Патент на изобретение №2169053

(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕЖДУ ВАЛКАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к непрерывной разливке между валками тонких металлических изделий. Технический результат – повышение качества изделий. Согласно изобретению для выявления дефектов, возникающих в процессе непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий, в ходе процесса литья производят непрерывное измерение сигнала, зависящего от усилия раздвигания валков. Осуществляют разложение упомянутого сигнала на различные гармонические составляющие. Результат сопоставления полученных таким образом гармонических составляющих с эталонными гармоническими составляющими является репрезентативным для дефектного состояния валков, и это дефектное состояние валков позволяет определить правила дальнейшего ведения данного процесса литья. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение касается непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий, в частности тонких изделий из стали.

В соответствии с этой известной технологией непрерывной разливки изделие, например тонкая стальная полоса или лента толщиной в несколько миллиметров, изготавливается путем разливки расплавленного жидкого металла в литейное пространство, определяемое между двумя валками с параллельными осями вращения, охлаждаемыми изнутри и приводимыми во вращение движения в противоположных направлениях. В непосредственном контакте с относительно холодными стенками валков, называемыми еще обечайками, расплавленный металл отверждается и поверхностные слои этого частично отвержденного металла, увлекаемые вращением валков, соединяются на уровне горловины или самого узкого места между упомянутыми валками, сформируя ленту, извлекаемую из валков в направлении вниз.

Применение способа непрерывной разливки между валками подвержено различным ограничениям, относящимся как к отливаемому в данном случае изделию, так и к практическому использованию данной литейной установки.

В частности, отливаемая между валками металлическая лента должна иметь поперечное сечение, соответствующее по форме и размерам заданным в данном случае параметрам, причем реальные характеристики поперечного сечения отливаемой металлической ленты являются прямой функцией размеров пространства, называемого расстоянием или зазором между валками, на уровне горловины или минимального расстояния между валками.

Для выполнения этого условия известен способ регулирования процесса непрерывной разливки тонких металлических изделий между валками, описанной в заявке на патент Франции FR-A-2728817, в соответствии с которым измеряют усилия раздвигания валков (RSF) и воздействуют соответствующим образом на относительное положение этих валков. Этот способ позволяет воздействовать на относительное положение валков таким образом, чтобы обеспечить их разведение в том случае, когда упомянутое усилие оказывается слишком большим, или их сближение в том случае, когда это усилие оказывается слишком малым, для того чтобы, в частности, устранить возможный разрыв жидкого металла или даже разрывы отливаемой металлической ленты, а также для того, чтобы устранить или исключить возможные повреждения валков в случае чрезмерного отверждения отливаемого металла.

В то же время известно, что определенная некруглость валков не может быть полностью устранена, с одной стороны, по механическим соображениям, а с другой стороны, вследствие тепловых деформаций, которым подвергаются упомянутые обечайки валков в процессе первого контакта с расплавленным металлом в момент начала разливки, а также в последующий период в процессе вращения валков.

В настоящее время уже известен способ компенсации этой некруглости, которая в последующем изложении будет называться “нормальной некруглостью” (или же “механической некруглостью”, хотя она отчасти имеет термическое происхождение), путем автоматического воздействия на положение подшипников по меньшей мере одного валка в функции углового положения валков таким образом, чтобы сохранять возможно более постоянным зазор между валками.

Принимая во внимание практическую невозможность непосредственного измерения величины зазора между валками в процессе разливки, уже было предложено использовать в качестве репрезентативного или характеристического параметра некруглости некоторый сигнал, выдаваемый средствами измерения усилия раздвигания валков, причем система компенсации некруглости валков в этом случае используется в сочетании с некоторой системой регулирования, например с системой регулирования, описанной в уже упоминавшемся выше документе FR-A-2728817.

Однако использование этих способов не позволяет выявить в реальном времени некоторые дефекты, способные нарушить нормальное течение процесса литья и даже привести к его остановке или к серьезному повреждению валков.

В настоящее время уже известны способы выявления дефектов, например, визуальные или другие, которые позволяют обнаружить дефекты, связанные с процессом литья, с термогидравлическими характеристиками расплавленного жидкого металла или еще дефекты, известные под условным названием “блестящие ленты”. Этот последний тип дефекта соответствует локализованному уменьшению шероховатости поверхности валков, которое влечет за собой изменения охлаждения отливаемой ленты, и может быть обнаружен путем измерения температуры, осуществляемого на поверхности отливаемой ленты. Однако наблюдение упомянутых выше дефектов может быть выполнено только апостериори, то есть на уже сформированной ленте, а значит – с опозданием или после появления этих дефектов. Однако такие дефекты могут вызвать серьезные повреждения поверхностей валков и эти повреждения будут тем более серьезными, чем позже будут обнаружены упомянутые дефекты, причем повреждения в этом случае могут оказаться неустранимыми.

