Устройство для измерения уровня расплава в кристаллизаторе

 

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов. Цель - упрощение конструкции устройства. Устройство включает гидравлический насадок 1. несущий элемент 3 и стабилизатор 4 расхода газа Гидравлический насадок 1 неподвижно закреплен на несущем элементе. Устройство снабжено детектором 6 давления газа, микропроцессором 8 и прибором 7 регистрации уровня расплава при этом детектор соединен с внутренней полостью гидравлического насадка, а входы микропроцессора и прибора подключены к выходу детектора Внутри гидравлического насадка установлена перфорированная перегородка 2 выше зоны подсоединения детектора давления газа, причем площадь живого сечения для прохода газа уменьшается в последовательности: горизонтальное сечение гидравлического насадка - перфорированной перегородки - вертикальное сечение щели между насадком и уровнем расплава 1 ап.ф-лы, 1 табл, I ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4947592/02 (22) 21.06.91 (46) 15.1193 Еюп. Иа 41-42 (71) Всесоюзный институт легких сплавов (72) Малиновский Р.Р. (73) Всероссийский институт легких сппавов (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

РАСПЛАВА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ (5?) Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов. Цель — упрощение конструкции устройства.. Устройство вкпючает гидравпический насадок 1, несущий элемент 3 и стабилизатор 4 расхода газа Гидравлический насадок 1 неподвижно закреплен на несущем элементе. Устройство (19) RU (и) 2002565 С1 (51) 5 B22D11 1б G01 F23 14 снабжено детектором б давления газа, микропроцессором 8 и прибором 7 регистрации уровня расплава, при этом детектор соединен с внутренней полостью гидравлического насадка, а входы микропроцессора и прибора подкпючены к выходу детектора Внутри гидравпического насадка установлена перфорированная перегородка 2 выше зоны подсоединения детектора давпения газа, причем площадь живого сечения дпя прохода газа уменьшается в последоватепьнооти: горизонтальное сечение гидравлического насадка — перфорированной перегородки — вертикальное сечение щели между насадкбм и уровнем расппава. 1 зпф-лы, t табл, 1 ип.

2002565

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе отливки слитков из алюминиевых сплавов.

При отливке слитков в кристаллизатор скольжения или в электромагнитный кристаллизатор для стабильного протекания процесса и обеспечения удовлетворительного качества поверхности слитков необходимо контролировать положение уровня расплава в кристаллизаторе и поддерживать его.

В металлургии известны устройства для измерения уровня расплава в кристаллизаторе в процессе отливки слитков.

В патент Японии, кл. В 22 Р 1Ф 55-18191, опубликованном 16.05,80, предложено устройство, в котором стенка кристаллизатора оснащена несколькими термопарами, сигналы от которых поступают в ЭВМ, которая вычисляет положение уровня расплава и дает команду по регулированию этого уровня, изменяя подачу расплава в кристаллизатор. Данное устройство работоспособно, однако возникают сложности при замене кристаллизатора, так как каждый новый кристаллизатор необходимо оборудовать такими термопарами. Кроме того, устройство невозможно применить при отливке слитков в электромагнитный кристаллизатор, не имеющий стенок для установки термопар.

Известно устройство для измерения уровня расплава в кристаллиэаторе, содержащее несущий элемент в виде стойки, на которой закреплен двуплечий рычаг с балансировочным грузиком на одном конце, другой конец снабжен гидравлическим насадком, открытым снизу, и стабилизатором расхода газа, соединенным с насадкам, Насадок расположен в зоне кристаллизатора над поверхностью расплава, а противоположный конец рычага оснащен вертикальным сердечником с выше расположенной неподвижной катушкой индуктивности, изменяющийся ток от которой направлен в прибор, показывающий величину уровня расплава в кристаллизаторе. Площадь гидравлического насадка не менее 0,8 площади поперечного сечения кристаллизатора.

