ITMI971904A1 - Procedimento e dispositivo per colare un getto continuo di metallo liquido - Google Patents

Description

Descrizione

L'invenzione concerne un procedimento nonché un dispositivo per colare un getto continuo di metallo liquido, che viene colato in una conchiglia e, sotto forma di getto continuo, viene estratto dalla conchiglia con involucro solidificato e con anima liquida .

Nella colata continua, per mezzo di una conchiglia, partendo da metallo liquido viene colato un getto continuo che viene estratto dalla conchiglia. Un fattore essenziale per una buona qualità del getto continuo così colato è il mantenimento costante dello specchio di colata, vale a dire del livello del metallo liquido nella conchiglia. E' noto il fatto di regolare lo specchio di colata. In proposito è difficile la progettazione del regolatore, dato che i parametri della tratta di regolazione, vale a dire dell'apparecchiatura di colata e della conchiglia, sono in parte soggetti a forte pendolazione.

L'afflusso del metallo liquido in una conchiglia ha luogo per esempio attraverso un tubo di afflusso che viene immerso nel metallo liquido nella conchiglia e presenta aperture di scarico per l'uscita del metallo liquido nella conchiglia. Queste aperture di scarico diventano eventualmente più piccole nel corso di un'operazione di colata a motivo del depositarsi di materiale solidificantesi. La resistenza all'afflusso aumenta, vale a dire che si modifica la tratta di regolazione. Se il materiale solidificatosi si stacca dalle aperture di scarico, la resistenza all'afflusso diventa bruscamente più piccola e si perviene a brusche variazioni nella tratta di regolazione. Per effetto di queste pendolazioni nella tratta di regolazione un regolatore non può essere ottimizzato in relazione alla tratta di regolazione.

Compito dell'invenzione è quello di indicare un procedimento per la colata di un getto continuo di metallo liquido, per mezzo di una conchiglia, che al verificarsi di perturbazioni, in special modo tipiche, mantenga costante, meglio di quanto avviene attualmente, lo specchio di colata nella conchiglia.

Il compito viene risolto secondo l'invenzione per effetto di un procedimento conforme alla rivendicazione 1 rispettivamente di un dispositivo conforme alla rivendicazione 8. In proposito, lo specchio di colata, vale a dire il livello del metallo liquido nella conchiglia, viene regolato tramite una determinazione dello specchio di colata ed un influenzamento dell'afflusso di metallo liquido nella conchiglia per mezzo di un regolatore ché adatta i parametri di regolazione on-line, per mezzo di tecniche Fuzzy, ad una variazione dei parametri della tratta di regolazione, vale a dire dell'apparecchiatura di colata e della conchiglia. L'impiego di tecniche Fuzzy ha dato buona prova di sè specialmente nella determinazione di variazioni nella tratta di regolazione e nell'adattamento dei parametri di regolazione corrispondentemente a queste variazioni. In proposito è particolarmente vantaggioso formare i parametri di regolazione per mezzo di un regolatore Fuzzy, la cui grandezza di ingresso è perlomeno una delle grandezze costituite da valore reale dello specchio di colata, scostamento di regolazione dello specchio di colata, vale a dire differenza tra valori nominale e reale dello specchio di colata, oppure scostamento relativo della regolazione dello specchio di colata, vale a dire quoziente dato dalla differenza tra valori nominale e reale dello specchio di colata, e valore nominale dello specchio di colata.

In proposito, quale grandezza di ingresso per il regolatore Fuzzy si addice in special modo lo scostamento relativo di regolazione. Con lo scostamento relativo di regolazione, che è una grandezza normalizzata, possono essere impostate in maniera particolarmente semplice le funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy per una tale grandezza di ingresso. Le funzioni di correlazione vengono ottimizzate on-line in una configurazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione. In proposito, gli intervalli della correlazione vengono vantaggiosamente aumentati quando aumentano le pendolazioni periodiche oppure quasi-periodiche nel valore reale dello specchio di colata. Se al contrario le pendolazioni periodiche rispettivamente quasi -periodiche nel valore reale dello specchio di colata diminuiscono, vengono parimenti ridotti gli intervalli della correlazione del regolatore Fuzzy.

In un'altra configurazione vantaggiosa dell’ invenzione, i parametri di regolazione vengono sottoposti supplementarmente, per l’impostazione tramite il regolatore Fuzzy, ad un'ottimizzazione on-line. Durante l'ottimizzazione on-line i parametri di regolazione vengono ottimizzati su grandezze perturbatrici periodiche rispettivamente quasi -periodiche, che si fanno notare sotto forma di pendolazioni periodiche rispettivamente quasiperiodiche del valore reale dello specchio di colata.