Некоторые дефекты заранее могут быть выявлены на основе непосредственного наблюдения сигнала, репрезентативного по отношению к усилию раздвигания валков. Однако изменения этого сигнала характеризуют одновременно изменения усилия, возникающие вследствие существования нормальной некруглости валков и изменения этого усилия, возникающие вследствие других параметров, влияние на которые могут оказать события, происходящие в процессе литья. Непосредственное наблюдение и контроль сигнала усилия раздвигания валков не позволяет, таким образом, определить долю участия каждой из упомянутых выше причин в выявленных изменениях этого сигнала.

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы решить упомянутые выше проблемы и обеспечить возможность выявления в реальном времени на основе измерения усилий раздвигания валков (RSF) имеющихся дефектов до того, как развитие и усиление этих дефектов или повреждений вызовет неустранимые повреждения, в частности поверхностей валков.

Цель предлагаемого изобретения состоит также в том, чтобы обеспечить возможность отслеживания развития этих дефектов и повреждений с тем, чтобы своевременно рекомендовать оператору данной литейной установки соответствующие корректирующие воздействия или прекращение процесса литья в зависимости от степени упомянутых дефектов или повреждений.

Для достижения поставленных целей способ непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий, в частности изделий из стали, включающий непрерывное измерение в процессе разливки усилия раздвигания валков, формирование сигнала, зависящего от изменения усилия раздвигания валков в функции времени, и изменение расстояния между валками, в частности, в функции сигнала, зависящего от изменения усилия, для компенсации некруглости валков, отличается тем, что осуществляют разложение сигнала, зависящего от изменения усилия, на различные гармонические составляющие, производят сопоставление полученных гармонических составляющих с эталонными гармоническими составляющими соответствующих порядков, по результатам сопоставления определяют наличие или отсутствие нарушений в состоянии данного процесса разливки, по результатам сопоставления определяют характер управления процессом разливки.

Изобретателям на основе многочисленных опытов, выполненных в промышленном масштабе, удалось, по существу, установить, что существует определенное соотношение между изменениями сигнала, являющегося репрезентативным по отношению к усилию раздвигания валков, и возникновением дефектов или повреждений в процессе литья. Так, например, возникновение на поверхности валка дефекта, называемого “блестящая лента”, характеризуется наличием некоторого возмущения сигнала, являющегося репрезентативным для измеренного усилия раздвигания валков. Это возмущение является циклическим и проявляется при каждом обороте валка. Оно отражает переохлаждение отливаемого изделия в тот момент, когда это изделие проходит через наиболее узкую часть между валками, и выражается в изменениях усилия раздвигания валков, которые являются определенно более быстрыми, чем те изменения усилия, которые могут быть вызваны, например, изменениями толщины отвержденного изделия.

После установления вышеизложенных обстоятельств изобретатели решили выполнить разложение на гармонические составляющие сигналов таким образом, чтобы выделить в этих сигналах ту часть, которая могла бы быть приписана нормальной некруглости валков, и ту часть, которая может быть следствием других причин. Таким образом, изобретатели путем сопоставления гармонических составляющих, полученных в ходе различных процессов непрерывного литья тонкого металлического изделия между валками, убедились в том, что, хотя сигналы, являющиеся репрезентативными для усилия раздвигания валков, изменяются, в частности, в зависимости от существующей некруглости этих валков даже в том случае, когда эта нормальная некруглость компенсируется путем использования системы ее компенсации, изменения определенных гармонических составляющих соответствуют возникновению других дефектов, проявляющихся в процессе литья.

Таким образом, стало очевидным, что непрерывно осуществляемый в процессе литья анализ этих гармонических составляющих может обеспечить возможность путем сопоставления этих гармонических составляющих с эталоном, полученным экспериментальным образом при осуществлении процессов литья, рассматриваемых в качестве бездефектных, выявлять практически в реальном времени отклонения, являющиеся характерными для таких дефектов процесса литья и значительно быстрее, чем при использовании известных на сегодняшний день методов.

Гипотеза, объясняющая существующее соотношение между изменениями гармонических составляющих упомянутого сигнала и наличием дефектов литья, состоит в том, что нормальная некруглость валков вызывает такие изменения сигнала, являющееся репрезентативным для усилия раздвигания валков (RSF), которые в большинстве своем являются относительно медленными и плавными. Другими словами, упомянутый сигнал в связи с упомянутой нормальной некруглостью валков характеризуется главным образом одной гармонической составляющей низшего порядка с частотой, равной частоте вращения валков.

Зато реальные дефекты, такие, например, как упомянутые выше блестящие ленты или полосы, порождают главным образом резкие изменения сигнала, то есть гармонические составляющие более высоких порядков. Обычно спектр сигнала, являющийся репрезентативным для усилия раздвигания валков и возникающего вследствие только лишь нормальной некруглости валков, характеризуется одной гармонической составляющей порядка 0 с большой амплитудой (составляющей, например, порядка 70% полной амплитуды данного сигнала) и несколькими гармониками более высокого порядка с быстро уменьшающейся амплитудой (составляющей, например, 20% для гармоники первого порядка, 10% для гармоники второго порядка и т.д.). В этом случае редко отмечается наличие сколько-нибудь существенных гармоник более высоких порядков.

