книги из ГПНТБ / Железнов, Ю. Д. Статистические исследования точности тонколистовой прокатки

Т а б л и ц а 8. Технические характеристики измерителей толщины конструкции ВНИИАЧермета

П р о д о л ж е н и е т а б л . 8

t

Рис. 33. Блок-схема рентге­ новского измерителя тол­ щины

напряжения, посылают поочередно импульсы излучения в приемник 3. На пути рабочего пучка рентгеновских лучей находится измеряемая полоса 4 и подстроечный образец 5, а на пути компен­ сирующего источника — эталонный образец переменного сечения 6 (клин).

Приемник 3 преобразует импульсы рентгеновского излучения в импульсные электрические сигналы. Так как генераторы излу­ чения работают поочередно, в разные полупериоды сетевого на­ пряжения, то на выходе приемника имеются импульсы, частота повторения которых равна удвоенной частоте сети. Величина электрических импульсов на выходе приемника определяется сте­ пенью ослабления интенсивности рентгеновского излучения из­ меряемой полосы или клином соответственно.

Блок 7 сравнивает импульсы рабочего и компенсирующего ис­ точников и вырабатывает разностный сигнал — сигнал рассогла­ сования. Напряжение рассогласования усиливается усилителем 8 и приводит во вращение реверсионный двигатель 9, который перемещает клин 10до уравнивания сигналов на выходе приемника.

Каждому значению толщины полосы соответствует определен­ ное положение компенсирующего клина, поэтому положение кли­ на 10 является мерой толщины полосы.

При помощи мостовой следящей схемы (реохорд-датчик 11, реохорд-приемник 12, усилитель 13 и реверсивный двигатель 14) положение клина в определенном масштабе передается на блок промежуточных реохордов 15. С этого блока сигнал о величине толщины полосы выводится на показывающий прибор 16 и реги­ стратор толщины 17.

Разностный сигнал с блока задания толщины 18 и блока про­ межуточных реохордов 15, пропорциональный величине откло­ нения толщины от задания, выдается в систему автоматического регулирования толщины и через автосигнализатор 19 — в си­ стему разбраковки и световой сигнализации.

62

Для введения поправок в показания прибора при измерении толщины полос с различным химическим составом и температурой служит блок поправок 20, позволяющий отградуировать измери­ тель на 12 групп марок металла.

Первоначально измерители толщины разрабатывались как ин­ дикаторы толщины и являлись показывающим прибором для про­ катчиков, поэтому основным требованием к ним было получение наименьшей погрешности.

Внастоящее время бесконтактный измеритель толщины стал неотъемлемой частью системы автоматического регулирования толщины на стане и датчиком выхода толщины за допуск в схеме автоматической разбраковки на агрегатах поперечной резки. Поэтому наряду с требованиями к точности измерения повысились также требования к быстродействию (см. табл. 6).

Визмерителях толщины, основанных на затухании интен­

сивности потока излучения при прохождении через металл, вы­ полнение этих требований взаимно связано. Улучшение одной характеристики приводит к ухудшению другой или к значитель­ ному усложнению аппаратуры.

Мировая практика показала, что в настоящее время большин­ ство бесконтактных измерителей толщины имеет погрешность измерения порядка ± 1 % от измеряемой толщины (с учетом ве­ личины систематических флуктуаций потока).

В последнее время существенно повысились требования по­ требителей к уменьшению разнотолщинности листового про­ ката.

Это обстоятельство, а также применение измерителей толщины полосы в системах автоматического регулирования толщины, по­ требовало проведения ряда исследований для уточнения тре­ бований, предъявляемых к основным параметрам измерителей тол­ щины полосы, в частности к быстродействию и погрешности измерения.