In un'ulteriore configurazione vantaggiosa dell'invenzione il regolatore presenta una compensazione delle forze di attrito.

Altri vantaggi e dettagli di cui all'invenzione si evincono dalla descrizione che segue di esempi di realizzazione, in relazione al disegno ed in combinazione con le rivendicazioni subordinate. In particolare mostrano:

Fig. 1 una disposizione per la colata continua Fig. 2 uno schema a blocchi con regolatore e tratta di regolazione

Fig. 3 uno schema a blocchi con regolatore e tratta di regolazione

Fig. 4 funzioni di correlazione per lo scostamento di regolazione

Fig. 5 funzioni di correlazione per lo scostamento di regolazione

Fig. 6 una struttura del Hardware per la gestione rispettivamente regolazione di impianti di colata continua,

Fig. 7 uno schema a blocchi con un ottimizzatore Fig. 8 un'operazione di ottimizzazione,

Fig. 9 uno schema a blocchi di una compensazione degli attriti.

In una disposizione esemplificativa secondo la figura 1 metallo liquido 13, in questo caso acciaio, viene versato in una canaletta di distribuzione. Dalla canaletta di distribuzione l'acciaio liquido defluisce nella conchiglia 3 attraverso un tubo pescante 5 con apertura di scarico 6. Nella conchiglia 3 dall'acciaio liquido si forma un getto continuo 1 che viene estratto dalla conchiglia 3 tramite rulli 4. L'afflusso del metallo liquido 13 attraverso il tubo pescante 5 nella conchiglia 3 viene influenzato tramite un tappo 8, il quale viene spostato tramite un meccanismo 9 che presenta un braccio di supporto ed un'asta traslante. L'asta traslante viene da parte sua azionata da un cilindro idraulico 10 che viene pilotato rispettivamente regolato tramite un apparecchio di automatizzazione 12. La posizione viene misurata per mezzo di un misuratore di posizione 15 e viene trasmessa all'apparecchio di automatizzazione 12. Oltre a ciò, la disposizione presenta un misuratore di livello 11 della conchiglia che, allo stesso modo del misuratore di posizione 15 e del cilindro idraulico 10, è collegato con l'apparecchio di automatizzazione 12 relativamente al trattamento dei dati. L'apparecchio di automatizzazione 12 regola rispettivamente pilota lo specchio di colata, vale a dire il livello del metallo liquido nella conchiglia 3 . Il getto continuo non estratto dalla conchiglia 3 presenta una punta molle, vale a dire un'anima liquida 2, ed un involucro solidificato 14.

La figura 2 mostra uno schema a blocchi con relatore e tratta di regolazione 28. Il tappo 29, la conchiglia 30 e la misurazione 31 del livello della conchiglia costituiscono essenziali grandezze influenzanti la tratta di regolazione 28. La tratta di regolazione viene regolata per mezzo di un regolatore del livello di colata, che nella configurazione esemplificativa è realizzato sotto forma di regolatore PID, e di un regolatore di posizione, che è realizzato nella configurazione esemplificativa sotto forma di regolatore P. Per mezzo del regolatore di posizione 25 viene regolato il cilindro idraulico 27 per la movimentazione dell'asta traslante (figura 1). Per mezzo di una supplementare compensazione 26 delle forze di attrito è possibile compensare l'attrito all'atto dello spostamento dell'asta traslante. La regolazione propriamente detta dello specchio di colata ha luogo nel regolatore 22 dello specchio di colata, i cui parametri kp, tn, tv vengono adattati on-line nella tratta di regolazione 28 alle pendolazioni dei parametri. Pendolazioni grandi ed in special modo non periodiche nella tratta di regolazione 28, che si fanno notare nello scostamento di regolazione, vale a dire la differenza tra valore nominale 20 dello specchio di colata e valore reale 32 dello specchio di colata, vengono adattate ai parametri di tratta modificati per mezzo di un regolatore Fuzzy 23. Per una miglior compensazione di disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici, che si fanno notare sotto forma dì pendolazioni nello scostamento di regolazione, i parametri kp, tn, tv del regolatore 22 dello specchio di colata vengono ottimizzati in relazione a questo disturbo tramite un'ottimizzazione 21 del regolatore on-line. Per evitare un'indesiderata reazione del regolatore Fuzzy 23 a tali disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici questo viene parimenti adattato a disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici, che si fanno notare sotto forma di pendolazioni nello scostamento di regolazione. Allo scopo, per mezzo di un' ottimizzatore Fuzzy 24, vengono modificate le funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy 23. Se i disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici della tratta di regolazione 28 si manifestano sotto forma di grandi pendolazioni periodiche rispettivamente quasi-periodiche dello scostamento di regolazione, allora 1'ottimizzatore Fuzzy 24 fa aumentare le funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy 23 in modo che questo non interpreti la pendolazione come scostamento di regolazione. In presenza di pendolazioni di ampiezza più piccola, l 'ottimizzatore Fuzzy riduce corrispondentemente l'ampiezza delle funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy 23.

