PL184806B1

PL184806B1 - Sposób odlewania ciągłego cienkich wyrobów metalowych pomiędzy walcami

Info

Publication number: PL184806B1
Application number: PL97323065A
Authority: PL
Inventors: Jean-Michel Damasse; Olivier Salvado
Original assignee: Thyssen Stahl Ag; Usinor
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2002-12-31
Also published as: EP0841112B1; ATE193233T1; BR9705436A; CA2220887C; SK282849B6; CA2220887A1; KR19980042167A; EP0841112A1; SK148697A3; UA62912C2; CN1069240C; AU4361197A; AU717254B2; FR2755385A1; DK0841112T3; DE69702104T2; GR3033604T3; JPH10146652A; CZ291523B6; RU2169053C2

Abstract

1. Sposób odlewania ciaglego cienkich wyrobów metalowych pomiedzy walcami, zwlaszcza ze stali, w którym podczas odlewa- nia mierzy sie nieprzerwanie sile rozdzielajaca walce (RSF), mierzy sie sygnal reprezentatyw- ny zmian sily rozdzielajacej walce w odniesie- niu do czasu i modyfikuje sie odstep pomiedzy walcami, zwlaszcza w funkcji tego sygnalu dla skompensowania owalnosci walców, zna- mienny tym, ze rozklada sie sygnal reprezen- tatywny zmian sily rozdzielajacej walce (RSF), dla wykrywania defektów innych niz owalnosc walców (1, 2), na rózne skladowe harmoniczne, a nastepnie te skladowe harmoniczne porów- nuje sie ze skladowymi harmonicznymi odnie- sienia odpowiedniego rzedu, przy czym wyniki tego porównania odpowiadaja stanowi defek- tów w procesie odlewania, po czym w zalezno- sci od wyników tego porównania okresla sie reguly sterowania procesem. FIG. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odlewania ciągłego cienkich wyrobów metalowych pomiędzy walcami, zwłaszcza ze stali.

Zgodnie ze znanymi technikami, wytwarzany produkt, na przykład, cienką taśmę stalową o grubości kilku milimetrów, uzyskuje się przez odlewanie stopionego metalu do przestrzeni

184 806 odlewniczej utworzonej pomiędzy dwoma walcami, o osiach równoległych, które są chłodzone i obracane w przeciwnych kierunkach. Metal po zetknięciu się z zimnymi ściankami walców, zwanymi cylindrami, krzepnie, a naskórek skrzepniętego metalu, obracany przez walce, łączy się w przewężeniu pomiędzy walcami formując taśmę, która wyciskana jest w kierunku do dołu.

Użycie sposobu odlewania pomiędzy walcami podlega różnym ograniczeniom związanym zarówno z odlewanym wyrobem jak i z użyciem urządzenia do odlewania.

W szczególności, przekrój odlewanej taśmy musi odpowiadać kształtem i wymiarami żądanemu przekrojowi, przy czym rzeczywisty przekrój taśmy zależy bezpośrednio od przestrzeni, zwanej szczeliną, usytuowanej pomiędzy walcami przy przewężeniu.

Znany jest sposób regulacji dla odlewania ciągłego pomiędzy walcami, opisany w zgłoszeniu patentowym FR-A-2728817, w którym mierzy się siłę rozdzielającą walce RSF (rolls separating force) i zmienia się odpowiednio względne położenie tych walców. Sposób ten umożliwia zmianę względnego położenia walców, które odsuwane są od siebie, w przypadku gdy siła jest zbyt duża, albo przysuwane do siebie jeśli siła jest zbyt mała, zwłaszcza w celu uniknięcia rozerwania naskórka ciekłego metalu albo nawet rozerwania odlewanej taśmy, jak również dla zabezpieczenia przed uszkodzeniem walców, w przypadku zakrzepnięcia odlewanego metalu na ich powierzchni.

Wiadomo jest również, że nie można całkowicie wyeliminować owalności walców, z jednej strony, z powodów mechanicznych i, z drugiej strony, z powodu odkształceń cieplnych jakim poddana jest tuleja, gdy po raz pierwszy styka się z roztopionym metalem przy rozpoczęciu odlewania, a także później podczas obracania się walców. Znany jest już sposób kompensacji tej owalności, zwanej dalej „owalnością normalną” (albo „owalnością mechaniczną” chociaż jest ona częściowo pochodzenia cieplnego). Sposób ten polega na automatycznym oddziaływaniu na położenie łożysk co najmniej jednego walca w zależności od położenia kątowego tych walców w celu utrzymania szczeliny na tyle stałej, na ile jest to możliwe. Ponieważ praktycznie nic jest możliwy bezpośredni pomiar szczeliny zaproponowane zostało już użycie, jako parametru reprezentatywnego dla owalności, sygnału dostarczanego przez urządzenia pomiarowe mierzące siłę rozdzielającą walce RSF, a następnie powiązanie systemu kompensacji owalności z systemem regulacji takim, jaki opisany został w wyżej wymienionym zgłoszeniu patentowym FR-A-2728817.