б. Требования к пределам измерения

Ранее разработанные ВНИИАчерметом рентгеновские из­ мерители толщины РИТ холодного проката предназначаются для использования в диапазоне толщин 0,3— 10 мм и выпускаются на следующие пределы измерения (для сталей с химическим со­

нов холодной прокатки, заданий изготовителей прокатного обору­ дования и возможностей метода показывает, что в настоящее время целесообразно рассматривать возможность создания РИТ с повышенными точностью и быстродействием для диапазонов тол­ щин 0,2— 4 мм или 0,2— 6 мм. С точки зрения однотипности

63

эксплуатируемого оборудования и взаимозаменяемости узлов при ремонте желательно, чтобы весь диапазон охватывался одной мо­ дификацией РИТ. В измерителях толщины конструкции ВНИИАчермета типа ИТХ-5650 и ИТХ-5736 это требование не удовлетво­ рялось, поэтому измерители толщины, установленные в линии одного непрерывного стана (например, за первой клетью и на выходе стана) имели часть различных невзаимозаменяемых узлов (компенсирующие клинья, показывающие приборы).

Удовлетворение этого требования связано с усложнением ап­ паратуры и увеличением ее габаритов, что, конечно, допустимо лишь в некоторых пределах.

Измерители толщины с диапазоном измерения 0,2— 4 мм пригодны для применения на подавляющем большинстве непре­ рывных и реверсивных станов холодной прокатки автолиста, трансформаторных, нержавеющих и других сталей, т. е. именно на тех агрегатах, для которых в настоящее время выдвигаются по­ вышенные требования по быстродействию и точности измерения. Рентгеновский измеритель толщины с верхним пределом измере­ ния выше 4 мм в настоящее время нужен в основном в агрегатах резки горячекатаного металла для толщин 1,5— 6,0; 4— 8; 4— 12 мм.

Увеличение предела измерения до 12 мм при одновременном увеличении быстродействия и повышении точности изменения требует применения рентгеновских излучателей больших мощ­ ности и габаритов.

• На станах, прокатывающих стальную ленту и ленту из цвет­ ных металлов толщиной менее 0,2 мм, в настоящее время исполь­ зуются только радиоизотопные измерители толщины. Возможности использования рентгеновских измерителей для этих толщин мало изучены. Можно предположить, что для получения удовлетвори­ тельных результатов понадобятся рентгеновские трубки на малые ускоряющие напряжения (до 40 кВ) при больших токах через трубку (10— 100 мА). Для сравнения укажем, что для диапазона толщин 0,2— 4,0 мм используются трубки с ускоряющим напря­ жением до 100 кВ при токе через трубку 1— 2 мА (в ИТХ-5736 ток через трубку равен 1 мА). Источник излучения 40 кВ при 10— 100 мА вряд ли будет пригоден по своим размерам для при­ менения на станах прокатки тонкой ленты и на фольгопрокатных станах.

в. Требования к точности измерения в связи с возможностями современных САРТ

Применение измерителей толщины конструкции ВНИИАчермета на непрерывных станах ряда заводов позволили реализовать САРТ, что привело к существенному улучшению качества про­ дукции и снижению потерь.

В настоящее время можно поставить вопрос о прокатке основ­ ной части холоднокатаных полос с продольной разнотолщинностью ±2 % от задания, что может дать большой эффект при

64

прокатке по минусовым допускам. Кроме того, ряд потребителей (консервная промышленность, потребители автолиста и др.) за­ интересованы в получении больших партий проката с минимальной разнотолщинностью в пределах любой части поля допусков. Это объясняется стремлением избежать частой переналадки автоматов, изготавливающих консервную тару, сварочных аппаратов, штам­ пов и прессов для глубокой вытяжки.

При холодной прокатке с продольной разнотолщинностью ± 2 % необходимо, чтобы погрешность РИТ не превышала ±0,5% , во всяком случае этой величины не должна превышать случайная часть общей погрешности РИТ.

г. Требования к погрешности измерения толщины на агрегатах резки холоднокатаного металла

Инструментальная ошибка в измерении толщины на агрегатах резки с автоматической сортировкой металла существенна при контроле тех участков полосы, которые находятся на границе поля допусков. В этом случае возникает опасность того, что часть годной продукции будет отправлена в брак, а часть бракованной будет отнесена к годной, т. е. произойдет пересортица. Искус­ ственное сужение поля допусков на величину погрешности РИТ — называемые технологические допуски, — вполне оправданное на станах, на агрегатах резки невыгодно металлургическому заводу. Значительная пересортица влечет за собой рекламации и штрафы в основном от потребителей, обрабатывающих металл на автоматах.

