СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ И ВЫПОЛНЕНИЯ ШЛИФОВАНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
CLASSIFICATION OF FLAWS AND GRINDING OF FORMING ROLLS

Настоящее изобретение относится к способу классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков.
Прокатные валки являются очень дорогими механическими компонентами, особенно важными для получения высокого качества листов и других изделий из стали.
Валки являются подвижными элементами, находящимися в непосредственном контакте с изделием, поэтому степень их износа очень высока, а эксплуатация обходится очень дорого. Кроме того, их поломка может вызвать значительное повреждение изделий.
Из-за важности этих элементов и их стоимости на сталелитейных заводах предусмотрен участок, связанный с прокатными линиями и предназначенный для повторной обработки и шлифования или восстановления валков.
Этот участок, называемый цехом обработки прокатных валков, состоит из нескольких шлифовальных станков, систем перемещения и хранения валков, а также устройств для измерения геометрических и диагностических характеристик дефектов, возникающих при использовании.
Устройства для измерения и диагностики предусматривают, например, использование систем неразрушающего контроля. Эти устройства иногда реализуются в самих шлифовальных станках.
Состояние валка определяется по результатам контроля, осуществляемого устройствами для измерения и диагностики: например, валок может быть отбракован или переведен в класс ниже для использования в прокатных клетях с менее строгими требованиями, или восстановлен для повторного использования с помощью операции шлифования для функционального восстановления.
Для обеспечения управления обработкой используемая в настоящее время технология предусматривает чередование обработки и контроля.
Перечень типов дефектов, которые могут быть обнаружены, с учетом механических, металлургических и тепловых дефектов является очень большим.
Механические дефекты могут возникать, например, от ударов при столкновении с головной частью приближающегося листа, или от соударений с хвостовой частью уходящего листа, или поверхностной усталости, которая вызывает подповерхностные трещины, или они могут возникать из-за дефектов изготовления валка.
Металлургические дефекты могут возникать, например, при наклепе из-за вибраций прокатной клети или возникновения резонансных явлений между клетью и листом.
Дефекты термического типа могут возникать, например, при повторном лужении раскаленных листов, заблокированных препятствиями в других частях шлифовальной секции.
Дополнительные повреждения также могут быть вызваны самой операцией шлифования. К этой группе дефектов относятся прожоги кругов, различные виды ошибок и резонансные явления между шлифовальным кругом и валком.
Все указанные выше типы дефектов создают опасность серьезной поломки валка, что следует учитывать при определении параметров шлифования, таких как количество материала, подлежащего удалению, или частота циклов анализа.
В случае, например, механических дефектов, особенно трещин, таковые должны быть полностью устранены.
Тепловые дефекты, напротив, могут быть менее критичны и могут незначительно влиять на безопасность использования валка. Критичность тепловых дефектов в основном зависит от клети, в которой установлен валок, и выражается в различных допустимых пороговых величинах тепловых дефектов для различных клетей. Эти пороговые величины, однако, всегда такие же, как допустимые пороговые величины механического дефекта, или выше их.
Технология обработки, используемая в настоящее время, предусматривает определение геометрических размеров валка для учета искажений формы и определение шероховатости и поверхностной твердости, при этом материал, из которого изготовлен валок, контролируется по поверхности и глубине более или менее автоматическими устройствами, использующими неразрушающий контроль и, в частности, вихревые токи и ультразвук.
Операции шлифования впоследствии дифференцируют на основе типа обнаруженных дефектов, в частности, трещин механического типа и трещин теплового типа.
Причина предпочтительности дифференцирования тепловых трещин и механических трещин состоит в том, что для тепловых трещин могут использоваться более высокие допустимые пороговые величины по сравнению с механическими трещинами.
Классификация дефектов и использование разных пороговых величин позволяет удалять меньше материала с поверхности валков, когда величина дефекта выше, чем пороговая величина, используемая для механических трещин, но ниже, чем пороговая величина, используемая для тепловых трещин.
Оба вида дефектов (механические трещины и тепловые трещины) могут быть идентифицированы с помощью устройств для измерения и диагностики, использующих вихревые токи, но эти устройства не могут дифференцировать два типа дефектов.
Поэтому существует анализ, основанный на изучении карты дефектов, полученной с помощью устройства, использующего вихревые токи, которая представляет всю поверхность валков, с анализом формы, распределения, локализацией и определением зон, которые могут быть частью тепловых трещин.
После выполнения классификации дефекта вручную эксперт-оператор определяет параметры обработки для шлифования, то есть сколько материала удалить с валка, чтобы уменьшить дефект ниже пороговой величины, применимой для этого типа дефекта.