Jednak zastosowanie tych sposobów nie umożliwia wykrywania na bieżąco pewnych defektów odpowiedzialnych za zakłócanie procesu odlewania, prowadzących do jego zatrzymania łub do trwałego uszkodzenia walców.

Znane są sposoby wykrywania defektów, wzrokowe łub inne, które umożliwiają wykrywanie defektów związanych z procesem odlewania, charakterystykami cieplno-dynamicznymi roztopionego metalu, albo tych znanych jako „świecące taśmy”. Defekt tego ostatniego rodzaju odpowiada miejscowemu zmniejszeniu chropowatości powierzchni walców, co prowadzi do zmian w chłodzeniu taśmy, które mogą być wykryte przez pomiary temperatury przeprowadzone na odlewanej taśmie. Jednak zaobserwowanie takich defektów może być dokonane tylko po ich wystąpieniu, na już ukształtowanej taśmie, a wtedy defekty takie mogą uszkodzić wykończenie powierzchni walców, i ma to miejsce szczególnie wówczas, gdy są one zauważone w późniejszym etapie procesu, w którym to przypadku uszkodzenie może okazać się nienaprawialne.

Pewne defekty mogąbyć wykryte z góry, przez bezpośrednią obserwację sygnału reprezentującego siłę rozdzielającą walce. Jednak, zmiany w tym sygnale reprezentują zarówno zmiany siły spowodowane owalnością normalną jak i zmiany spowodowane innymi parametrami lub zdarzeniami, które mogą wystąpić w czasie procesu odlewania. Dlatego też bezpośrednia obserwacja sygnału siły nie pozwala na określenie tej części, która dla każdego z wymienionych powodów odgrywa rolę w zmianach sygnału, które mają być określone.

Celem niniejszego wynalazkujest rozwiązanie wyżej wymienionych problemów i znalezienie środków umożliwiających, poprzez mierzenie siły rozdzielającej walce RSF, wykrywanie defektów na bieżąco, zanim zwiększenie się tych defektów nie spowoduje nie dających się naprawić uszkodzeń, zwłaszcza walców.

184 806

Celem wynalazku jest również umożliwienie podążania za zmianami tych defektów w celu zapewnienia operatorowi możliwości przeprowadzenia działań korygujących lub przerwania odlewania, w zależności od wielkości tych defektów.

Zgodnie z takim założeniem, przedmiotem wynalazku jest sposób odlewania ciągłego cienkich wyrobów metalowych pomiędzy walcami, zwłaszcza ze stali, w którym podczas odlewania mierzy się nieprzerwanie siłę rozdzielającą walce RSF, mierzy się sygnał reprezentatywny zmian siły rozdzielającej walce w odniesieniu do czasu i modyfikuje się odstęp pomiędzy walcami, zwłaszcza w funkcji tego sygnału dla skompensowania owainości walców, a który to sposób charakteryzuje się tym, że dla wykrywania defektów innych niż owalność walców, rozkłada się sygnał reprezentatywny zmian siły rozdzielającej walce RSP na różne składowe harmoniczne, a następnie te składowe harmoniczne porównuje się ze składowymi harmonicznymi odniesienia odpowiedniego rzędu, przy czym wyniki tego porównania odpowiadają stanowi defektów w procesie odlewania, po czym w zależności od wyników tego porównania określa się reguły sterowania procesem.

W rezultacie wynalazcy dowiedli, po przeprowadzeniu szeregu badań wykonanych na skalę przemysłową że istnieje pewien związek pomiędzy zmianami sygnałów reprezentatywnych siły rozdzielającej walce a występowaniem defektów podczas odlewania Przykładowo, pojawienie się na walcu defektu zwanego świecącą taśmą, jest właściwe dla wystąpienia zakłócenia w zmierzonym sygnale siły rozdzielającej walce. Zakłócenie to jest cykliczne i występuje podczas każdego obrotu walca. Zakłócenie to ponadto odzwierciedla nadkrzepllwość wyrobu przy jego przejściu przez przewężenie i prowadzi do zmian siły, które są znacznie szybsze niż te, które byłyby generowane, przykładowo przez zmiany grubości skrzepniętego wyrobu.

Następnie wynalazcy założyli rozkład tych sygnałów na składowe harmoniczne w celu rozróżnienia w tych sygnałach części, która mogłaby być przydzielona do owainości normalnej od części wynikającej z innych przyczyn. Wynalazcy sprawdzili w ten sposób, przez porównanie składowych harmonicznych zarejestrowanych w czasie wykonywania różnych odlewów, że chociaż sygnały reprezentatywne siły rozdzielającej walce zmieniają się zwłaszcza według owainości, i nawet wtedy, gdy owalność ta kompensowana jest przez system kompensacyjny, to zmiany w pewnych składowych harmonicznych odpowiadają występowaniu defektów podczas odlewania. Dzięki temu wyszło na jaw, że analiza tych składowych harmonicznych, prowadzona nieprzerwanie podczas odlewania, umożliwia, przez porównanie z wartościami odniesienia uzyskanymi eksperymentalnie podczas odlewań uważanych za odlewania pozbawione defektów, wykrycie niemal na bieżąco zmian ujawniających defekty odlewania znacznie szybciej niż przy pomocy znanych sposobów.