Зато в случае наличия дефекта типа блестящих лент или полос распределение гармоник оказывается совершенно другим, поскольку наличие фронта переохлаждения на уровне блестящей ленты порождает больше гармоник высоких порядков.

Следует уточнить, что здесь и в последующем изложении под выражением “гармоника порядка i” понимается составляющая сигнала на частоте F_i =2ⁱF₀, причем F₀ представляет здесь основную частоту, соответствующую скорости вращения литейных валков. Аналогичным образом, в последующем изложении через h_i будет обозначена амплитуда гармонической составляющей порядка i и через H_i будет обозначена некоторая величина, являющаяся репрезентативной для гармонической составляющей порядка i, рассматриваемой на некотором заданном числе оборотов литейных валков.

В соответствии со специфическим конструктивным решением по данному изобретению, в том случае, когда установлена и задействована некоторая система регулирования межвалкового зазора типа описанной выше, можно использовать в качестве сигнала, являющегося репрезентативным для изменений усилия раздвигания валков (RSF) и получаемого на основе измерения усилия, некоторый связанный с ним сигнал, используемый в качестве заданного перемещения подшипников по меньшей мере одного из валков. Это означает, что тот сигнал, который в этом случае раскладывается на различные гармонические составляющие, непосредственно связан с заданным перемещением подшипников по меньшей мере одного валка, вырабатываемым модулем компенсации некруглости и отражающим, таким образом, фактические изменения усилия раздвигания валков.

Для того чтобы осуществить разложение сигнала на его различные гармонические составляющие, можно, в частности, использовать быстрое преобразование Фурье, примененное к сигналу, являющемуся репрезентативным для усилия раздвигания валков (RSF), причем этот сигнал будет представлять собой либо непосредственно сигнал непрерывного измерения усилия раздвигания валков, либо соответствующий сигнал, выработанный модулем компенсации некруглости.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения рассчитывают величину H_i, являющуюся репрезентативной для каждой гармоники порядка i, как некоторую среднюю величину амплитуд h_i каждой гармоники, определяемую на заданном числе оборотов литейных валков. Поскольку эта репрезентативная для каждой гармоники величина H_i рассчитывается как среднее по заданному числу оборотов валков значение измеренных амплитуд, это позволяет ослабить влияние случайных погрешностей, локализованных во времени и в пространстве и не повторяющихся на протяжении нескольких оборотов валков. Таким образом, если данный дефект или погрешность порождены долговременной или стабильной проблемой на валке, данная система будет полностью интегрировать эту информацию в конце заданного количества оборотов валков, тогда как влияние гармонических составляющих, проявляющихся только на небольшом числе оборотов валков, значительно меньшем, чем заданное число этих оборотов, будет существенно ослаблено.

Сопоставление измеренного на данной литейной установке сигнала с сигналом, полученным в процессе непрерывного литья, признанным бездефектным и вполне удовлетворительным, может осуществляться различными способами. Например, можно просто почленно сравнивать величины H_i, являющиеся репрезентативными для каждой гармонической составляющей сигнала, измеренного на данной литейной установке, с эталонными величинами этого параметра H_ir, полученными на основании измерений, выполненных в процессах литья, признанных бездефектными и вполне удовлетворительными, и убеждаться в том, что сумма разностей между репрезентативными для каждой гармоники величинами H_i и эталонными величинами H_ir не является слишком большой.

Можно также сопоставлять пропорцию каждой гармоники в измеренном сигнале с соответствующим эталонным пропорциональным распределением. Однако в предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения сопоставление будет осуществляться на основе некоторого барицентра или центра тяжести гармонических составляющих, причем этот барицентр рассчитывается путем придания весового коэффициента каждой гармонике таким образом, чтобы придать различным гармоникам соответствующий их значимости относительный вес в общем балансе данного сигнала.

Этот способ расчета обоснован экспериментальными данными: в том случае, когда процесс литья признается бездефектным, первая гармоника оказывается наиболее значимой, причем значимость остальных гармоник резко понижается с увеличением порядкового номера соответствующей гармоники. Придавая соответствующий весовой коэффициент гармоническим составляющим более высоких порядков, получается, что изменения этих гармонических составляющих высоких порядков будут усилены, делая их появление или увеличение более легко заметными в результирующем расчете барицентра.

Так, например, можно рассчитать частотный барицентр B_f, применяя на каждой частоте соответствующей гармонической составляющей коэффициент, характеризующий амплитуду рассматриваемой гармоники: В_f (Гц) = H_i F_i/ H_i, и нормируя этот барицентр при помощи основной частоты для того, чтобы получить соотношение R = B_f/F₀, которое может быть сопоставлено с предварительно заданной эталонной величиной R₀ таким образом, чтобы избавиться от возможных различий в основной частоте, то есть в эффективной или фактической скорости вращения валков, которая может иметь место между рассматриваемым в данном случае процессом литья и эталонным процессом.