Стоимость производства и замены валков прокатного стана, следовательно, зависит от фактического опыта и квалификации оператора, который оценивает тип дефекта и определяет параметры обработки.
В конце цикла шлифования выполняется оценка того, может ли валок быть принят для направления в прокатный стан, или операцию шлифования необходимо продолжить, или же валок должен быть направлен в другую клеть.
Допуск валка к работе во многом зависит от типа имеющегося дефекта, его серьезности и конкретных уровней допусков отдельных металлургических заводов.
В настоящее время эта оценка также выполняется экспертом-оператором.
На основе результатов контроля и технических условий на допуск металлургических заводов результат выполненной операции шлифования утверждает эксперт-оператор.
Технические условия приемки, используемые на металлургических заводах, а также допустимая пороговая величина типа дефекта изменяются в зависимости от типа валка, области его использования и типа дефекта.
Когда имеются сомнения при определении типа обнаруженного дефекта, для определения объема вмешательства эксперт обычно стремится принять наиболее существенный вариант из возможных. Кроме того, существует тенденция переоценивать тяжесть дефекта, что приводит к удалению большего количества материала, чем необходимо, что, следовательно, также уменьшает фактический срок службы валка.
Все это значительно влияет на общие расходы на эксплуатацию прокатного стана.
Кроме того, шлифование также занимает время, и, следовательно, удаление ненужного материала также требует затрат на время, работу станка и работу оператора.
Наконец, должна учитываться высокая скорость развития области, связанной с валками для прокатных станов, с частым появлением новых изделий, основанных на новых материалах и других технологиях изготовления, в дополнение к материалам для шлифования, которые требуют специальных знаний для их оптимального использования.
В этих условиях, очевидно, операторы в любом случае могут совершать ошибки и принимать неправильные решения, что сильно зависит от уровня их квалификации.
Главной целью настоящего изобретения является устранение недостатков уровня техники, описанных выше, очень простым, экономичным и функциональным способом.
Дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков, обеспечивающего автоматическую классификацию дефектов по меньшей мере для тепловых и механических трещин.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков, который автоматически определяет параметры шлифования, исключая тем самым неточности из-за субъективности решений оператора, а также позволяет использовать эти методы, когда операторы не имеют специальных знаний о классификации дефектов.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа классификации дефектов и шлифования прокатных валков, выполненного с возможностью автоматического определения назначения валка: производство, отбраковка или шлифование.
Еще одной дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков, обеспечивающего оптимальные результаты даже при использовании с новыми изделиями и уменьшающего необходимое время обучения до минимума.
С учетом вышеупомянутых целей согласно настоящему изобретению предложен способ восстановления повреждений прокатных валков, имеющий признаки, описанные в пунктах формулы изобретения.
Также предложено вычислительное устройство, содержащее программу, которая загружена во внутреннее запоминающее устройство вычислительного устройства и содержит части кода для осуществления способа восстановления повреждений прокатных валков, при выполнении указанной программы указанным вычислительным устройством.
Также предложен способ управления восстановлением повреждений прокатных валков, имеющий признаки, описанные в пунктах формулы изобретения.
Также предложено вычислительное устройство, содержащее программу, которая загружена во внутреннее запоминающее устройство вычислительного устройства и содержит части кода для осуществления способа управления восстановлением повреждений прокатных валков, при выполнении указанной программы указанным вычислительным устройством.
Кроме того, предложен цех обработки прокатных валков для выполнения способа восстановления повреждений прокатных валков, имеющий признаки, описанные в пунктах формулы изобретения.
Признаки настоящего изобретения и его преимущества по отношению к известной технике станут более очевидны из последующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показан способ классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков, реализованный согласно сущности изобретения.
На чертежах:
фиг.1 представляет собой блок-схему, на которой показан способ классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков согласно настоящему изобретению;
фиг.2 представляет собой блок-схему, на которой показан способ управления для восстановления повреждений прокатных валков, использующий способ согласно настоящему изобретению.
Как показано на чертежах, способ 100 классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков входит в способ 200 управления восстановлением повреждений прокатных валков, начинающийся с данных измерений, полученных на первых этапах указанного способа 200.
Способ 100 классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков согласно изобретению выполнен с возможностью полной автоматизации способа 200, без необходимости вмешательства и выполнения оценки экспертом-оператором.
Способ управления восстановлением повреждений прокатных валков предпочтительно основан на совместном анализе результатов, полученных при выполнении анализа формы и полученных по меньшей мере от устройства для измерения и диагностики неразрушающего контроля.