Hipoteza wyjaśniająca zależność jaka istnieje pomiędzy zmianami składowych harmonicznych a występowaniem defektów odlewania jest taka, że owalność normalna powoduje zmiany sygnału reprezentatywnego siły rozdzielającej walce RSF, które głównie przebiegają powoli i łagodnie. Zatem sygnał posiada, wskutek normalnej owainości, głównie składowe harmoniczne niższego rzędu, o częstotliwości równej częstotliwości obracania się walca. Jednak, rzeczywiste defekty, takie jak wyżej wymienione świecące taśmy, prowadzą głównie do nagłych zmian sygnału i przez to do składowych harmomcznych wyższego rzędu. Zwykle, spektrum sygnału reprezentatywnego siły rozdzielającej walce i wynikającego jedynie z owainości normalnej scharakteryzowane jest przez wyższą składową harmoniczną rzędu 0 (przykładowo, 70% całkowitej amplitudy sygnału) i szybko zmniejszające się składowe harmoniczne dla wyższego rzędu (20% dla składowej harmonicznej 1 rzędu, 10% dla składowej harmonicznej 2 rzędu). Rzadko natomiast obserwowane jest występowanie składowych harmonicznych wyższego rzędu. Jednak przy wystąpieniu świecących taśm, rozkład składowych harmonicznych jest inny niż w przypadku opisanym powyżej, bowiem obecność nadkrzepniętych krawędzi na poziomie świecących taśm generuje więcej składowych harmonicznych wyższego rzędu.

W dalszej części opisu, składowa sygnału o częstotliwości F, = 2' F_o odnosić się będzie do składowej harmonicznej rzędu „i”, gdzie F0jest częstotliwością podstawową odpowiadającą prędkości obracania się walca. Podobnie, amplituda składowych harmonicznych rzędu „i”

184 806 będzie oznaczana jako h» a wartość reprezentatywna składowych harmonicznych rzędu „i”, przyjęta dla ustalonej z góry ilości obrotów walca, oznaczana będzie jako H»

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem według wynalazku, w którym zainstalowany jest system regulacji szczeliny, taki jak opisany powyżej, jako sygnał reprezentatywny zmian siły rozdzielającej walce RSF, uzyskany przez pomiar tej siły, może być wykorzystany sygnał sprzężony stosowany jako wartość zadana przesunięcia łożysk co najmniej jednego walca. Innymi słowy, sygnał, który następnie rozkładany jest na różne składowe harmoniczne jest bezpośrednio związany z wartością zadaną przesunięcia, które generowane jest przez moduł kompensacji owalności, i stąd też odzwierciedla zmiany siły rozdzielającej walce.

W celu rozłożenia sygnału reprezentatywnego siły rozdzielającej walce na różne składowe harmoniczne, korzystnie, można wykorzystać szybką transformatę Fouriera, i dlatego sygnał ten jest albo bezpośrednio sygnałem pomiaru siły rozdzielającej walce albo odpowiednim sygnałem generowanym przez moduł kompensacji owalności.

W korzystnym wariancie wykonania wynalazku, wartość H, reprezentatywna dla każdej składowej harmonicznej rzędu „i” obliczana jest jako wartość średnia amplitud h, każdej składowej harmonicznej, określona dla danej ilości obrotów walca. Ponieważ wartość H» jako reprezentatywna każdej składowej harmonicznej, wyliczona jest jako wartość średnia zmierzonych amplitud dla danej ilości obrotów, to pojawiają się jedynie przypadkowe defekty, które rozłożone są w czasie i w przestrzeniu i nie powtarzają się po kilku obrotach walca. Zatem, jeśli defekt wywołany jest przez trwałą przyczynę na walcu, to system całkowicie skomasuje te dane po tych kilku obrotach, podczas gdy oddziaływanie składowych harmonicznych, występujących tylko przy niskiej liczbie obrotów, zwłaszcza mniejszej niż liczba zadanych obrotów, będzie znacznie osłabione.

Porównanie sygnału zmierzonego z sygnałem z odlewania uznanego jak dobre może być dokonane różnymi sposobami. Wartości H» reprezentatywne dla każdej składowej harmonicznej zmierzonego sygnału, mogą być łatwo porównywane, jedna po drugiej, w stosunku do wartości odniesienia H_ir, uzyskanych z pomiarów dokonanych podczas odlewań uznanych jako dobre, i można sprawdzić, że suma różnic wartości H» reprezentatywnych dla każdej składowej harmonicznej w odniesieniu do wartości H„ nie jest zbyt wysoka. Alternatywnie, stosunek każdej składowej harmonicznej może być porównany z proporcjonalnym z rozkładem odniesienia. Jednak, korzystnie, porównanie może być dokonane na podstawie środka ciężkości składowych harmonicznych, który obliczany jest przez obciążenie wartości reprezentatywnej każdej składowej harmonicznej z góry określonym współczynnikiem. Ta metoda obliczeń podyktowana jest obserwacjami doświadczalnymi: podczas odlewania uznanego jako dobre, pierwsza składowa harmoniczna jest najważniejsza, a ważność różnych składowych harmonicznych zmniejsza się w funkcji zwiększania się rzędu rozpatrywanych składowych harmonicznych. Przez obciążenie składowych harmonicznych najwyższego rzędu odpowiednim współczynnikiem, zmiany tych składowych harmonicznych wyższego rzędu będą takie jak by były wzmocnione, czyniąc łatwiej dostrzegalnym ich pojawienie się albo zwiększenie w rezultacie obliczania środka ciężkości.

