專利名稱：運(yùn)行結(jié)晶器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行一種垂直設(shè)置可控制的尤其用于鑄鋼的結(jié)晶器的方法，它可通過提升機(jī)構(gòu)驅(qū)動振動，以及涉及一種相應(yīng)的連鑄設(shè)備，它設(shè)有用于測量和調(diào)整結(jié)晶器提升運(yùn)動的元件。
由EP0044291A1已知一種具有振動的連鑄結(jié)晶器的設(shè)備，用于確定在結(jié)晶器側(cè)壁與鑄坯表面之間存在的摩擦力，其中，結(jié)晶器與一個(gè)加速度傳感器連接，在結(jié)晶器托架上裝有測力器，用于測量從結(jié)晶器傳給托架的力，以及，加速度傳感器與測力器通過減法電路連接。評估在驅(qū)動力信號與加速度信號之間的差值，看作是鑄坯與結(jié)晶器之間摩擦力的度量。這種方法基于這樣的設(shè)想，即，作用在結(jié)晶器上的所有力之和等于零。
已知方法的一個(gè)缺點(diǎn)是在結(jié)晶器范圍內(nèi)侵蝕性環(huán)境附近使用了易出故障的加速度傳感器。此外，驅(qū)動裝置內(nèi)部的摩擦力沒有考慮。尤其對于支承在板簧疊片中的結(jié)晶器，即所謂諧振式結(jié)晶器，產(chǎn)生不可忽略的彈簧力，它必須在結(jié)晶器力的平衡計(jì)算中加以考慮。
由DE2743579C2已知一種控制金屬連鑄的方法，其中結(jié)晶器被驅(qū)動振動，在結(jié)晶器內(nèi)的液態(tài)金屬表面覆蓋一種規(guī)定成分的保護(hù)粉末，此時(shí)首先觀察離開結(jié)晶器的鑄坯表面，記錄實(shí)有的結(jié)晶器運(yùn)動，并進(jìn)一步主要與有效的結(jié)晶器運(yùn)動給定的頻譜作比較。
在這里，在鑄機(jī)的結(jié)晶器上裝了一個(gè)加速度傳感器，加速度信號在一個(gè)沒有進(jìn)一步詳細(xì)說明的數(shù)據(jù)發(fā)送器中進(jìn)行處理。在這種情況下的出發(fā)點(diǎn)是，鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦力對加速度信號的頻譜有影響。在這里還沒有搞清楚，結(jié)晶器運(yùn)動或振動的頻率組成是否與摩擦力有關(guān)。
這種方法的缺點(diǎn)是，由于要進(jìn)行頻率分析，所以反應(yīng)時(shí)間長。在這里只是確定了一個(gè)時(shí)間平均值。此外，摩擦力只是相對于頻譜的變化范圍確定。除此之外，加速度傳感器布置在結(jié)晶器范圍內(nèi)侵蝕性環(huán)境的附近。
本發(fā)明追求的目的是提供一種方法和創(chuàng)造一種相應(yīng)的設(shè)備，據(jù)此可以借助于簡單的措施在任何時(shí)刻可靠地推定摩擦力。
本發(fā)明通過方法權(quán)利要求1和設(shè)備權(quán)利要求6的特征部分所述特征達(dá)到上述目的。
按本發(fā)明為了推定(rekonstruieren)摩擦力連續(xù)地測量結(jié)晶器提升運(yùn)動和使結(jié)晶器作提升運(yùn)動的驅(qū)動力。測量值在專用的計(jì)算線路中進(jìn)行處理，計(jì)算線路提供鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦力作為處理結(jié)果。計(jì)算線路的設(shè)計(jì)建立在結(jié)晶器提升運(yùn)動的一個(gè)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上。其中，可以通過測量技術(shù)檢測結(jié)晶器的提升位置和/或提升速度。若只檢測提升位置，則可以推定提升速度。同理，若通過測量技術(shù)檢測提升速度，則推定提升位置。