Это устройство для измерения и диагностики предпочтительно реализовано на шлифовальном станке.
Способ начинают с получения начальных данных на этапе 210, например, геометрических характеристик, характеристик, относящихся к типу дефекта, типу валка, и его данных за длительный период времени.
Существенные данные, полученные в ходе неразрушающего контроля, особенно с использованием ультразвука и вихревых токов, указывающие на наличие и глубину дефектов, используют для создания карт дефектов.
Для этого поверхность валка делят на измерительные подзоны, например, размерами 4 мм по ширине валка параллельно его оси и 1,5° по его окружности.
Каждая измерительная подзона представляется ячейкой карты.
Величины, полученные для каждой ячейки, сравнивают с различными соответствующими пороговыми величинами, которые служат для классификации ячеек на ячейки, содержащие критические дефекты, ячейки, содержащие некритические эффекты, но которые необходимо учесть, так называемые "почти дефекты", и ячейки, не содержащие критических дефектов.
Эти пороговые величины также учитывают измерения фоновых помех, которые не идентифицируются как дефекты и, следовательно, игнорируются.
Пороговые величины устанавливают на основе критериев, получаемых из опыта, и зависят от типа валка, материала валка, клети, прокатного стана и распределения самих дефектов, а также фоновых помех.
Кроме того, для изолированных дефектов, которые считываются на карте, как ячейки с дефектами, окруженные ячейками без дефектов, используют другие пороговые величины, отличные от пороговых величин, используемых для зон с более высокой концентрацией дефектов.
Далее каждую ячейку классифицируют, как содержащую дефект, почти дефект или не содержащую дефекта.
После выполнения классификации ячеек их окрашивают по-разному в зависимости от тяжести обнаруженного дефекта и, следовательно, относительной категории, к которой они принадлежат.
Карты, полученные таким образом при неразрушающем контроле, могут накладывать на карты, полученные при геометрических измерениях, чтобы указать возможные ошибки формы.
Могут накладывать другие специальные изображения, например, для определения поверхностных дефектов, вызванных вибрацией, и при необходимости выбрать соответствующие корректирующие действия.
Как альтернативный наложению нескольких карт вариант, можно представить результаты, полученные при измерениях, с помощью одной карты, на которой наиболее важные результаты различных измерений располагаются как последовательные слои.
Выполнение способа 100 классификации и шлифования согласно изобретению начинают с этих карт, полученных в результате измерений, анализируют их и сравнивают их с другими сохраненными за период времени измерениями для тех же самых валков.
На основе этих карт, представляющих наиболее важные из различных результатов выполненных измерений, представленные дефекты распознают и классифицируют на этапе 110 для определения необходимых корректирующих действий.
В используемом способе анализируют карты валков, идентифицируют зоны дефектов, например, прямоугольные, сравнивают полученные характеристики зон с определенными заранее характеристиками прямоугольников, которые идентифицируют термические трещины, и анализируют прямоугольники.
После определения конкретной категории критичности дефекта для каждой ячейки осуществляют интерпретацию распределения классифицированных ячеек для идентификации на этапе 111 зон анализируемого валка, в которых могут быть обнаружены дефекты.
Ячейки с дефектами группируют с другими смежными ячейками, содержащими дефекты, в зоне большего размера, например, прямоугольные, называемые зонами дефектов.
Используют также критерий расширения, согласно которому ячейки, содержащие дефекты, соединяют друг с другом, если они находятся близко друг от друга, даже если среди них есть ячейки, не содержащие дефектов. Критерий расширения применяют в двух направлениях: горизонтально (то есть вдоль оси валка) и вертикально (то есть вдоль окружности валка), и данный критерий зависит от различных параметров, например, максимального расстояния (горизонтального и вертикального) между ячейками с дефектами, которые могут быть сгруппированы в одну зону.
Ячейки с почти дефектами, то есть ячейки, содержащие дефекты, которые не являются значительными, но которые могут указывать на продолжение расширения зоны с дефектами в направлении других зон со значительными дефектами, также учитываются при расширении.
Критерий расширения также по-разному учитывает дефекты и почти дефекты, то есть использует разные параметры в данных двух случаях.
В частности, основным параметром является количество ячеек, подлежащих оценке при расширении, когда осуществляют поиск дефектов вблизи определенного дефекта, чтобы затем соединить две ячейки в одну зону. Этот параметр может быть различным для дефектов и почти дефектов.
Дефекты, сгруппированные на картах в зоны дефектов, заключенные, например в прямоугольники, затем анализируют на этапах 112, 113 и классифицируют на этапе 114 на тепловые или механические дефекты.