Przykładowo, środek ciężkości częstotliwości Bf może być obliczony przez przydzielenie współczynnika reprezentującego amplitudę rozważanej składowej harmonicznej do każdej częstotliwości składowej harmonicznej:

..... Bf (Hz) = ZHj x Fi/EH, i ten środek ciężkości może być unormowany przez częstotliwość podstawową w celu uzyskania stosunku R = B/F_o, który może być porównany z zadaną wartością odniesienia Rq, dla pozbycia się jakichkolwiek różnic częstotliwości podstawowej i przez, to jakiegokolwiek wystąpienia różnic prędkości walca pomiędzy rozpatrywanym odlewaniem a odlewaniem odniesienia.

Ponadto, może być obliczona pochodna dR/dt, a uzyskany wynik może być także porównany z drugim zadanym progiem, umożliwiają; w ten sposób zmianę stosunku R następującą w czasie, przy czym szybka zmiana stosunku R oznacza szybkie pogorszenie się defektu.

Przy pomocy wartości różnych parametrów, spośród których:

A - reprezentuje sumaryczną amplitudę wariacji A = EH»

R - reprezentuje część albo znaczenie defektów w sygnale,

184 806 a E = dR/dt, może być sporządzona tablica decyzyjna, która może być użyta dla zapewnienia operatorowi możliwości prowadzenia na bieżąco działań korygujących w zakresie określonych parametrów odlewania, w celu skorygowania defektów, po ich pojawieniu się, tak szybko jak to jest możliwe.

Sposób według wynalazku zostanie wyjaśniony przykładowo w oparciu o urządzenie przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie odlewnicze do odlewania pomiędzy walcami, ze znanym systemem regulacji, ale stosujące rozkład harmoniczny sygnału kompensacji owalności, fig. 2 przedstawia tablicę decyzyjną określającą procedurę jaka może nastąpić podczas odlewania, w funkcji różnych wartości parametrów wynikających z procesu według wynalazku, fig. 3a, 3b, 3e i 3d przedstawiają, w postaci wykresów reprezentujących zmiany różnych zmierzonych albo wyliczonych parametrów, wyniki otrzymane z odlewów uznanych jako dobre z kompensacją owalności, a fig. 4a, 4b, 4c i 4d przedstawiają analogiczne wykresy uzyskane podczas odlewania uznanego jako nieodpowiednie.

Urządzenie odlewnicze, przedstawione jedynie częściowo na fig. 1, zwykle zawiera dwa walce 1, 2, o równoległych osiach, umieszczone z pewnym odstępem od siebie, zwanym szczeliną Odstęp odpowiada żądanej grubości odlewanej taśmy, mniejszej niż zmniejszenie wymiarów powstające z odkształceń wynikających z siły rozdzielającej walce RSF. Dwa walce 1, 2 obracane są z tą samą prędkością w przeciwnych kierunkach. Podtrzymywane są one za pomocą łożysk 3,4 przedstawionych schematycznie, na dwóch podporach 5, 6, zamocowanych na ramie

7. Podpora 5, a przez to oś odpowiadającego jej walca 1, jest nieruchoma względem ramy 7. Druga podpora 6 może poruszać się ruchem postępowym na ramie 7. Jej położenie jest regulowane i wyznaczane przez popychające siłowniki 9 działające tak, że mogą one poruszać podpory 5, 6 w kierunku do lub od siebie. Urządzenia pomiarowe siły rozdzielającej walce RSF, takie jak czujniki pomiarowe 8, usytuowane są pomiędzy stalą podporą 5 i ramą 7. Czujniki pomiarowe 10 umożliwiają pomiar położenia ruchomej podpory 6, czyli pomiar zmian jej położenia względem wartości zadanej położenia w funkcji żądanej grubości taśmy.

Podczas odlewania stopiony metal wlewany jest pomiędzy walce i krzepnie po zetknięciu się z ich chłodzonymi ściankami, tworząc zastygłe naskórki, które są prowadzone przez, walce i łączone, w przybliżeniu, na poziomie przeważenia 11, pomiędzy walcami, dla uformowania zastygłej taśmy, która wyciągana jest w kierunku do dołu. Metal wywiera przez, to siłę rozdzielającą na walce, mierzoną przez czujniki pomiarowe 8, przy czym siła ta zmienia się w zależności od stopnia zastygnięcia metalu.