Кроме того, можно рассчитать производную dR/dt и также сопоставить полученный результат с вторым предварительно определенным пороговым значением, обеспечивая таким образом возможность отслеживать изменения соотношения R во времени, причем быстрые изменения этого параметра или соотношения R будут представлять собой своего рода сигнал, свидетельствующий о быстром развитии дефекта.

С использованием величин различных параметров, а именно:
– параметра А, представляющего собой полную амплитуду изменений A = H_i;
– параметра R, характеризующего долю или значимость дефектов в данном сигнале;
– и параметра E = dR/dt,
можно сформировать некоторую таблицу решений, о которой более подробно будет сказано в последующем изложении. Упомянутая таблица может быть использована для формирования в реальном времени соответствующих рекомендаций оператору данной литейной установки относительно корректирующих воздействий на определенные параметры данного процесса литья между валками с тем, чтобы устранить возможно более быстро дефекты данного процесса литья сразу после их возникновения или проявления.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи.

На фиг. 1 представлена схематически установка, предназначенная для непрерывной разливки между валками и оборудованная системой регулирования межвалкового зазора известного типа, но использующей разложение на гармонические составляющие сигнала компенсации некруглости валков;
фиг. 2 – таблица решений, обеспечивающих возможность определения последующих действий в процессе разливки между валками в функции величин различных параметров, выдаваемых в соответствии со способом по данному изобретению;
фиг. 3а, 3б, 3с и 3д – графики, характеризующие изменения различных параметров, измеряемых в процессе разливки или рассчитываемых теоретически и представляющих собой результаты, полученные в ходе литья, признанного бездефектным и проведенного с использованием соответствующего способа компенсации некруглости валков;
фиг. 4а, 4б, 4с и 4д – графики, характеризующие результаты, полученные в процессе разливки, признанной дефектной или неудовлетворительной.

Установка, предназначенная для непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий и лишь частично схематически представленная на фиг.1, содержит в соответствии с обычной конструкцией подобных установок, известных из существующего уровня техники в данной области, два валка 1 и 2 с параллельными друг другу осями, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, называемым межвалковым зазором. Этот межвалковый зазор соответствует требуемой толщине отливаемой в данном случае металлической ленты за минусом расплющивания, связанного с формированием усилия раздвигания валков RSF.

Оба литейных валка 1 и 2 приводятся во вращательное движение в противоположных направлениях с одинаковой скоростью. Эти литейные валки установлены на своих опорах при помощи подшипников 3 и 4, представленных схематически на этих опорах 5 и 6, размещенных на фундаменте 7.

Опора 5 и соответственно ось валка 1, соответствующего этой опоре, является неподвижной по отношению к фундаменту 7. Другая опора 6 является подвижной по поступательному движению на этом фундаменте 7. Пространственное положение этой опоры является регулируемым и фактически определяется при помощи толкающих гидравлических силовых цилиндров 9, воздействующих на нее таким образом, чтобы сближать или удалять опоры 5 и 6 друг относительно друга.

Средства измерения усилия раздвигания валков (RSF), такие, например, как датчики усилий или электронные весы 8, располагаются между неподвижной опорой 5 и фундаментом 7. Датчики 10 обеспечивают возможность измерения пространственного положения подвижной опоры 6 и, соответственно, изменения положения этой подвижной опоры по отношению к заданному ее положению в функции требуемой толщины отливаемой в данном случае металлической ленты или полосы.

В процессе разливки между валками расплавленный жидкий металл выливается в пространство между вращающимися валками и начинает отверждаться в контакте с их охлаждаемыми изнутри стенками, образуя частично отвержденные поверхностные слои, которые увлекаются вниз в результате вращения валков и соединяются в единое целое на уровне горловины или самого узкого места между этими валками 11 для того, чтобы сформировать полностью отвержденную металлическую ленту, извлекаемую из литейных валков в направлении вниз.

В процессе разливки расплавленный металл воздействует на валки с усилием (RSF), стремящимся раздвинуть валки и измеряемым датчиками усилий или электронными весами 8, причем это усилие изменяется, в частности, в функции степени отверждения используемого в данном случае расплавленного металла.

Для того чтобы обеспечить регулирование этого усилия и гарантировать непрерывность разливки, литейная установка содержит специальную систему регулирования. В этой системе регулирования разность между заданным сигналом усилия и сигналом усилия, измеренным датчиком усилий 8, рассчитывается при помощи первого компаратора 12. Сигнал этой разности подается в регулятор усилий 13, который вырабатывает сигнал заданного положения, подаваемый на второй компаратор 14.