На этапе 112 рассчитывают параметры для каждой зоны дефектов, например, процент ячеек, содержащих дефекты в зоне, среднюю тяжесть обнаруженного дефекта, максимальную тяжесть дефекта и положение, в котором дефект имеет эту максимальную тяжесть, размеры прямоугольника (ширина и высота) и его положение на поверхности валка.
После определения указанных параметров с помощью процедуры 114 классификации анализируют зоны и выбирают те зоны, которые удовлетворяют характеристикам тепловых дефектов, и те зоны, которые удовлетворяют характеристикам механических дефектов.
Тепловые дефекты имеют определенную минимальную и максимальную длину, а также минимальную и максимальную ширину и обычно не достигают краев валков.
Тепловые дефекты, в свою очередь, могут быть разделены на "центральные", то есть центр теплового дефекта, и "периферийные", то есть периферийная зона вокруг теплового дефекта, на которой более низкая температура вызвала меньшее повреждение валка.
Существуют также "остаточные" тепловые дефекты, то есть тепловые дефекты, которые после операций шлифования изменили характеристики и обычно проявляются как более рассеянные ячейки, имеющие меньшие величины дефектов.
Классификация, выполненная на этапе 114, позволяет отличить тепловые дефекты от всех остальных дефектов, подразделяя их на "центральные", "периферийные" и "остаточные".
Остальные зоны дефектов, представленные на карте, в свою очередь, анализируют, чтобы проверить, удовлетворяют ли они признакам механических дефектов. Эти признаки характеризуются минимальной высотой или шириной, максимальной высотой или шириной и процентом точек, превышающих пороговую величину.
Если эти зоны удовлетворяют признакам механических дефектов, их классифицируют как механические дефекты. В противном случае, если они не классифицированы либо как тепловые дефекты, либо как механические дефекты, их игнорируют.
В конце классификации по типам дефектов на этапе 113 анализируют данные за длительный период, то есть все карты предыдущих дефектов с соответственно классифицированными зонами дефектов.
Это необходимо для идентификации остатков предыдущих тепловых дефектов, если критериев классификации на этапе 114, указанных выше, не достаточно, например, потому что валок шлифовался несколько раз после образования теплового дефекта.
Таким образом, если известны все ранее классифицированные тепловые зоны, можно сделать вывод, что дефект, обнаруженный в зоне, ранее классифицированной как зона теплового дефекта, в действительности может быть остатком указанного теплового дефекта, а не новым механическим дефектом, как можно было бы заключить в противном случае.
Результаты классификации, выполненной на этапе 114, представляют на карте, на которой показана поверхность валка, с использованием разных цветов в зависимости от классификации зоны на зону тепловых дефектов (центральных, периферийных и остаточных) или механических дефектов.
После выполнения классификации на этапе 110 выбирают на этапе 120 соответствующую допустимую пороговую величину для каждого дефекта, учитывая внутреннюю технологию в конкретных условиях эксплуатации (металлургическом заводе) и пороговые величины, указанные в технических условиях. Допустимую пороговую величину различных дефектов затем определяют для конкретного случая в зависимости от строгости внутренних технических условий.
Эта пороговая величина также изменяется в зависимости от типа валка и места его применения.
После определения на этапе 120 конкретной допустимой пороговой величины на этапе 130 определяют наиболее подходящее корректирующее действие на основе сравнения измеренных данных и соответствующей пороговой величины.
Корректирующее действие может быть выбрано из следующих действий:
- шлифование валка на этапе 220 для его восстановления для предыдущего назначения;
- изменение назначения валка на этапе 240 с перемещением его согласно техническим условиям в менее критичную прокатную клеть;
- отбраковка валка на этапе 230 как непригодного; или
- принятие валка на этапе 250 как пригодного для использования.
Если валок направляют на шлифование на этапе 220, то на этапе 140 выполняют автоматическое определение параметров шлифования, например, расстояния восстановления, то есть количества материала, подлежащего удалению в соответствующей стадии.
Когда в каждой зоне дефектов (тепловых или механических) известна максимальная тяжесть дефекта, для каждой зоны рассчитывается количество материала, подлежащего удалению для исключения максимального дефекта в конкретной зоне. Этот расчет учитывает тип дефекта (тепловой или механический), тип валка, тип материала, клети и прокатного стана.
Когда количество материала, подлежащего удалению, для каждой отдельной зоны установлено, выбирают наибольшую величину, и эта величина представляет материал, подлежащий удалению из валка, то есть уменьшение диаметра, также называемое расстоянием восстановления, подлежащее выполнению с помощью операции шлифования.