W celu regulacji tej siły i zagwarantowania ciągłości odlewania urządzenie odlewnicze zawiera system regulacji. W systemie regulacji, różnica pomiędzy sygnałem odniesienia siły a sygnałem siły zmierzonym przez czujnik pomiarowy 8 obliczana jest przez pierwszy komparator 12. Sygnał związany z tą różnicą wprowadzany jest do regulatora siły 13, który określa położenie sygnału odniesienia wprowadzanego do drugiego komparatora 14. Sygnał siły zmierzonej przez, czujnik pomiarowy 8 wprowadzany jest również do modułu kompensacji owalności 15, który rozkłada sygnał siły na składowe harmoniczne i generuje sygnały H„ H₂, H₃ kompensacji każdej z tych składowych harmonicznych. Sygnały H„ H₂ i H₃ sumowane są w sumatorze 16 generującym sygnał odniesienia korekcji położenia, który przekazywany jest do drugiego komparatora 14. Sygnał wyjściowy z drugiego komparatora 14 wprowadzany jest do trzeciego komparatora 17 razem z sygnałem położenia z czujnika pomiarowego 10. Sygnał wyjściowy z trzeciego komparatora 17 wprowadzamy jest do regulatora położenia 18, który steruje dźwignikami 9.

Walce 1 i 2 obracane są odpowiednio przez silniki 19 i 20 sterowane za pomocą regulatora prędkości 21 Regulator prędkości 21 otrzymuje sygnał z regulatora grubości 22, który sam otrzymuje sygnał odniesienia grubości, jako sygnał siły przekazywany przez czujnik pomiarowy 8 i sygnał położenia przekazywany przez czujnik pomiarowy 10.

Oddziaływanie na siłowniki 9 dokonuje się automatycznie poprzez system regulacji umożliwiający, na przykład, działanie na siłowniki w kierunku prowadzącym do oddzielenia walców, dla zredukowania siły rozdzielającej walce RSF, albo przeciwnie, w kierunku prowadzącym do połączenia walców, dla zwiększenia tej siły. W podobny sposób, system ten umożliwia kompensację, co najmniej częściowo, owalności normalnej, to jest skompensowanie

184 806 ewentualnego przesunięcia poprzecznego, występującego pomiędzy osią tulei i jej osią obrotu a nie regulamościami kształtu walca, o ile nieregulamości te są pochodzenia mechanicznego lub cieplnego. Następnie system regulacji uwzględnia te wady kształtu i współosiowości dla podania wartości zadanej przesunięcia siłowników 9 regulujących szczelinę pomiędzy walcami, dla utrzymania lej szczeliny na tyle stałej, na ile jest to możliwe podczas obrotu walców.

Poniżej opisany zostanie korzystny sposób wyznaczenia parametrów A, R i E, który wykorzystany będzie dla poinformowania operatora o wystąpieniu defektów i ich znaczeniu.

W sposobie tym sygnał reprezentatywny siły rozdzielającej walce RSF zostaje rozłożony, przy czym rozkład ten dokonany jest w module kompensacji owalności 15 za pomocą transformaty Fouriera. Taka sama operacja może być przeprowadzona równie dobrze bez stosowania transformaty Fouriera, lecz przy wykorzystaniu transformaty Laplace'a albo jakiejkolwiek innej operacji matematycznej lub operacji obróbki sygnału takiej jak, na przykład, użycie filtrów, dla uzyskania tych samych wyników, to jest rozkładu sygnału na różne składowe harmoniczne.

Następnie, jak stwierdzono powyżej, mogą być obliczone wartości H„ a to przez, uśrednienie amplitud H, z zadanej liczby obrotów walców, przykładowo, z ostatnich dziesięciu obrotów. Należy odnotować, że poprzedni sposób obliczania Hj podany został jako przykładowy i dlatego nie jest on w żadnym przypadku sposobem ograniczającym dla niniejszego rozwiązania. Wartości H, reprezentatywne dla każdej składowej harmonicznej rzędu i mogą być również, obliczone jako wartość średnia kwadratowa amplitudy h, składowych harmonicznych dla każdej innej obliczonej wartości charakteryzującej wymienione składowe harmoniczne. Obliczenie to może zostać dokonane za pomocą metod arytmetycznych, takich jak metoda najmniejszych. kwadratów, lub w inny sposób.

Przy jakimkolwiek sposobie obliczeń, wartości H, są reprezentatywne dla amplitudy dotyczącej każdej składowej harmonicznej rzędu i, i o częstotliwości F,.

Następnie obliczone zostanie kryterium B_f będące środkiem ciężkości częstotliwości różnych składowych harmonicznych. To znaczy, obliczony będzie środek ciężkości częstotliwości rozpatrywanych składowych harmonicznych, a każdej wartości F. przyporządkowane będzie obciążenie składające się z odpowiedniej wartości H, tak, że: Bf = EH. x FlZH,.

W zasadzie można wykorzystać jedynie składowe harmoniczne rzędu 0, 1 i 2. Jednak oczywiste jest wzięcie pod uwagę także innych składowych harmonicznych.