Сигнал усилия, измеренный датчиком усилий 8, подается также в систему компенсации некруглости валков 15, которая осуществляет разложение сигнала усилия на гармонические составляющие и вырабатывает сигналы H1, H2, H3 компенсации по каждой из гармоник. Эти сигналы H1, H2 и H3 складываются в сумматоре 16, который вырабатывает заданный сигнал коррекции положения, подаваемый затем на второй компаратор 14. Сигнал с выхода этого второго компаратора 14 подается на третий компаратор 17. На этот же третий компаратор 17 подается на вход регулятора положения 18, который обеспечивает управление гидравлическими силовыми цилиндрами 9.

Приведение валков 1 и 2 во вращательное движение обеспечивается соответственно двигателями 19 и 20. Управление этими двигателями осуществляется при помощи регулятора скорости 21. Этот регулятор скорости 21 получает сигнал с выхода регулятора толщины 22, который сам в свою очередь принимает сигнал заданной толщины, сигнал усилия, поступающий с датчика усилий 8, и сигнал положения, поступающий с датчика положения 10.

Воздействие на гидравлические силовые цилиндры 9 осуществляется автоматически при помощи этой системы регулирования, которая обеспечивает возможность, например, воздействовать на эти гидравлические силовые цилиндры 9 в направлении, приводящем к разведению вращающихся валков для того, чтобы уменьшить величину усилия разведения (RSF), или наоборот, в направлении сближения этих валков для того, чтобы увеличить усилие.

Аналогичным образом система регулирования позволяет осуществить по меньшей мере частичную компенсацию нормальной некруглости валков, то есть компенсировать возможное смещение осей между осью обечайки валка и осью его вращения, а также неправильности и неравномерности геометрической формы валка независимо от того, имеют ли эти дефекты формы механическое или термическое происхождение.

В этом случае данная система регулирования учитывает дефекты геометрической формы и соосности валка для того, чтобы выдать заданное значение перемещения на гидравлические силовые цилиндры 9, управляя таким образом величиной межвалкового зазора с тем, чтобы удерживать этот межвалковый зазор возможно более постоянным по величине в процессе вращения таких валков с дефектами формы и соосности.

Теперь более подробно будет описан предпочтительный способ определения различных параметров A, R и E, которые будут использованы для уведомления оператора данной литейной установки о наличии дефектов и их величины.

В соответствии с этим способом используют разложение на гармонические составляющие сигнала, являющегося репрезентативным для усилия раздвигания валков, причем разложение осуществляется в модуле компенсации некруглости валков 15 при помощи преобразования Фурье. Ту же операцию разложения на гармонические составляющие можно реализовать и без использования преобразования Фурье, а применяя, например, преобразование Лапласа или любую другую подходящую в данном случае математическую операцию или осуществляя соответствующую обработку сигнала, такую, например, как использование соответствующих фильтров, позволяющих получить тот же самый результат, а именно, разложение данного сигнала на различные гармонические составляющие.

Затем производят расчет величин H_i так, как об этом уже было сказано выше, то есть путем расчета среднего значения амплитуд h_i на заданном количестве оборотов валков, например, на десяти последних оборотах. Здесь следует отметить, что описанный выше способ расчета коэффициентов H_i приведен только в качестве примера, абсолютно не являющегося ограничительным. Упомянутые величины H_i, являющиеся репрезентативными для каждой гармонической составляющей порядка i, могут также быть рассчитаны как эффективное значение амплитуды h_i соответствующих гармоник или как любая другая расчетная величина, характеризующая определенным образом эти гармоники, причем расчет может быть выполнен с использованием понятия среднего арифметического, с использованием метода наименьших квадратов или с использованием любого другого математического метода.

Каков бы ни был используемый в данном случае метод расчета, величины H_i являются репрезентативными для относительной амплитуды каждой гармонической составляющей порядка i с частотой F_i.

Затем производят расчет критерия В_f, представляющего собой некоторый частотный барицентр различных гармонических составляющих. Это означает, что производят расчет барицентра частот рассматриваемых гармонических составляющих, причем каждая величина частоты _i снабжена некоторым весовым коэффициентом, образованным соответствующей величиной параметра H_i, или: В_f = H_i F_i/ H_i.

В рассматриваемом здесь применении обычно используют только гармоники порядков 0, 1 и 2. Однако совершенно очевидно, что можно принимать во внимание и большее число гармонических составляющих данного сигнала.

Для того чтобы иметь возможность осуществить корректные или действительные сопоставления при различных скоростях вращения литейных валков, производят расчет соотношения R_f = B_f/F₀ где F₀ соответствует частоте вращения валков.

В том случае, который рассматривается здесь в качестве примера, где во внимание принимаются только три первых гармоники, на основе сказанного выше получают три следующих критерия:
– общая амплитуда изменений рассматриваемого сигнала, выражаемая соотношением А = H1 + H2 + H3;
– нормированный барицентр, выражаемый соотношением:
R_f = (F1 H1 + F2 H2 +F3 H3)/((H1 + H2 + H3) F₀);
– изменение параметра R_f во времени, выражаемое соотношением: Е = dR_f/dt.