При изменении уровня расплава в кристаллизаторе гидравлический насадок. представляющий собой тело на воздушной подушке, получает вертикальное перемещение, В результате этого поворачивается двуплечий рычаг и укрепленный íà его другом конце сердечник изменяет свое положение в катушке индуктивности, по сигналу которой и срабатывает показывающий прибор.

Такое устройство может регистрировать уровень расплава бесконтактным способом, однако занимает много места как над кристаллизатором, закрывая значительную часть зеркала расплава в нем, так и рядом с кристаллизаторам и имеет сложную кинематическую схему. Это затрудняет широкое применение устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства, Предложено устройство для измерения уровня расплава в.кристаллизаторе, включающее открытый снизу гидравлический насадок, несущий элемент и стабилизатор расхода газа; гидравлический насадок закреплен неподвижно на несущем элементе.

Устройство снабжено детектором давления газа, микропроцессором и прибором регистрации уровня расплава, при этом детектор соединен с внутренней полостью гидравлического насадка, а входы микропроцессора и прибора подсоединены к выходу детектора.

Дополнительно предложена внутри гидравлического насадка установить перфорированную перегородку выше зоны подсоединения детектора давления газа, причем площадь живого сечения для прохода газа уменьшать в последовательности: горизонтальное сечение гидравлического насадка — перфорированная перегородка— вертикальное сечение щели между насадкам и уровнем расплава.

Принципиальная схема устройства приведена на чертеже, Устройство имеет гидравлический насадок 1 с расположенной внутри его перфорированной перегородкой 2. Насадок неподвижно закреплен на несущем элементе 3, К верхней части насадка подсоединен стабилизатор 4 расхода газа, для выхода которого из гидравлического насадка служит щель 5 над уровнем расплава. Детектор

6 давления газа соединен с внутренней полостью гидравлического насадка 1 между перфорированной перегородкой 2 и щелью

5 выхода газа. К выходу детектора 6 подключены входы прибора 7 регистрации уровня расплава и микропроцессора 8, который может управлять исполнительными механизмами подачи расплава в кристаллизатор.

Предложенное устройство работает следующим образом.

В установленный над поверхностью расплава 9 s кристаллизаторе 10 гидравлический насадок 1 подается газ с определенным заданным расходом с помощью стабилизатора 4, Газ через перфорированную перегородку 2 равномерно проходит во внутреннюю полость насадка 1 и затем вы2002565

A = M — P

D P

10 ходит в щель 5 между нижним краем насадка 1 и поверхностью расплава 9. Движение газа на чертеже показано стрелками, В зависимости от заданного стабилизатора расхода газа, высоты щели 5 и других параметров во внутренней полости насадка

1 возникает избыточное давление газа, которое измеряется детектором 6. Измеренное давление газа дает воэможность определить высоту Щели 5 над поверхностью расплава 9, что и служит характеристикой уровня расплава s кристаллизаторе 10.

Перевод величины избыточного давления газа в полости насадка 1 на высоту щели 5 с помощью приведенного математического соотношения производит измерительная система; включающая детектор 6, регистри-. рующий прибор 7 и микропроцессор 8. Последний служит также для управления исполнительными механизмами подачи расплава в кристаллизатор 10.

Пример. Неподвижно установленный гидравлический насадок образует над уровнем расплава щель заданной высоты. В этом случае подача газа внутрь насадка через стабилизатор при постоянном расходе газа обеспечит определенное избыточное давление газа в полости гидравлического насадка, связанное с сечением щели выхода газа над зеркалом расплава и гидравлическим сопротивлением. Уменьшение высоты щели выхода газа эа счет повышения уровня расплава в кристаллизаторе приведет к росту скорости выхода газа из щели. Это может иметь место лишь при увеличении давления газа во внутренней полости гидравлического насадка. Для измерения этого давления газа устройство снабжено детектором, соединенным с внутренней полостью гидравлического насадка. Прибор для регистрации уровня расплава, показывающий вместо измеренного избыточного давления газа фактическую высоту щели между гидравлическим насадком и уровнем расплава, подсоединен к детектору.