Характерен в этом отношении опыт Череповецкого металлур­ гического завода. После установки на двух агрегатах резки радио­ изотопных измерителей толщины ИТ-5250 сравнили величину пересортицы при ручной и автоматической сортировках. Она оказалась примерно одинаковой, что послужило основанием для эксплуатации автоматической сортировки. На тех же агрегатах впоследствии были дополнительно установлены рентгеновские измерители толщины ИТХ-5303 с лучшими, чем у ИТ-5250, харак­ теристиками по точности и быстродействию, вследствие чего пе­ ресортица несколько снизилась.

Несмотря на наличие автоматической сортировки, завод до сих пор держит часть контролеров (15 человек) и подвергает 100%-ной пересортировке всю экспортную продукцию. При этом контро­ лируется качество поверхности листов и их толщина. Это обстоя­ тельство, несмотря на отсутствие более объективных исследова­ ний, служит доказательством необходимости доведения погреш­ ности РИТ, используемых на агрегатах поперечной резки (АПР) полос толщиной выше 1,0 мм, до величины, формально обеспечи­ ваемой на этих толщинах листовым микрометром, т. е. 0,5 (+0,25% ) от номинала.

Оценка дополнительной эффективности РИТ на АПР при умень­ шении погрешности измерения может быть осуществлена мето­ дами, применяемыми для этой цели в машиностроении (влияние

инструментальной ошибки на выход годного), но при этом необ­ ходима статистическая оценка доли длины полосы, попадающей на границы поля допуска. Величина эта сильно колеблется от стана к стану. Исследования показали, что на границу поля до­ пусков попадает 5% длины полосы, уменьшение инструменталь­ ной ошибки с ± 1 до ±0,5% приведет к уменьшению отправлен­ ной в брак годной продукции с 0,35 до 0,2% (от общего выпуска).

Попутно следует отметить, что вышеприведенные соображения о пересортице свидетельствуют о целесообразности для агрегатов резки горячекатаного металла толщиной до 12 мм иметь РИТ с погрешностью, не превышающей ±0,03 мм.

Требования к быстродействию измерителя толщины (ИТ) сле­ дует исследовать в связи с использованием его в качестве датчика толщины в САРТ и в системах сортировки и разбраковки на агре­ гатах поперечной резки, а также в связи с использованием пока­ заний ИТ в системе учета рулонной продукции и в качестве пока­ зывающего прибора на станах.

д. Определение требований к быстродействию измерителя толщины

В основу методики определения требующегося быстродействия ИТ положено сравнение полосы пропускания частот измерителями толщины со спектром частот возмущений. Так как возможности привода лимитируют полосу пропускания замкнутой системы, то при сравнении использовали также амплитудно-частотную харак­ теристику (АЧХ) электропривода. На рис. 34 приведены авто­ корреляционные функции продольной разнотолщинности горяче­ катаных полос размером 2,5 х 1240; 3,0 х 1400 и 3,5 х 1400 мм, рассчитанных на ЦВМ по формуле (67).

Полученные кривые аппроксимировали выражением вида

После подстановки аналитического выражения для получен­ ных автокорреляционных функций в уравнение (77) и интегриро-

R (T )-

Рис. 34. Расчетные кривые автокорреляционной функции. Сортамент, мм:

1 — 2,5Х 1240; 2 — 3,0Х 1400; 3 — 3,5Х 1400

66

Т а б л и ц а 9. Характеристики автокорреляционных функций

где значения R (0), а и р определяют по кривой автокорреляцион­ ной функции. Значения этих параметров, рассчитанные по соот-

корреляционных функций рассматриваемых полос, характери­ зуются данными, приведенными в табл. 9.

По формуле (101) рассчитали кривую спектральной плотности, показывающую, что основные частоты сосредоточены около частот пиков (рис. 35): рх = 1,44 Гц; р2 = 1,62 Гц; рз = 1,35 Гц.

