeniu.

Zrozumiałe jest, że urządzenie i sposób według wynalazku umożliwiają dokładne, ciągłe określanie rzeczywistej wielkości szczeliny między walcami podczas procesu odlewania wyznaczając tę wielkość na podstawie jej szerokości pośrodku, jej ewentualną asymetrię względem płaszczyzny środkowej oraz kształt tworzącej każdego walca w przewężeniu.

Czujnik lub czujniki przesunięte o 90° służą głównie do ustalania wpływu zmian promieniowania i profilu walców spowodowanych wypukłością termiczną, ponieważ w punkcie przesuniętym o 90° odkształcenia mechaniczne wywoływane przez siły odpychające walce od siebie są minimalne. Możliwe więc byłoby również wykonanie odpowiednich pomiarów nad walcami w punktach przesuniętych o 90° przed przewężeniem. Jednak ze względu na brak miejsca łatwiej jest umieścić czujniki pod walcami. Ponadto takie usytuowanie jest korzystne z uwagi na pomiary wypukłości termicznej ponieważ zmiany wypukłości termicznej są mniejsze między przewężeniem i punktem przesuniętym o 90° za przewężeniem, niż między przewężeniem i punktem przesuniętym o 90° przed przewężeniem, jako, że przyrost temperatury spowodowany zetknięciem się dzwona z ciekłym metalem między tymi dwoma ostatnimi punktami jest znacznie większy niż spadek temperatury w efekcie schłodzenia następujący po oddzieleniu odlanej taśmy od powierzchni walca.

Te rozmaite pomiary przedstawione powyżej umożliwiają określenie zmian szerokości szczeliny podczas eksploatacji względem jej szerokości na zimno, bez oddziaływania sił na walce, przy czym zmiany te są wywoływane zarówno przez siły występujące podczas procesu odlewania, jak i przez odkształcenia termiczne walców. Zakłada się więc, że kształt profilu zimnych walców jest znany. W praktyce na podstawie kształtu tworzącej w podwyższonej temperaturze

179 092 potrzebnego dla uzyskania profilu szczeliny zgodnego z wymaganym poprzecznym profilem formowanej taśmy (przy czym kształt ten jest określony funkcją matematyczną), wyprowadzono wzór krzywizny zimnego profilu stosowany w obrabiarce walców, przy czym ten wzór zimnego profilu określa głębokość wklęsłości profilu w danym punkcie w funkcji położenia osiowego tego punktu. Podobnie znając profil szczeliny na zimno w wyniku pomiaru szerokości szczeliny pośrodku i ze wspomnianego równania profilu na zimno oraz znając zmiany położenia i kształtu określone powyżej dla każdego walca można ustalić z dostateczną dokładnością profil każdej szczeliny w podwyższonej temperaturze.

Powyżej stwierdzono, że kształt profilu tworzącej walca stanowił krzywą opisaną za pomocą funkcji matematycznej, przy czym pomiary wykonane przez czujniki rozmieszczone w trzech płaszczyznach P_b P₃, P₅ umożliwiają określenie parametrów tej krzywej i jej usytuowanie w instalacji.

Zrozumiałe jest, że rozporządzając dużą liczbą czujników w płaszczyznach równoległych do P₃, poza czujnikami w płaszczyznach Pj i P₅ to znaczy rozmieszczonych na szerokości beczki walca o powierzchni 34 będzie można ustalić bezpośrednio za pomocą pomiaru położenie wielu punktów profilu, tym samym dokładnie określić profil walców, a zatem szerokość szczeliny bez potrzeby określania kształtu profilu początkowego.

Zrozumiałe jest samo przez się, że wynalazek dotyczy nie tylko ciągłego odlewania, ale również odnosi się, jak wspomniano na początku, do procesu walcowania płaskich wyrobów z metalu lub innych materiałów.