La figura 3 mostra una cooperazione, più dettagliata rispetto all'esempio di realizzazione di cui alla figura 2, tra regolatore Fuzzy 47 e regolatore dello specchio di colata. Il regolatore dello specchio di colata di cui alla figura 3 presenta un regolatore P 41, un regolatore PI 42, un blocco 49 per la formazione della derivata numerica, un filtro digitale 48, nonché un moltiplicatore 50. La tratta di regolazione 43, accennata mediante una conchiglia 44, una misurazione 45 del livello di riempimento della conchiglia, nonché grandezze di disturbo 46, fornisce il valore reale 51 dello specchio di colata. Sulla base della differenza tra valore nominale 40 dello specchio di colata e valore reale 51 dello specchio di colata vengono formati dal regolatore Fuzzy 47 i parametri kp e tn del regolatore PI 42, nonché una costante k2. La differenza tra valore nominale 40 dello specchio di colata e valore reale 51 dello specchio di colata viene inoltre derivata numericamente in un blocco funzionale 49 e viene livellata in un filtro digitale 48. Il valore di uscita del filtro digitale 48 viene moltiplicato per mezzo di un moltiplicatore 50 con la costante k2. Il valore di uscita del moltiplicatore 50 viene sottratto dal valore di uscita del regolatore P 41, la cui grandezza di ingresso è lo scostamento di regolazione, vale a dire le differenza tra valore nominale 40 dello specchio di colata e valore reale 51 dello specchio di colata. La differenza tra il segnale di uscita del regolatore P 41 ed il segnale di uscita del moltiplicatore 50 è la grandezza di uscita del regolatore PI 42, che determina la grandezza di impostazione per la tratta di regolazione 43.

La figura 4 mostra un esempio per le funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy. Allo scopo, l'intervallo, nel quale può muoversi lo scostamento di regolazione relativo, viene suddiviso in cinque funzioni di correlazione grande-negativa 60, negativa 61, zero 62, positiva 63 e grande-positiva 64. Secondo la disposizione di cui alla figura 2, queste funzioni di correlazione del regolatore Fuzzy vengono influenzate da un ottimizzatore Fuzzy. Se per esempio si riducono le pendolazioni nello scostamento di regolazione rispettivamente del relativo scostamento di regolazione, allora 1' ottimizzatore Fuzzy riduce l'ampiezza dell' intervallo della funzione di correlazione. Ciò è a titolo esemplificativo evidenziato nella figura 5. In presenza di pendolazioni periodiche rispettivamente quasi-periodiche più piccole nello scostamento di regolazione relativo, i punti estremi delle funzioni di correlazione, come mostrato nella figura 5, vengono maggiormente avvicinati all'asse zero. In proposito, caratterizzano nella figura 5 il contrassegno 80 la funzione di correlazione grandenegativa, il contrassegno 81 la funzione di correlazione negativa, il contrassegno 82 la funzione di correlazione zero, il contrassegno 83 la funzione di correlazione positiva ed il contrassegnato 84 la funzione di correlazione grande-positiva .

La figura 6 mostra una struttura del Hardware per la gestione rispettivamente la regolazione di impianti di colata continua. In proposito, per la gestione in presenza di più impianti di colata continua viene utilizzato, per ciascun impianto di colata continua, un sistema di comando 65 rispettivamente 68 memorizzatile e programmabile, sistemi che sono collegati l'uno con l'altro e con un PC 66 attraverso un sistema Bus 69. In proposito, regolatore dello specchio di colata, regolatore di posizione, ottimizzatore di regolazione on-line, regolatore Fuzzy ed ottimizzatore Fuzzy sono di volta in volta implementati su un sistema di comando 65 rispettivamente 68 programmabile in base a memorie. Il calcolo del valore nominale e compiti subordinati avvengono invece nel PC 66. Per protocollare i dati il sistema presenta parimenti una stampante 67.