Все низкочастотные (НЧ) возмущения распределяются в ин­ тервале частот от 0 до 2 Гц при скорости прокатки 16 м/с, взятой условно с учетом перспективы увеличения скорости прокатки на непрерывных станах. Спектр высокочастотных (ВЧ) отклонений толщины лежит в интервале 3,1— 4,6 Гц с пиком при 3,9 Гц (см. рис. 35). Частота пика совпадает с высокочастотным отклоне­ нием толщины, полученным от биения опорных валков последней клети стана горячей прокатки.

Дальнейшее исследование, проведенное на стане 1700 холод­ ной прокатки Череповецкого металлургического завода и на агре­ гате продольной резки, показало, что вид спектральной плот­ ности соответствует приведенной на рис. 35 и отличается лишь некоторым увеличением спектра частот со сдвигом пиков вправо на 9— 10%.

Собственная высокочастотная составляющая от биения опор­ ных валков составляет 2,2 Гц с интервалом в пределах от 1,7 до

2,7 Гц (табл. 10).

На выходе стана холодной прокатки спектр частот продольной разнотолщинности также определяется на основании описанной выше методики. Низкочастотные составляющие на выходе стана имеют пики на частотах 0,7; 0,9 и 1,0 Гц (рис. 36). Пик наследствен­ ной высокочастотной разнотолщинности соответствует частоте

1,62 Гц.

$ (со/27Г) -10‘*мм*-с

Рис. 35. Спектральная плотность продольной разнотолщинности горячекатаной полосы (а), амплитудно-частотные характеристики приводов нажимных устройств (б) и измери­ телей толщины (<?), а также полоса пропускания амплитуды сигнала измерения (г)

На рис. 36 приведены (в одном масштабе по оси абсцисс) ампли­ тудно-частотные характеристики электропривода клетей и АЧХ измерителей толщины при различных постоянных времени пере­ ходного процесса.

Анализ частотных характеристик продольной разнотолщин­ ности на станах горячей и холодной прокатки показывает, что вы­ сокочастотные составляющие разнотолщинности на выходе станов, лежащие в интервале 3,1— 4,6 Гц на станах горячей прокатки (см. рис. 35) и в интервале 6,8— 8,0 Гц на непрерывных станах холодной прокатки (см. рис. 36), могут быть исключены из рас­ смотрения при определении требований к быстродействию ИТ для САРТ полосы, так как инерционность привода и наличие транс­ портного запаздывания показаний ИТ не позволяет эффективно

68

воздействовать на устранение высокочастотных составляющих разнотолщинности.

Для высокоскоростных станов горячей и холодной прокатки можно использовать ИТ с полосой пропускаемых частот 0— 2,0 Гц (постоянная времени переходного процесса примерно 0,05 с) при отсчете полосы пропускания частот на уровне 0,9. Апериодическое звено ИТ с указанной полосой пропускания при вводе в замкну­ тую систему регулирования толщины полосы не ухудшает ка­ чества регулирования.

Для использования в схемах сортировки на агрегатах попереч­ ной резки горячекатаного металла требуются ИТ с полосой про­ пускания до 1,4 Гц, а на АПР холоднокатаного металла — с по­ лосой пропускания до 2,0 Гц.

Измеритель толщины с постоянной времени переходного про­ цесса 0,08 с (для горячекатаного листа) при амплитуде высоко­ частотных составляющих 0,01— 0,026 мм вносит дополнительную погрешность не более 0,002— 0,005 мм. При сортировке холодно­ катаного металла (ИТ с постоянной времени 0,05 с) вследствие меньшей амплитуды высокочастотной составляющей эта погреш­ ность будет не более 0,002 мм.

На непрерывных станах холодной прокатки точность регули­ рования толщины по всей полосе, кроме районов сварных швов, не ниже ±2 % на всем сортаменте прокатываемого металла. При этом случайная составляющая погрешности не должна превышать ±0,5% . Полная погрешность ИТ будет несколько выше ±05% из-за градуировочной погрешности, не влияющей, однако, на функционирование САРТ. В соответствии с полем допусков пол­

69