Сопоставление этих различных критериев, рассчитанных в процессе осуществления литья, с некоторыми предварительно определенными пороговыми значениями позволяет выявить для данного процесса литья проявление такого дефекта.

В качестве примера можно сказать, что в том случае, когда сигнал, являющийся репрезентативным для усилия раздвигания валков, представляет собой сигнал, поступающий из модуля компенсации некруглости валков, то есть сигнал, выраженный величиной необходимого перемещения подвижного валка, и при наличии только нормальной некруглости значения параметров могут быть следующими:
H0 = 700 мкм; H1 = 200 мкм; H2 = 100 мкм
при том, что
F0 = 0,2 Гц, F1 = 0,4 Гц и F2 = 0,8 Гц.

В этом случае В_f = 0,3 Гц и R_f= 1,5.

Если в процессе литья появляется блестящая лента, эти величины принимают соответственно следующие значения:
H0 = 350 мкм; H1 = 350 мкм и H2 = 300 мкм,
и тогда получается R_f= 2,25.

Видно, таким образом, что даже просто фиксируя некоторое адекватное пороговое значение для параметра R_f, например, значение R_{fпороговое} = 1,6 можно активизировать предупреждающий о наличии дефекта сигнал по факту превышения параметром R_f данного порогового значения.

Наилучшая оценка тяжести возникших дефектов может быть получена при помощи одновременного учета трех упомянутых выше критериев.

Для этого можно, например, использовать некоторую таблицу решений, пример которой представлен на фиг. 2. Эта таблица непосредственно указывает оператору данной литейной установки дефектологическое состояние данного процесса литья, то есть дает этому оператору указания относительно наличия, важности и процесса развития дефектов, а также сигнал о необходимости предпринять те или иные корректирующие действия, такие, например, как изменения некоторых параметров литья, для того чтобы попытаться устранить проявившиеся дефекты или, в худшем случае, остановить процесс литья для того, чтобы избежать неустранимых повреждений данной литейной установки.

Упомянутая таблица решений представляет, например, действия, которые необходимо выполнить, в функции относительных значений параметров A, R_f и E:
– “малое” значение параметра А является признаком небольших изменений усилия раздвигания валков и это означает, что процесс литья происходит в нормальных условиях;
– в том случае, когда параметр А имеет “среднее” значение,
– если параметры R и E имеют “малое” значение, что означает отсутствие или небольшое проявление дефектов, данный процесс литья продолжает проходить еще в нормальных условиях;
– если параметр R имеет “малое” значение, а параметр E имеет “большое” значение, это может означать, что хотя и реальное наличие дефекта не имеет в данном случае места, область функционирования данной литейной установки является нестабильной по соображениям, связанным главным образом с так называемой “нормальной” некруглостью валков, и предупреждающий сигнал в этом случае включается для того, чтобы оповестить оператора данной литейной установки о необходимости модификации, например, тепловых условий функционирования обечайки валка (температуры или расхода охлаждающей воды);
– если параметр R имеет “большое” значение, а параметр E имеет “малое” значение, что означает наличие дефекта, не имеющего, однако, тенденции к его возможному утяжелению, также включается аварийный предупреждающий сигнал;
– если оба параметра R и E имеют “большие” значения, сигнализирующие о наличии дефекта и его угрожающем развитии, выдается сигнал, требующий от оператора данной литейной установки прекратить процесс литья;
– в том случае, когда параметр А имеет “большое” значение:
– если параметры R и E имеют “малое” значение, никаких скрытых дефектов не обнаруживается, нормальная некруглость валков корректно компенсируется, но амплитуда перемещений подвижного валка для реализации этой компенсации является достаточно большой, что не является серьезным недостатком для самого процесса литья, но может свидетельствовать об определенных проблемах с геометрией валков;
– если параметр R имеет “большую” величину, а параметр E имеет “малую” величину, что дополнительно указывает на наличие определенного дефекта, но без серьезных осложнений, включается сигнал, предупреждающий об аварийном течении процесса;
– если параметр E имеет “большую” величину, то независимо от величины параметра R сигнализируется серьезное осложнение имеющихся дефектов и требуется быстрая остановка данного процесса литья.

Здесь следует отметить, что характеристики “малый”, “средний” и “большой” для различных параметров или критериев оцениваются путем сравнения с экспериментальными данными, полученными в предшествующих процессах литья.

В качестве иллюстрации возможностей выявления дефектов при использовании способа в соответствии с предлагаемым изобретением можно обратиться к графикам, приведенным на фиг. 3а, 3б, 3с и 3д, на которых представлены изменения различных параметров, измеренных и рассчитанных в ходе осуществления некоторого процесса литья с использованием способа компенсации некруглости валков, признанного бездефектным, и к графикам, приведенным на фиг. 4а, 4б, 4с и 4д, на которых для сравнения представлены кривые изменения тех же параметров, полученные при осуществлении процесса литья с наличием дефектов типа блестящих лент.