La figura 7 mostra 1'ottimizzatore 21 di cui alla figura 3 in forma più dettagliata. La grandezza di uscita 90 della tratta di regolazione 91 viene regolata attraverso il regolatore 92 sul valore nominale 93 preassegnato. Sull'ingresso di processo 94 agiscono disturbi che provocano uno scostamento di regolazione 95. Compito del regolatore 92 è quello di minimizzare questo scostamento di regolazione 95. Il processo in questione possiede le seguenti proprietà:

1. La tratta di regolazione è un processo per cariche. Ciascuna carica possiede caratteristiche di processo differenti e richiede pertanto parametri di regolazione differenti.

2. Le caratteristiche di processo di una carica si modificano con il tempo di svolgimento della carica. I parametri di regolazione devono pertanto essere adeguati on-line al processo.

3 . Sulla tratta di regolazione agiscono due grandezze di disturbo in corrispondenza di un ingresso del processo. Il primo disturbo è un disturbo statistico con ampiezza che varia lentamente. Il secondo disturbo è costituito da disturbi sotto forma di sbalzi, aventi grande ampiezza e piccola frequenza.

I parametri del regolatore 92 vengono adattati tramite un ottimizzatore on-line 96 ai parametri che cambiano della tratta di regolazione 91. Compito dell'ottimizzatore on-line 96 è quello di impostare il regolatore in ogni istante in modo che venga minimizzato lo scostamento di regolazione. Lo scostamento di regolazione sarà allora minimo quando il valore medio temporale dello scostamento di regolazione elevato al quadrato (scostamento standard) è minimo.

L' ottimizzatore on-line risolve questo problema nel seguente modo:

1. Per la minimizzazione dello scostamento di regolazione viene considerato solo l'effetto del disturbo statistico, dato che i disturbi sotto forma di sbalzi falsificherebbero l'algoritmo di ottimizzazione nel suo decorso. Dal segnale "scostamento di regolazione" vengono allo scopo estratti e filtrati disturbi sotto forma di sbalzi. Questo modo di procedere garantisce anche la miminizzazione degli effetti di disturbi sotto forma di sbalzi.

2. L'ottimizzazione viene avviata con ogni nuova carica e l'ottimizzazione calcola parametri di regolazione 99 ottimali.

3. Dopo un significativo peggioramento del risultato della regolazione, ciò che corrisponde ad una variazione dei parametri di processo, viene di nuovo avviata l'ottimizzazione. Vengono allora calcolati nuovi parametri di regolazione 99 ottimali .

L'algoritmo di ottimizzazione lavora nel seguente modo:

1. La regolazione parte con un gruppo di avvio per i parametri di regolazione e lo scostamento standard viene calcolato attraverso un calcolatore 98 dello scostamento standard.

2. A partire dal valore di partenza, i parametri di regolazione 99 vengono modificati in una direzione e viene calcolato il nuovo scostamento standard .

3. I parametri di regolazione 99 vengono poi ulteriormente modificati nel senso di una minimizzazione dello scostamento standard.

4. Per l'ottimizzazione on-line viene filtrato lo scostamento standard. La filtrazione temporale dello scostamento standard viene provocata mediante l'introduzione ' di un valore differenziale per lo scostamento standard. Solo dopo che lo scostamento standard si è modificato in regione di questo valore differenziale è subentrata una variazione significativa dello scostamento standard. La filtrazione dello scostamento standard in funzione dei parametri di regolazione 99 viene conseguita tenendo conto di almeno tre differenti impostazioni del regolatore per calcolare la variazione dello scostamento standard in funzione dei parametri di regolazione 99.

La figura 3 mostra lo scostamento dei parametri di regolazione assumendo ad esempio il parametro Kp. I: Lo scostamento standard diminuisce al crescere di Kp. Kp viene aumentato fino ad un limite superiore.

II: Lo scostamento standard aumenta al crescere di Kp. Kp viene abbassato fino ad un limite inferiore.

III:Lo scostamento standard non cambia in presenza di una variazione di Kp. L'ampiezza del passo in occasione della variazione di Kp viene aumentata fino ad un limite superiore.

IV: Tra tre diverse impostazioni del regolatore si trova un minimo dello scostamento standard. L'ampiezza del passo viene ridotta fino ad un limite inferiore al fine di trovare così l'esatto minimo dello scostamento standard.