與已知的先有技術(shù)不同，在先有技術(shù)中確定的只是一個(gè)時(shí)間平均值，但在所建議的方法中獲得的是摩擦力隨結(jié)晶器提升運(yùn)動的變化過程。在這種情況下摩擦力被確定作為絕對值，也就是說不只是對于頻譜變化范圍的相對值。
所建議的方法的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)在于，對于任何一種振動狀態(tài)，亦即對于任何一個(gè)振動頻率和振幅，驅(qū)動力不是必須在空載時(shí)事先已知的。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在所建議的方法中考慮了彈簧力。這尤其適用于諧振結(jié)晶器，亦即支承在板簧疊片中的結(jié)晶器。在用鉸鏈杠桿控制結(jié)晶器的情況下考慮了全部驅(qū)動裝置的剛性。
此外，考慮了結(jié)晶器支承裝置的線性摩擦。當(dāng)結(jié)晶器支承裝置的摩擦力非常小時(shí)，這一值可看作零。
在鑄坯外殼與結(jié)晶器之間經(jīng)推定的摩擦力作為控制參數(shù)輸入一個(gè)促動器。與此同時(shí)，此摩擦力可以作為附加的過程技術(shù)參數(shù)顯示給操作者，提供有關(guān)連鑄過程的附加信息。
通過在線檢測摩擦力，為自動監(jiān)測提供了可能性，尤其是在斷裂的早期識別方面。在這種情況下可以及時(shí)看出趨勢，并例如通過報(bào)警信號通報(bào)即將發(fā)生的斷裂。操作人員或可以促使降低澆注速度，但也可以實(shí)施速度的自動反饋，以便與通過操作人員的對報(bào)警信號的主觀判斷無關(guān)地防止斷裂。
除此之外將經(jīng)推定的摩擦力進(jìn)一步應(yīng)用于過程控制和過程監(jiān)測。自動供入澆注粉或添加潤滑劑和在可調(diào)式結(jié)晶器中窄側(cè)的斜度調(diào)整均屬于此，其中，在摩擦力提高時(shí)操縱潤滑劑的供入，窄側(cè)斜度的調(diào)整在非正常摩擦狀況時(shí)根據(jù)推定的摩擦力進(jìn)行控制。
采用所建議的方法可以用簡單的方法監(jiān)測結(jié)晶器的狀態(tài)。對于所有的方法，空載時(shí)的驅(qū)動力、頻譜或系統(tǒng)摩擦都是作為進(jìn)一步研究摩擦力的先決條件。若現(xiàn)在在空載時(shí)經(jīng)過一些時(shí)間后的進(jìn)一步測量中能發(fā)現(xiàn)這些基本數(shù)據(jù)的變化，則操作人員可推斷出在結(jié)晶器機(jī)械系統(tǒng)中的改變。
可以進(jìn)一步優(yōu)化這些參數(shù)。若操作者為了避免表面缺陷和鑄坯缺陷，在液壓式提升驅(qū)動裝置的情況下，打算對K系數(shù)的變化或尤其是全新的調(diào)整策略進(jìn)行試驗(yàn)，則他迄今要完成的成品試驗(yàn)需借助于復(fù)雜的和非?；ㄙM(fèi)時(shí)間的測量程序。通過摩擦力的確定向他提供了一個(gè)輔助工具，用于對參數(shù)變化的影響作第一次評估。類似地適用于在澆注粉的分析中，此時(shí)摩擦力的確定可用來改善對澆注粉的選擇。
眾所周知，摩擦力對于鑄坯質(zhì)量和鑄坯的缺陷具有特別重要的意義。尤其在向下運(yùn)動時(shí)沒有足夠的摩擦力往往是造成短的縱向裂紋和不規(guī)則的深的位移痕跡(Hubmarken)的原因。在準(zhǔn)確地了解摩擦力的情況下可以減少這些缺陷和提高鑄坯的質(zhì)量。
此外，摩擦力的最佳化是快速鑄造的重要的先決條件。
附圖表示了本發(fā)明的一個(gè)例子。
其中

圖1彈簧測量系統(tǒng)；圖2以結(jié)晶器行程為基礎(chǔ)的計(jì)算線路；圖3以提升速度為基礎(chǔ)的計(jì)算線路；圖4以結(jié)晶器行程和提升速度為基礎(chǔ)的計(jì)算線路。
圖1中示意表示了結(jié)晶器31，它被板簧疊片33固定并通過液壓驅(qū)動裝置32驅(qū)動。