Dla umożliwienia dokonania prawidłowego porównania przy różnych prędkościach obrotowych walców, oblicza się stosunek R_f = BfFo gdzie F_o odpowiada częstotliwości obrotowej walców.

W przypadku podanym jako przykład, w którym wzięto pod uwagę jedynie trzy pierwsze składowe harmoniczne, otrzymano trzy następujące kryteria:

- sumaryczną amplitudę zmian sygnału:

A = H.+ H2 + H3,

- unormowany środek ciężkości:

Rf = (Fi x H.+ F2x H2 + F3x H3)/(( H,+ H2 + H3) x Fo)

- zmianę Rf w czasie : E = dRfdt.

Porównanie tych różnych kryteriów obliczonych podczas odlewania o zadanym progu umożliwia następnie wykrycie defektów, jeśli takie wystąpią, w trakcie bieżącego odlewania.

Przykładowo, w przypadku, gdy sygnał reprezentatywny siły rozdzielającej walce jest sygnałem otrzymanym z modułu kompensacji owalności, to znaczy wyrażony jest jako wartość przemieszczenia walca ruchomego, i przy występowaniu jedynie owalności normalnej, można otrzymać następujące dane:

Ho = 700 pm, Hj = 200 pm, H2 = 100 pm, gdzie

Fo = 0,2 Hz, Fi = 0,4 Hz i F2 = 0,8 Hz, a wtedy Bf = 0,3 Hz i Rf = 1,5.

W przypadku, gdy występuje efekt świecącej taśmy wartości te będą wynosić 350 pm i 300 pm, odpowiednio dla H0, H., H2 i stąd Rf = 2,25.

Można zatem stwierdzić, że proste ustalenie odpowiedniego progu dla Rf przykładowo Rf progowe 1,6, przejście Rf powyżej tego progu może uaktywnić alarm wskazujący na defekt.

184 806

Lepsza ocena stopnia ważności defektów może być osiągnięta przez jednoczesne uwzględnienie trzech wyżej wymienionych kryteriów.

W tym celu może być wykorzystana tablica decyzyjna, taka jak pokazano na fig. 2, do bezpośredniego wskazania operatorowi stanu występowania defektów podczas odlewania, która informuje go o obecności, znaczeniu i powiększaniu się defektów, oraz wskazuje potrzebę podjęcia działań korygujących, takich jak modyfikacja pewnych parametrów odlewania, dla podjęcia próby skorygowania powstałych defektów, lub w najgorszym przypadku, dla zatrzymania odlewania dla uniknięcia nienaprawiainych uszkodzeń urządzenia odlewniczego.

Tablica decyzyjna przedstawia, na przykład, procedurę przewidzianą. do przeprowadzenia zgodnie z odnośnymi wartościami współczynników A, R_f i E:

- A „mały” jest sygnałem niewielkich zmian siły rozdzielającej walce, przy czym odlewanie prowadzone jest w dobrych warunkach,

- gdy A jest „średni”, i

- jeśli R i H występują jako „mały”, oznacza to małe defekty albo brak defektów, przy czym odlewanie dalej prowadzone jest w dobrych warunkach,

- jeśli R jest „mały” i E jest „duży”, może to oznaczać, że chociaż brak jest rzeczywistych defektów, punkt pracy urządzenia jest niestabilny, z przyczyn zasadniczo odnoszących się do „normalnej” owalności i alarm procesu odlewania zostaje włączony, dla poinformowania operatora o konieczności dokonania modyfikacji, na przykład, warunków cieplnych tulei (temperatury albo natężenia przepływu wody chłodzącej),

- jeśli R jest „duży” i E jest „mały”, co wskazuje na obecność defektów, bez zauważalnej tendencji do ich ewentualnego powiększenia się, to alarm procesu odlewania jest wyłączony,

-jeśli R i E występująjako „duży”, co wskazuje na obecność defektów oraz ich powiększanie się, to konieczne jest zatrzymanie procesu odlewania,

- gdy A jest „duży”, i

- jeśli R i E występują jako „mały”, nie sygnalizowane są utajone defekty, a owalność normalna jest właściwie skompensowana, jednak amplituda przemieszczeń ruchomego walca dla uzyskania tej kompensacji jest wysoka, co nie jest istotne dla samego odlewania, jednak może ujawniać problemy z geometrią walców,

- jeśli R jest „duży⁷’ i E jest „mały”, co również oznacza występowanie defektów, ale bez zauważalnego ich powiększania się, alarm procesu odlewania jest wyłączony,

- jeżeli E jest „duży”, bez względu na wartość R, sygnalizowane jest istotne powiększenie się defektów i wymagane jest szybkie zatrzymanie procesu odlewania.

Należy zaznaczyć, że cechy „mały”, „średni” i „duży” różnych kryteriów, oceniane są przez porównanie z danymi eksperymentalnymi, uzyskanymi podczas wcześniejszych operacji odlewania.