179 092

FIG. 2

179 092

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób formowania płaskich wyrobów metalowych między dwoma walcami, a zwłaszcza ciągłego ustalania wielkości szczeliny przewężenia między dwoma walcami o zasadniczo równoległych osiach urządzenia do formowania na gorąco, płaskiego wyrobu metalowego przez przepuszczenie tego wyrobu między wspomnianymi walcami, znamienny tym, że dokonuje się pomiaru szerokości szczeliny w stanie początkowym bez wyrobu na zimno, to znaczy co najmniej w płaszczyźnie środkowej poprzecznej instalacji, oraz podczas formowania wyrobu, przy czym w przypadku każdego walca: dokonuje się pomiaru zmian położenia co najmniej trzech punktów (C3_b C3₃, C3₅) na powierzchni walca w odniesieniu do tego stanu wyjściowego na tworzącej usytuowanej pod kątem 180° względem przewężenia, to znaczy położonej przeciwległe do przewężenia, przy czym punkty te sąusytuowane odpowiednio co najmniej we wspomnianej płaszczyźnie środkowej (P₃) i w dwóch drugorzędnych płaszczyznach (P_b P₅) równoległych do płaszczyzny środkowej i usytuowanych po obu stronach wspomnianej płaszczyzny środkowej, przy czym co najmniej w płaszczyźnie środkowej dokonuje się pomiaru zmiany (C2₃) położenia punktu usytuowanego na tworzącej walca przesuniętej o kąt 90° względem przewężenia w odniesieniu do stanu początkowego, ustala się w oparciu o model obliczeniowy lub na podstawie doświadczalnych krzywych zmiany (512) długości (R) promienia walca w płaszczyznach między przewężeniem i jedną z tworzących przesuniętą o kąt 90° lub 180°, na podstawie pomiarów zmian położenia punktów leżących w płaszczyźnie środkowej i odpowiednio przesuniętych o kąt 90° lub 180° względem przewężenia oraz długości promienia w tejże płaszczyźnie środkowej odpowiednio między przewężeniem i punktem przesuniętym o 90° (δ12₃) i między punktami przesuniętymi o 90° i o 180° ustala się wielkość (Δ x 3) ugięcia w środku i wielkość zmiany długości promienia w przewężeniu względem stanu początkowego, ponadto ustala się wartość chwilową (e₃) szczeliny w środku w oparciu o wspomnianą wielkość szczeliny w środku zmierzoną na zimno, wielkość ugięcia w środku i wielkość zmiany długości promienia, jak również kształt szczeliny.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dokonuje się również pomiaru zmian położenia punktów powierzchni usytuowanych we wspomnianych płaszczyznach drugorzędnych i przesuniętych o 90° względem przewężenia.
3. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że określa się profil termiczny tworzącej oddalonej od przewężenia i usytuowanej w miejscu (2), w którym dokonuje się pomiaru zmian (C2_b C2₃, C2₅) położenia co najmniej trzech punktów tej tworzącej na podstawie funkcji określonej parametrami, pozwalającej ustalić odkształcenie termiczne (Y) w jednym punkcie tej tworzącej w funkcji osiowego położenia (1) tego punktu w oparciu o pomiar zmian (C2_b C2₃, C2₅) położenia co najmniej trzech punktów, i ustała się profil termiczny tworzącej na przewężeniu na podstawie tego profilu termicznego tworzącej oddalonej od przewężenia i wyznaczonych zmian (δ!2) długości promienia walca we wspomnianych płaszczyznach między przewężeniem i tworzącą oddaloną od przewężenia.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że określa się asymetrię (e_re₅) przewężenia na podstawie pomiaru zmian (C3_b C3₅, C2_b C2₅) położenia punktów usytuowanych odpowiednio w płaszczyznach drugorzędnych i przesuniętych o 90° i 180°.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dokonuje się również pomiaru zmian (C3) położenia punktów przesuniętych o 180° względem stałego punktu odniesienia w przestrzeni.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dokonuje się pomiaru zmian (C3) położenia punktów przesuniętych o 180° względem elementów podporowych (15F, 15M) poszczegól

179 092 nych walców, składających się z łożysk, w których obracają się końce wałów walców oraz dokonuje się pomiaru zmian (e_d, e_g) odstępu między tymi łożyskami na każdym z końców.
7. Urządzenie do formowania płaskich wyrobów metalowych między dwoma walcami, zwłaszcza, gdy walce stykająsię ze stopionym metalem i sąodlewniczymi chłodzonymi walcami instalacji ciągłego procesu odlewniczego prowadzonego między dwoma walcami, na przykład taśm, składające się z dwóch walców o zasadniczo równoległych osiach tworzących między sobą przewężenie usytuowane we wspólnej płaszczyźnie przechodzącej przez ich osie, elementów podporowych wyposażonych w łożyska, w których obracają się końce wałów tych walców, oraz podstawy po której prowadzone są elementy podporowe co najmniej jednego z walców wykonujące ruch postępowy powodujący oddalanie lub przybliżanie walców, znamienne tym, że każdy walec (10, 11) posiada elementy pomiarowe (22) położenia tworzącej, przeciwległej do przewężenia, w co najmniej trzech punktach rozmieszczonych odpowiednio w środkowej płaszczyźnie (P₃) prostopadłej do osi i w dwóch innych płaszczyznach drugorzędnych (Ρ_υ P₅), równoległych do płaszczyzny środkowej (P₃) i usytuowanych w pobliżu krawędzi walców (10,11) i elementów pomiarowych (23) położenia tworzącej przesuniętej o 90° względem przewężenia w tej płaszczyźnie środkowej (P₃).
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że posiada ono również elementy pomiarowe (23) położenia tworzącej przesuniętej o 90° względem przewężenia w płaszczyznach drugorzędnych (Ρ_υ P₅).
9. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że elementy pomiarowe są utworzone przez czujniki położenia (22) zainstalowane na elementach podporowych walców (10,11), przy czym urządzenie jest dodatkowo wyposażone w elementy pomiarowe zmian odstępu łożysk.
10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że czujniki pomiaru położenia (22) tworzącej położonej przeciwległe do przewężenia stanowią czujniki zainstalowane na podstawie (16).
11. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że posiada również elementy obliczeniowe sprzężone z elementami pomiarowymi (22, 23) obliczającymi zmiany pomierzonych położeń wspomnianych tworzących określającymi zmiany (612) długości (R) promienia walca w płaszczyznach (Ρ_υ P₃, P₅) między przewężeniem i jednym z punktów przesuniętych o 90° lub 180° za pomocą modelu obliczeniowego, uwzględniającego parametry procesu odlewania i/lub na podstawie danych doświadczalnych, obliczającymi wielkość (Δ x 3) ugięcia walca w środku i wielkość (AR₃) zmiany długości promienia na przewężeniu względem stanu początkowego na podstawie tych zmian położenia i zmian długości promienia, wyliczającymi chwilową wartość (e₃) przewężenia w środku walca oraz profil szczeliny na podstawie wielkości szczeliny w środku na zimno i wartości ugięcia w środku oraz wielkości zmiany długości promienia.
12. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elementy pomiarowe składają się z czujników pojemnościowych i/lub indukcyjnych i/lub laserowych.

* * *