Графики на фиг. 3а и 4а представляют изменения усилия раздвигания валков, выраженные в процентах от допустимого значения усилия RSF, измеренные на протяжении 40 минут от начала процесса литья.

Графики, представленные на фиг.3б и 4б, показывают изменения в течение этого времени величины параметра А, то есть усредненной по 10 оборотам валков и выраженной в мкм амплитуды перемещения подшипников подвижного валка, управляемого модулем компенсации некруглости.

Графики, представленные на фиг. 3с и 4с, показывают изменения за тот период времени величины параметра R.

Графики, представленные на фиг. 3д и 4д, показывают в одной и той же системе координат и за тот же промежуток времени изменения параметров H0, H1 и H2, характеризующих амплитуды гармонических составляющих порядков 0, 1 и 2, причем изменения параметра H0 представлены в нижней части координатной сетки, изменения параметра H1 представлены в середине координатной сетки и изменения параметра H2 представлены в верхней части этой координатной сетки.

На приведенных фигурах можно видеть, что в случае литья, признанного бездефектным или удовлетворительным, возрастание значения параметра А на протяжении первых 20 минут соответствует аналогичному возрастанию параметра H0 и отражает главным образом эволюцию компенсации некруглости валков вплоть до достижения некоторого стабильного значения параметра А на уровне примерно 50 мкм, что указывает на практически полную компенсацию некруглости валков. Следует также отметить относительную стабильность величины параметра R после первых десяти минут работы данной литейной установки после некоторого отклонения величины этого параметра в сторону более высоких значений, соответствующего относительно большой амплитуде параметра H2 на протяжении того же начального периода литья.

Для сравнения, графики, представленные на фиг. 4б, 4с и 4д и относящиеся к процессу литья, ход которого был сильно возмущен, показывают значительные амплитуды параметров H1 и H2 на протяжении примерно 40 минут при высоком значении параметра А в течение всего этого периода и особенно при высоком значении параметра R.

На основании приведенного примера нетрудно понять, что сопоставление, выполняющееся в реальном времени в процессе литья, значений параметра А и, особенно, параметра R с некоторыми предварительно определенными пороговыми значениями даст возможность быстро выявить дефекты, соответствующие большим амплитудам гармонических составляющих H1 и H2, и немедленно воздействовать соответствующим образом на параметры данного процесса литья с тем, чтобы исключить осложнение этих дефектов.

Предлагаемое изобретение не ограничивается способами расчетов различных параметров, которые были описаны выше только в качестве примера.

В частности, используя те же величины H_i, являющиеся репрезентативными для амплитуды каждой гармонической составляющей данного сигнала, можно рассчитать другой барицентр В гармонического спектра величины, являющейся репрезентативной для усилия раздвигания валков, например, придавая каждому значению H_i некоторый весовой коэффициент, выбранный разумным образом и позволяющий акцентировать в расчетном значении этого барицентра влияние гармонических составляющих более высоких порядков, которые свидетельствуют о наличии тех или иных дефектов.

При любом выбранном типе расчета барицентра будут использоваться величины, являющиеся репрезентативными для различных гармонических составляющих рассматриваемого сигнала и весовые коэффициенты, относящиеся к каждой гармонической составляющей таким образом, чтобы можно было легко отслеживать изменения значения барицентра и сопоставлять его с полученными ранее экспериментальными значениями с целью определения в реальном масштабе времени некоторого дефектологического уровня, соответствующего текущему дефектологическому состоянию данного процесса литья (литье без проблем, возмущенное литье, неудовлетворительное литье, приводящее к остановке процесса или к повреждению валков и т.п.) по сравнению с предыдущими зарегистрированными процессами литья.

Для того чтобы осуществить сопоставление гармонических составляющих данного сигнала, можно также определить эталонное распределение амплитуд гармоник в процентном содержании каждой гармоники по отношению к полному сигналу, например, полагая, априори, что первая гармоника составляет 66% этого сигнала, вторая гармоника составляет 17% и третья гармоника также составляет 17% полного сигнала. В таком случае можно отслеживать изменение этого распределения в процесс каждого цикла литья и, путем сопоставления с эталонным распределением, легко оценить возможные отклонения.

Это сопоставление, например, может быть выполнено путем расчета некоторой суммы разностей R_d между пропорцией H_i/A для каждой гармонической составляющей в измеренном сигнале, являющегося репрезентативным для усилия раздвигания валков, и эталонной пропорцией _i, то есть соотношения:
R_d=pos(_o-H_o/A)+pos(H₁/A-₁)+…+pos(H_i/A-_i)
Использованные здесь символы означают, что каждый элемент этой суммы учитывается только в том случае, если он является положительным. Таким образом, если пропорция гармонической составляющей порядка 0 превышает соответствующую эталонную пропорцию или если пропорция гармонической составляющей первого или более высокого порядка оказывается меньше соответствующей эталонной пропорции, разность, относящаяся к рассматриваемой гармонике, не принимается во внимание. Так, например, если первая гармоника представляет, скажем, 98% А, вторая гармоника представляет 2% и третья гармоника представляет 0%, что будет соответствовать практически полному отсутствию гармоник порядка выше 0, то есть практически полному отсутствию дефектов, то R_d= 0.