W celu zilustrowania możliwości wykrywania defektów procesu zgodnie z wynalazkiem, należy odnieść się do fig. 3a, 3b, 3c i 3d, które pokazują zmiany w stosunku do zmian różnych parametrów mierzonych i obliczonych podczas odlewania w procesie kompensacji owalności uznanym jako dobry, i do fig. 4a, 4b, 4c i 4d, które pokazują dla porównania krzywe uzyskane podczas odlewania z defektem świecącej taśmy.

Figury 3a i 4a pokazują zmiany siły rozdzielającej walce wyrażone w procentach dopuszczalnej siły rozdzielającej walce RSF mierzone przez 40 minut od rozpoczęcia odlewania.

Figury 3b i 4b pokazują zmiany w tym czasie parametru A, to jest średniej amplitudy z 10 obrotów, w pm, przemieszczenia łożysk ruchomego walca sterowanego za pomocą modułu kompensacji owalności.

Figury 3c i 4c pokazują zmiany parametru R w czasie.

Figury 3d i 4d pokazują na tym samym wykresie zmiany w czasie wartości H_o, H, i H₂, reprezentatywne dla amplitud składowych harmonicznych rzędu 0, 1 i 2, przy czym pierwsza z nich (H_o) pokazana jest w części dolnej wykresu, draga (H,) w środku wykresu, a trzecia (H₂) na górze tego wykresu.

Można zauważyć, że dla odlewania uznanego jako dobre, wzrost wartości współczynnika A podczas około pierwszych 20 minut odpowiada podobnemu wzrostowi H_o, i odzwierciedla głównie rozwój kompensacji owalności do chwili uzyskania stabilności wartości A, przy około 50 pm,

184 806 wskazując prawie doskonałą, kompensację owalności. Należy również dostrzec stabilność parametru R po około 10 minutach, po nagłym wzroście R do najwyższych wartości, co odpowiada względnie wysokiej amplitudzie H₂ w tym samym okresie przy rozpoczęciu odlewania.

Dla porównania, wykresy z fig. 4b, 4c i 4d, odnoszące się do odlewania, którego przeprowadzenie zostało wysoce zakłócone, przedstawiają wysokie amplitudy dla H i H₂, w ciągu około 40 minut, o wysokich wartościach A, podczas tego samego okresu i szczególnie wysoką wartość R.

Z tych zapisów wynika jasno, że porównanie, dokonane na bieżąco podczas procesu odlewania, wartości A i zwłaszcza wartości R z zadanym progiem dla tych wartości umożliwia szybkie wykrycie defektów odpowiadających wysokim amplitudom składowych harmonicznych H, i H oraz bezzwłoczne wpłynięcie na parametry odlewania, aby zapobiec powiększeniu się tych defektów.

Wynalazek nie jest ograniczony do sposobów obliczania różnych parametrów podanych powyżej jedynie przykładowo.

W szczególności, stosując stale te same wartości H, reprezentatywne dla amplitudy każdej składowej harmonicznej, można obliczyć inny środek ciężkości B spektrum harmonicznego wartości reprezentatywnej dla siły rozdzielającej walce, na przykład, przez przypisanie do każdej wartości H, starannie dobranego współczynnika obciążenia dla podkreślenia w obliczonej wartości tego środka ciężkości wpływu składowych harmonicznych, najwyższego rzędu, które są tymi ujawniającymi defekty. Bez względu na rodzaj zastosowanych obliczeń dla środka ciężkości, użyte będą, wartości reprezentatywne różnych składowych harmonicznych i współczynniki obciążenia dotyczące każdej składowej harmonicznej talk, że będzie łatwe nadążanie za ewolucją wartości środka ciężkości i porównanie go z wartościami eksperymentalnymi, dla określenia na bieżąco poziomu defektów przez porównanie z warunkami powstawania defektów w poprzednich procesach odlewania (odlewanie bez problemów, odlewanie zakłócone, odlewanie niezadowalające, które prowadzi do zatrzymania lub uszkodzenia walców etc.).

Dla porównania składowych harmonicznych możliwe jest również, określenie rozkładu odniesienia amplitud składowych harmonicznych jako procentu każdej składowej harmonicznej w odniesieniu do całego sygnału, na przykład, przez, założenie z góry, że pierwsza harmoniczna reprezentuje 66% tego sygnału, druga 17% i trzecia również 17%. W takim przypadku, możliwe będzie nadążanie za ewolucją tego rozkładu podczas każdego odlewania, a przez porównanie z rozkładem odniesienia, oraz łatwa ocena każdej odchyłki.

Porównanie to może być dokonane, na przykład, przez obliczenie sumy R_d różnic pomiędzy stosunkiem H/A każdej składowej harmonicznej w zmierzonym sygnale reprezentatywnym siły rozdzielającej walce a stosunkiem odniesienia a, : Rd = wartość dodatnia (αο - Ho/A) + wartość dodatnia (H/A - α,) + ... wartość dodatnia (H/A - α), co oznacza, że każdy składnik tej sumy jest zliczany tylko wtedy, gdy ma wartość dodatnią. W ten sposób jeśli stosunek składowej harmonicznej rzędu 0 jest większy niż stosunek odniesienia do lub jeśli stosunek składowej harmonicznej wyższego rzędu niż lub równego 1 jest niższy niż stosunek odniesienia, to różnica odnosząca się do rozpatrywanej składowej harmonicznej nie jest brana pod uwagę. Przykładowo, jeśli pierwsza składowa harmoniczna reprezentuje, na przykład, 98%, druga 2% i trzecia 0% wartości A, co może odpowiadać niemal całkowitemu brakowi składowych harmonicznych rzędu wyższego niż 0, i przez to braków i defektów R_d = 0.