La figura 9 mostra la compensazione degli attriti in forma dettagliata. La compensazione degli attriti genera un segnale pre-pilota 100 per il circuito di regolazione della posizione del tappo ed accelera così il circuito di regolazione della posizione. Ciò ha da parte sua l'effetto che diminuiscono le differenze tra il valore nominale 107 e quello reale 105 dello specchio di colata. Il circuito di regolazione della posizione è costituito dal regolatore di posizione 103, qui un regolatore P, e dal sistema idraulico 104 per la movimentazione del tappo. Il segnale pre-pilota viene formato in un circuito di regolazione modello, il quale riproduce la tratta reale. Il circuito di regolazione modello è costituito dal regolatore modello 101 e da un modello 102 del sistema idraulico. L'attrito nel reale sistema idraulico 104 provoca un arresto temporaneo (incollaggio) della posizione del tappo. La condizione dell'incollaggio viene determinata tramite la formazione 106 della derivata della posizione del tappo. Se il reale sistema idraulico si blocca, anche la velocità del sistema idraulico nel circuito di regolazione modello viene portata a zero. Ciò provoca un'attivazione più forte del sistema idraulico da parte del segnale pre-pilota e perciò un ridotto incollaggio del sistema idraulico 104 reale.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Procedimento per colare un getto continuo (1) di metallo liquido, che viene colato in una conchiglia (3) e viene estratto dalla conchiglia sotto forma di getto continuo con involucro (14) solidificato e con punta molle, vale a dire con anima liquida, laddove lo specchio di colata, vale a dire il livello del metallo liquido nella conchiglia (3), viene regolato tramite una determinazione dello specchio di colata ed un influenzamento dell ' afflusso di metallo liquido nella conchiglia (3) per mezzo di un regolatore, i cui parametri di regolazione vengono adeguati on-line, per mezzo di tecniche Fuzzy, ad una variazione dei parametri della tratta di regolazione (28, 43), vale a dire all'apparecchiatura di colata ed alla conchiglia (3). 2.- Procedimento secondo la rivendiczione 1, caratterizzato dal fatto che i parametri di regolazione vengono formati per mezzo di un regolatore Fuzzy (23, 47), la cui grandezza di ingresso viene formata da almeno una delle grandezze valore reale dello specchio di colata, scostamento di regolazione dello specchio di colata (51), vale a dire differenza tra i valori nominale e reale dello specchio di colata, oppure scostamento di regolazione relativo dello specchio di colata, vale a dire quoziente dato dalla differenza tra valori nominale e reale dello specchio di colata e valore nominale dello specchio di colata. 3.- Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le funzioni di correlazione (60, 61, 62, 63, 64) per le grandezze di ingresso del regolatore Fuzzy (23, 47) vengono ottimizzate on-line. 4.- Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le funzioni di correlazione (60, 61, 62, 63, 64) delle grandezze di ingresso del regolatore Fuzzy (23, 47) vengono adattate a grandezze di disturbo periodiche rispettivamente quasi-periodiche della tratta di regolazione (28, 43), in modo tale che l'intervallo della correlazione cresca all'aumentare dell' ampiezza dei disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici ., 5 .- Procedimento secondo una delle rivendica zioni 1 fino a 7, caratterizzato dal fatto che il regolatore viene ottimizzato in relazione a disturbi periodici rispettivamente quasi-periodici tramite un ottimizzatore on-line. 6.- Procedimento secondo una delle rivendica zioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il regolatore presenta una compensazione (26) delle forze di attrito. 7.- Procedimento secondo una delle rivendica zioni che precedono caratterizzato dal fatto che il regolatore Fuzzy (23, 47) modifica i parametri di regolazione solo in presenza di variazioni grandi rispettivamente brusche della tratta di regolazione (28, 43). 8.- Dispositivo per colare un getto continuo (1) di metallo liquido, che viene colato in una conchiglia (3) e viene estratto dalla conchiglia sotto forma di getto continuo con involucro (14) solidificato e con punta molle, vale a dire con anima liquida, in special modo per l'attuazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 7, laddove lo specchio di colata, vale a dire il livello del metallo liquido nella conchiglia (3), viene regolato attraverso una determinazione dello specchio di colata ed un influenzamento dell' afflusso di metallo liquido nella conchiglia (3) per mezzo di un regolatore, i cui parametri di regolazione vengono adattati on-line, per mezzo di tecniche Fuzzy, ad una variazione dei parametri della tratta di regolazione (28, 43), vale a dire all'apparecchiatura di colata ed alla conchiglia (3)