Эта величина затем передается в шлифовальный станок, который автоматически удаляет рассчитанный материал.
После выполнения первого цикла шлифования валок снова подвергают измерению на этапе 210, и анализируют выполненные измерения в соответствии со способом 100, являющимся целью изобретения, чтобы оценить, необходим дополнительный цикл шлифования или нет.
После выполнения необходимых циклов шлифования данные по валку за длительный период обновляют и валок передают для последующего использования в прокатном стане.
В противном случае на этапе 230 валок может быть отбракован, если установлено, что дефекты слишком велики для удаления в стандартной операции шлифования.
В этом случае валок удаляют и направляют на токарный станок, или подготавливают специальную операцию шлифования, или валок отбрасывают.
Наконец, на этапе 240 осуществляют переход к другой прокатной клети, когда валок, несмотря на то, что имеет дефекты, превышающие допустимую пороговую величину для клети, для которой он предназначен, не превышает пороговые величины другой клети, в которой он может быть установлен. Следовательно, вместо шлифования, валок может быть использован в другой клети с экономией таким образом материала, который мог быть удален во время шлифования.
В предпочтительном варианте осуществления стадия анализа карт для классификации дефектов на этапе 110 и выборе оптимального корректирующего действия на этапе 130 может быть осуществлена с помощью технологий искусственного интеллекта, таких как нейронные сети или экспертные системы.
В таком варианте обеспечивается особенно высокая скорость реакции, позволяющая существенно уменьшить полное время на выполнение способа 200 управления восстановлением повреждений прокатных валков.
Путем простого вмешательства на основе регулирования и базовых знаний можно также легко и быстро настраивать операцию классификации на этапе 110 и операцию выбора на этапе 140 параметров шлифования применительно к вновь изменившимся рабочим требованиям, предъявляемым техническим развитием этой области.
Эти новые рабочие требования могут быть вызваны, например, использованием нового материала валка, новых конструкций валка, новых технологий изготовления или нового оборудования, такого как шлифовальные круги высокой твердости, новых систем неразрушающего контроля, установленных в станке и т.д.
В описанном способе также можно одновременно обрабатывать результаты различных исследований с использованием методов неразрушающего контроля. Это особенно важно, так как часто именно совмещение нескольких показаний может дать четкое указание на имеющуюся группу дефектов.
При обнаружении различных дефектов данные за предшествующий период времени наиболее серьезного дефекта преобладают над остальными. На этапах 220-250 действие восстановления, следовательно, направлено в основном на устранение самого серьезного дефекта, обычно получаемого из геометрического анализа и/или с помощью вихревых токов или ультразвука.
В любом случае в отношении доступных степеней ограничения свободы другие обнаруженные дефекты также влияют на операции выбора и восстановления валка.
Из приведенного выше описания со ссылкой на фигуры понятно, что способ классификации и выполнения шлифования прокатных валков согласно изобретению особенно полезен и выгоден.
С точки зрения экономии способ улучшает управление системой валков, продлевая срок их службы и/или уменьшая вероятность поломки или серьезной аварии при работе.
Даже если вмешательство человека возможно и действительно необходимо на первой стадии обучения, способ позволяет работать автоматически, что приводит к уменьшению количества экспертов-операторов, необходимых для работы цеха по обработке прокатных валков.
Кроме того, использование способа классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков согласно изобретению, в котором однородная идентификация дефектов и выбор стратегии вмешательства выполняются на основе фиксированных регулировок, исключает необходимость непрогнозируемых вмешательств человека в технологические процессы линии, увеличивая возможности программирования и прогнозирования работы производственной линии, отличающейся стохастическим характером.
Интерпретация, выполняемая автоматически, также позволяет согласовывать оценки с "наиболее квалифицированным" экспертным мнением из числа экспертов, даже если они виртуальные, а не физические.
С другой стороны, в используемой в настоящее время технологии у операторов из-за разного уровня опыта и иногда недостаточного уровня опыта возникают ситуации неопределенности, и возникает необходимость удаления избыточного и ненужного материала. Как указано выше, с учетом стоимости материалов в настоящее время такой выбор является неприемлемым.
Таким образом, цель, указанная во вводной части описания изобретения, достигнута.
Способ классификации дефектов и выполнения шлифования прокатных валков согласно изобретению может иметь разные варианты реализации, отличные от описанных и проиллюстрированных для чисто иллюстративных и не ограничительных целей.
Следовательно, объем изобретения ограничивается пунктами формулы изобретения.