Jeśli urządzenie do odlewania ciągłego pomiędzy walcami nie zawiera systemu regulacji szczeliny w funkcji owainości, to proces według uprzednio opisanego wynalazku może być oczywiście użyty przez pobranie, jako sygnału podlegającego rozkładowi składowych harmonicznych, bezpośredniego pomiaru zmian siły rozdzielającej walce RSF, przy czym użycie wartości H, uzyskanych z modułu kompensacji owainości pozostaje jednak szczególnie praktyczne gdy talki moduł kompensacyjny już zamontowany jest w instalacji i realizuje, w ramach swojego zwykłego działania, wymagany rozkład na składowe harmoniczne.

184 8/6

Fig 3a

minuty od rozpoczęcia ruchu walców

Fig 3d

184 8/6 max % dopuszczalnej stły RSF

Fig 4b

o '0 20 30 <C SO 60 70 80 SO 'CO

184 806

Wartość odniesienia siły

Z

Regulator	Wartość odniesienia ,
siły	położenia

Moduł kompensacji owalności

HI	Sumator
H2 ”
H3 ’

FIG. 1

TABLICA DECYZYJNA

A	mały	średni	duży
	1	R E	mały	duży	R E	mały	duży
mały	1	2	mały	1	2
duży	2	3	duży	3	3

1: małe zakłócenia 2: sygnał alarmowy 3: wstrzymanie odlewania

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odlewania ciągłego cienkich wyrobów metalowych pomiędzy walcami, zwłaszcza ze stali, w którym podczas odlewania mierzy się nieprzerwanie siłę rozdzielającą, walce (RSF), mierzy się sygnał reprezentatywny zmian siły rozdzielającej walce w odniesieniu do czasu i modyfikuje się odstęp pomiędzy walcami, zwłaszcza w fUnkcji tego sygnału dla skompensowania owalności walców, znamienny tym, że rozkłada się sygnał reprezentatywny zmian siły rozdzielającej walce (RSF), dla wykrywania defektów innych niż owalność walców (1, 2), na różne składowe harmoniczne, a następnie te składowe harmoniczne porównuje się ze składowymi harmonicznymi odniesienia odpowiedniego rzędu, przy czym wyniki tego porównania odpowiadają stanowi defektów w procesie odlewania, po czym w zależności od wyników tego porównania określa się reguły sterowania procesem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał reprezentatywny uzyskany przez pomiar zmian siły rozdzielającej walce (RSF) wykorzystuje się jako sygnał sprzężony stosowany jako wartość zadana przesunięcia łożysk (4) walca (2) w pętli regulacji odstępu pomiędzy walcami (1,2).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się transformatę Fouriera dla rozkładu sygnału reprezentatywnego siły rozdzielającej walce (RSF) na różne składowe harmoniczne.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla dokonania porównania, wartością, którą, stosuje się jako wartość reprezentatywną każdej składowej harmonicznej rzędu (i) jest wartość (H,) odpowiadająca wartości średniej amplitud (h) składowych harmonicznych tego rzędu mierzonych w ciągu danej liczby obrotów walca.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2. znamienny tym, że dla dokonania porównania, stosuje się środek ciężkości składowych harmonicznych, który oblicza się przez obciążenie wartości reprezentatywnej każdej składowej harmonicznej z góry ustalonym współczynnikiem.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że środek ciężkości częstotliwości oblicza się jako (Bf) = (Σ(Η, x F,))/(ZH₁1, gdzie wartością, reprezentatywną każdej składowej harmonicznej jest jej częstotliwość (F1, a współczynnik obciążenia o wartości (H,) reprezentuje amplitudę rozpatrywanej składowej harmonicznej.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dokonuje się porównania na podstawie proporcji Rf = BfF₀, gdzie (F„) jest częstotliwością odpowiadającą prędkości obrotowej walców.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dokonuje się porównania stosując jako kryterium porównawcze proporcję (H/A), dla każdej składowej harmonicznej w odniesieniu do sygnału reprezentatywnego siły rozdzielającej walce, przy czym wartość (Hi) reprezentuje amplitudę składowej harmonicznej rzędu (i), a wartość A = ZH.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wynik porównania reprezentuje suma określona jako R_d = wartość dodatnia (αο - H/A) + wartość dodatnia (H,/A - α,) + ... + wartość dodatnia (H/A - α,).

1/. Sposób według zastrz. 7 albo 9, znamienny tym, że stosuje się tabelę decyzyjną dla określenia procedury przewidzianej dla odlewania zgodnie z wartościami stanowiącymi kryterium oceny, którymi są: A = Σ^ R (R_f albo Rd, E = dR/dt.