在結(jié)晶器31上設(shè)有測量和調(diào)整裝置的測量元件，它們用于測量位置41、速度42、力43以及壓力44。
通過此彈簧測量系統(tǒng)，說明了結(jié)晶器的升降運(yùn)動，其中，一個(gè)未知的摩擦力FR影響結(jié)晶器的運(yùn)動。對摩擦力FR進(jìn)行推定，它基本上表示在鑄坯與結(jié)晶器31之間的摩擦力。結(jié)晶器的提升運(yùn)動受力F的作用，此力造成結(jié)晶器沿提升方向運(yùn)動。驅(qū)動力F直接或間接地提供作為可測量的參數(shù)。為測量此力使用測壓計(jì)、DMS傳感器、電驅(qū)動裝置中的電機(jī)電流或液壓驅(qū)動裝置中的壓力。
此外，通過測量技術(shù)檢測用于推定鑄坯與結(jié)晶器之間摩擦力的結(jié)晶器提升幅度X和/或提升速度V。
在圖2至4中表示了一些累加器11，用于摩擦力FR、自重力FG、驅(qū)動力F、彈簧力FC＝C×X(C為彈簧總剛度)和線性摩擦力FD＝D×V(D為線性摩擦系數(shù))。累加器12包括位置X、速度V和累加器11的結(jié)果。累加器13涉及速度V，以及累加器14涉及位置X。
此外，數(shù)字21至22表示積分器，而且21涉及加速度b、22涉及速度V以及23涉及位置X和速度V。
用P1至P3表示放大器，且P1＝-C/MP2＝-D/MP＝-1/M其中M為總的振動質(zhì)量、C為彈簧總剛度以及D為線性摩擦系數(shù)。
圖2表示的計(jì)算線路針對這種情況，即，除驅(qū)動力F外還提供結(jié)晶器行程作為測量參數(shù)。在這種情況下除摩擦力FR外還推定提升速度V。線路的系數(shù)L1、L2和L3選擇為，使結(jié)晶器行程測量值與結(jié)晶器行程計(jì)算值之間的差值收斂為零。
圖3表示的計(jì)算線路針對這種情況，即，除了驅(qū)動力F外還提供提升速度V作為測量參數(shù)。在這種情況下除摩擦力FR外還推定結(jié)晶器行程X。線路的系數(shù)L4、L5和L6選擇為，使提升速度的測量值與計(jì)算值的差值趨于零。在圖5中表示了一個(gè)計(jì)算線路，其中除驅(qū)動力F外還提供結(jié)晶器行程X和提升速度V作為測量參數(shù)。系數(shù)L1至L6選擇為，使結(jié)晶器行程X以及提升速度V的測量值與計(jì)算值之間的差值都趨于零。
在圖2、4和5中表示的線路分別表示了三階線性不隨時(shí)間變化的微分方程組。圖2的系數(shù)L1、L2和L3、圖3的系數(shù)L4、L5和L6以及圖4的系數(shù)L1至L6按數(shù)學(xué)上的表述是被計(jì)算為這樣，即，使這些微分方程組具有預(yù)先規(guī)定的負(fù)的特征值。
按圖2至4的計(jì)算線路可通過相似的電路或使用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。為了形象化和也為了傳送此經(jīng)推定的摩擦力，采用摩擦力的瞬時(shí)值和沿一個(gè)可預(yù)定的時(shí)間段的摩擦力同向瞬時(shí)值的平均值。
權(quán)利要求
1.運(yùn)行一種垂直設(shè)置尤其用于鑄鋼的可控制式結(jié)晶器的方法，結(jié)晶器通過一提升機(jī)構(gòu)被驅(qū)動振動，其特征為驅(qū)動力(F)、結(jié)晶器的提升位置(X)和/或提升速度借助于測量技術(shù)進(jìn)行檢測；在一個(gè)計(jì)算模型中規(guī)定結(jié)晶器的提升運(yùn)動作為額定參數(shù)；在線路裝置中累加彈簧力(FC)、線性摩擦力(FD)和減去結(jié)晶器自重力(FG)的驅(qū)動力(F)與摩擦力(FR)之差；在隨后的步驟中進(jìn)行速度(V)的積分以及接著位置(X)的積分；系數(shù)(L)應(yīng)選擇為，使結(jié)晶器提升位置和/或提升速度的測量值與相應(yīng)的計(jì)算值之間以及力之間的差值收斂為零；以及，將表示鑄坯外殼與結(jié)晶器之間摩擦力(FR)(推定后的摩擦力)大小的結(jié)晶器提升運(yùn)動的差值作為控制參數(shù)輸入促動器。