В том случае, когда данная установка для непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий не содержит системы регулирования межвалкового зазора в функции некруглости валков, можно, очевидно, применить описанный выше способ в соответствии с предлагаемым изобретением, непосредственно используя в качестве сигнала, подлежащего разложению на гармонические составляющие, прямое измерение усилия раздвигания валков (RSF), причем использование величин H_i, поступающих из модуля компенсации некруглости, остается, однако, особенно практичным в том случае, когда такой модуль компенсации уже существует в данной литейной установке и уже осуществляет в рамках своего обычного функционирования разложение сигнала на гармонические составляющие.

Перевод надписей на приведенных в приложении фигурах
Фиг. 1:
1 – эталонная величина усилия;
2 – эталонная величина толщины;
3 – регулятор усилия;
4 – заданное значение положения;
5 – модуль компенсации некруглости;
6 – положение коррекции;
7 – регулятор толщины;
8 – регулятор положения;
9 – заданное значение скорости;
10 – датчик усилия;
11 – датчик усилия (предположительно, опечатка. В тексте описания блок поз.10 на фиг.1 называется “датчик положения”. Прим. перев.);
12 – силовой гидравлический привод;
13 – регулятор скорости.

Фиг. 2:
1 – таблица решений;
2 – малое;
3 – среднее;
4 – большое;
5 – нормальный ход процесса;
6 – остановить литье.

Фиг.3а: 1 – проценты от максимально допустимого RSF.

Фиг.3б: 1 – параметр А (мкм).

Фиг.3с: 1 – параметр R-1.

Фиг.3д: 1 – минуты от начала вращения валков
Фиг.4а: 1 – проценты от максимально допустимого RSF
Фиг.4б: 1 – параметр А (мкм).

Фиг.4с: 1 – параметр R-1.

Фиг.4д: 1 – минуты от начала вращения валков.

Формула изобретения

1. Способ непрерывной разливки между валками тонких металлических изделий, в частности изделий из стали, включающий непрерывное измерение в процессе разливки усилия раздвигания валков, формирование сигнала, зависящего от изменения усилия раздвигания валков в функции времени, и изменение расстояния между валками, в частности, в функции сигнала, зависящего от изменения усилия, для компенсации некруглости валков, отличающийся тем, что осуществляют разложение сигнала, зависящего от изменения усилия, на различные гармонические составляющие, производят сопоставление полученных гармонических составляющих с эталонными гармоническими составляющими соответствующих порядков, по результатам сопоставления определяют наличие или отсутствие нарушений в состоянии данного процесса разливки, по результатам сопоставления определяют характер управления процессом разливки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зависимости от величины сигнала, зависящего от изменения усилия раздвигания валков, формируют задание в контуре регулирования на перемещение подшипника подвижного валка для изменения расстояния между валками.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для разложения сигнала, зависящего от изменения усилия, на гармонические составляющие используют преобразование Фурье.

4. Способ по любому из пп.1 – 3, отличающийся тем, что при сопоставлении используют в качестве величины, характеризующей каждую гармоническую составляющую порядка i, величину H_i, соответствующую среднему значению амплитуд h_i гармонических составляющих этого порядка, измеренных на предварительно определенном числе оборотов валков.

5. Способ по любому из пп.1 – 4, отличающийся тем, что при сопоставлении используют центр тяжести гармонических составляющих, причем центр тяжести рассчитывают путем присвоения каждой гармонической составляющей предварительно определенного весового коэффициента.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что центр тяжести рассчитывают по соотношению
(B_f) = ((H_iF_i))/(¹₁H_i),
в котором величина, представляющая каждую гармоническую составляющую, представляет собой частоту F_i этой составляющей, а весовой коэффициент H_i характеризует амплитуду этой гармонической составляющей.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при сопоставлении используют соотношение R_f = B_f/F_o, где F_o представляет собой частоту, соответствующую скорости вращения валков.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что при сопоставлении используют параметр H_i/А, причем H_i характеризует среднюю амплитуду гармонической составляющей порядка i, а параметр А определяется соотношением: А = H_i.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что результат сопоставления определяют соотношением
R_d = (_o-H_o/A)+(H₁/A-₁)+ … +(H_i/A-_i),
где _i – эталонное значение параметра H_i/А,
причем при вычислении суммы учитывают только положительные слагаемые.

10. Способ по любому из пп. 7 – 9, отличающийся тем, что используют таблицу решений для определения характера управления процессом разливки, содержащую значения следующих параметров:
-A = ¹₁/H_i;
-R = (R_f или R_d);
-E = dR/dt.

РИСУНКИ