Кроме того, введенный в измерительную систему микропроцессор постоянно обрабатывает измеренные и заданные величины и, исходя из отклонения высоты щели от заданной, может управлять исполнительными механизмами подачи расплава в кристаллизэтор для восстановления заданного уровня расплава.

В изобретении предложена установка внутри насадка перфорированной перегородки, которая выравнивает поток газа внутри гидравлического насадка и облегчает правильное измерение давления s его полости. Уменьшение живого сечения для прохода газа от верхней части насадка к

55 выходной щели также способствует стабильности работы устройства и надежному измерению давления газа детектором.

Физико-математическое моделирование для тонкостенного гидравлического насадка цилиндрической формы дало следующие зависимости между величинами где А — высота щели между насадкам и уровнем расплава (a м), которая характеризует положение этого уровня расплава;

М вЂ” коэффициент, связанный с гидравлическими сопротивлениями системы и другими постоянными величинами;

Q — стабилизированный расход газа, м /c;

Π— диаметр гидравлического насадка, м; р — плотность газа, кг/м; з, Л P — избыточное давление газа в полости насадка, Па.

Предварительное торирование измерительной системы при заданной высоте А и известных остальных величинах позволяет определить коэффициент М с помощью приведенного уравнения и заложить его в память системы. Моделирование показало, что коэффициент M обычно близок к величине 0,33+0.06.

Затем, зная стабилизированный расход газа 0; его плотность и избыточное давление газа hP, измеренное в полости гидравлического насадка, можно определить высоту А по приведенному математическому соотношению- и зарегистрировать его прибором.

Гидравлический насадок диаметром, например, 0,1 м питается воздухом (плотность 1,29 кг/мз) со стабилизированным расходом 0,4 м /мин (0,00666 м /с). Коэффициент M предварительно определен равным 0,33 и вводится в память измерительной системы. В этих условиях в соответствии с приведенным математическим соотношением при выбранной нормальной высоте щели А - 0 ° 005 м избыточное давление газа в полости гидравлического насадка составляет 25 Па. Изменение этого избыточного давления газа имеет обратную связь с высотой щели выхода газа, над поверхностью расплава, характеризующей уровень расплава в кристаллизаторе. Результаты расчетов приведены в таблице.

В предложенном устройстве применен гидравлический насадок, который имеет не2002565

Расчеты показали, что предлагаемое устройство выгодно применять для определения уровня расплава в кристаллизаторе на установках непре5 рывного литья слитков, когда нормальный литейный процесс допускает лишь малые колебания уровня расплава.

Такое устройство может быть особенно ценно при автоматизации процесса

10 непрерывной отливки слитков из легких сплавов.. (56) Авторское свидетельство СССР

N . 1125096, кл. В 22 0 11/16, 1984.

Формула изобретения

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УРОВНЯ РАСПЛАВА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, содержащее открытый снизу гидравли-20 ческий насадок, несущий элемент и стабилизатор расхода газа, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, оно снабжено детектором давления газа, микропроцессором и прибором регистрации25 уровня расплава, при этом детектор соединен с внутренней полостью гидравлическоСоставитель P. Малиновский

Редактор Т, Смирнова Техред М, Моргентал Корректор О, Кравцова

Тираж Подписное .НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3204

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 большое поперечное сечение, значительно меньше поверхности расплава в кристаллиэаторе, поэтому облегчается наблюдение и обслуживание зеркала расплава. Такое устройство может работать как в сочетании с . кристаллизатором скольжения, так и с электромагнитным кристаллизатором. Кроме воздуха можно также применить и другой газ с защитными свойствами, например аргон. Даже небольшое изменение высоты щели А вызывает изменение избыточного давления газа в квадрате, что обеспечивает повышенную чувствительность системы измерения уровня расплава в кристаллизаторе. го насадка, а входы микропроцессора и прибора подсоединены к выходу детектора,а гидравлический насадок закреплен неподвижно на несущем элементе, 2, Устройство по п,1, отличающееся тем, что внутри гидравлического насадка установлена перфорированная перегородка выше места подсоединения детектора давления газа с уменьшением площади живого сечения для прохода газа.