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為經(jīng)推定的摩擦力直觀化和被記錄。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為經(jīng)推定的摩擦力控制澆注粉的供給。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為經(jīng)推定的摩擦力控制可調(diào)式結(jié)晶器的斜度。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為線路裝置表示三階的與時(shí)間無關(guān)的微分方程組，它們被計(jì)算為具有負(fù)的特征值，在這種情況下，這些線路裝置可通過相似的電氣元件或借助于時(shí)間離散的變換在數(shù)字計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
6.用于實(shí)施按照權(quán)利要求1所述的方法鑄鋼的連鑄設(shè)備，它有一個(gè)垂直設(shè)置的可控制的結(jié)晶器，結(jié)晶器通過一提升機(jī)構(gòu)被驅(qū)動振動，以及有一些用于測量和調(diào)整結(jié)晶器提升運(yùn)動的元件，其特征為設(shè)有一個(gè)結(jié)晶器加速度的積分器(21)和一個(gè)結(jié)晶器速度的積分器(22)；計(jì)算的和測量的結(jié)晶器提升位置累加器(14)和/或計(jì)算的和測量的結(jié)晶器提升速度累加器(13)與積分器(23)連接；以及，設(shè)有一個(gè)累加器(11)，它累加經(jīng)測量傳感器傳送的減去自重力的驅(qū)動力與積分器(23)的數(shù)據(jù)；以及，設(shè)有一個(gè)累加器(12)，它累加彈簧力(FC)、來自結(jié)晶器支承裝置的線性摩擦力(FD)以及來自累加器(11)的數(shù)據(jù)得出加速度(b)。
7.按照權(quán)利要求6所述的連鑄設(shè)備，其特征為設(shè)置測量力的力傳感器(43)。
8.按照權(quán)利要求6所述的連鑄設(shè)備，其特征為使用液壓驅(qū)動裝置(32)，在此裝置上裝設(shè)壓力測量裝置(44)。
9.按照權(quán)利要求6所述的連鑄設(shè)備，其特征為在結(jié)晶器(31)上設(shè)板簧疊片(32)，用于沿運(yùn)動方向的控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法,用于運(yùn)行一種垂直設(shè)置尤其鑄鋼用的可控制結(jié)晶器,結(jié)晶器通過一提升機(jī)構(gòu)被驅(qū)動振動。按本發(fā)明借助于測量技術(shù)檢測驅(qū)動力(F)、結(jié)晶器的提升位置(X)和/或提升速度(V),在一個(gè)計(jì)算模型中給定結(jié)晶器提升運(yùn)動作為額定參數(shù),以及,最后借助于一個(gè)線路裝置將表示鑄坯外殼與結(jié)晶器之間摩擦力大小的結(jié)晶器提升運(yùn)動的差值作為控制參數(shù)輸入促動器。此外,本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施此方法的連鑄設(shè)備。
文檔編號B22D11/04GK1182382SQ96193381
公開日1998年5月20日 申請日期1996年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月19日
發(fā)明者于爾根·沃赫尼克, 約翰內(nèi)斯·施泰因 申請人:曼內(nèi)斯曼股份公司