Способ измерения уровня металла в качающемся кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к управлению процессом непрерывной разливки металлоа Способ включает пропускание через рабочую стенку кристаллизатора (К) ультразвукового (У) сигнала (С), излучаемого искательной головкой (ИГ), и измерение этой же ИГ амплитуды (А) С, отраженного от границы раздела сред измерение периода качания К и продолжительности времени, в течение которого А отраженного С превышает заданную величину, и по этим величинам определяют уровень металла в К Так же определяют отношение продолжительности времени, в течение которого А отраженного С превышает заданную величину, к периоду качания К и по этому отношению определяют уровень металла К. Уровень металла в К определяют, по определенному соотношению. Устройство для осуществления данного способа содержит генератор У колебаний, блок (Б) индикации ИГ с источником У колебаний и их приемником, измеритель периода качания К, задатчик эталонного С и вычислительный В. Выход ИГ соединен с первым входом вычислительного Б, второй вход которого соединен с выходом измерителя периода качания а выход задатчика эталонного С соединен с третьим входом вычислительного В, выход которого соединен с входом индикации, выход генератора соединен с входом ИГ. 2 с и 2 ЗЛф-flbtl ИП.

(е> Б пн ЛЖ32СЛ (51) 833911 И

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

Г(,(."Ф

ОПИСАНИЕ КЗОяикТЕЯИЛ L

К ПАТЕНТУ

1 (21) 5055416/02 (22) 20:07.92 (45) 30.1193 Бюл. Иа 43-44 (71) Череповецкий металлургический комбинат им50-летия СССР (72) Шестаков Н.И„. Костин Ю.П„. Тишков ВЯ„Чумаков СМ. Баулин В.И. (73) Череповецкий металлургический комбинат (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА

В КАЧАЮЩЕМСЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к управлению процессом непрерывной разливки металлов. Способ включает пропускание через рабочую стенку кристаллизатора (К) ультразвукового (У) сигнала (С), излучаемого искательной головкой (ИГ), и измерение этой же ИГ амплитуды (A) С, отраженного от границы раздела сред измерение периода качания К и продолжительности времени, в течение которого А отраженного С превышает заданную величину, и по этим величинам определяют уровень метеюа в К

Так же определяют отношение продолжительности времени, в течение которого A отраженного С превышает заданную величину, к периоду качания К и по этому отнощению определяют уровень металла

К Уровень металла в К определяют. по определенному соотношению. Устройство дпя осуществления данного способа содержит генератор У колебаний блок (Б) индикации ИГ с источником У колебаний и их приемником, измеритель периода качания К, задатчик эталонного С и вычислительный Б. Выход

ИГ соединен с первым входом вычислительного Б, второй вход которого соединен с выходом измерителя периода качания, а выход задатчика эталонного С соединен с третьим входом вычислительного

Б, выход которого соединен с входом индикации выход генератора соединен с входом ИГ. 2 с и 2 зл.ф-пь 1 ип.

2003428

Изобретение относится к металлургии, игнорирование изменения сигнала вследств частности к управлению процессом непре- вие качания кристаллизатора не способстрывной разливки металлов. вует повышению точности измерения

Известен способ измерения уровня ме- уровня, а следовательно; и улучшения качеталлов в качающемся кристаллизэторе ма- 5 ства металла.

„шины непрерывного литья заготовок, Известно устройство для измеревключающий измерение амплитуды у4ьтрэ- ния уровня металла в качающемся кризвукового сигнала, образуюЩегося при. кон- стелл изаторе машины непрерывного литья денсации пара в пузырьках кипящей воды, . заготовок, содержащее источник газа стаотрывающихся от. рабочей стенки кристал- 10 билизированного расхода, гидравлический лизатора в местах ее контакта с расплавлен- насадок, систему рычагов, последовательно ным металлом (Патент Японии М 53 41099, соединенные датчик перемещения рыопубл, 31.10.78, кл. В 22 0.11/16). чага и устройство индикации (А.С.

Однако рабочая стенка кристэллиээ- СССР ЬЬ 1225679, опубл, в Б.И., hh 15, тора обладает определенной тепловой 15 1986, кл, В 22 011/16). инерцией,. поэтому информация об изме- Однако гидравлический насадок, соединившемся уровне металла в кристэлли- ненный с сИстемой рычагов, обладает зназаторе буде» достигать поверхности чительной инерционностью, поэтому водоохлэждэемого канала (в виде измене . данное устройство не позволяет улучшить ния плотности теплового потока) со значи-. 20 качество металла за счет повышения точнотельной зэдержкой во времени, вследствие сти измерения. чего рассматриваемый способ не позволяет.. Наиболее близким к предполагаемому повысить точность измерения, э следова- . иэобретейию-устройствуявляетсяустройтельно, и улучшить качество металла.: .. ство для измерения уровня металла в каИзвестен способ измерения уровнМ ме-: 25. чающемся кристаллизаторе машйны таллэ в качающемся кристэализаторе маши- непрерывного литья заготовок, содержащее н ы непрерывного литья заготовок, генератор:ультразвуковых колебаний, уствключающий пропускэние через повер- ройство индикации и искательную головку, хностный слой рабочей стенки кристал- оснащенную источником ультразвуковых лиэатора, в направлении к его оси, 30 колебаний и их приемником, причем выход ультразвукового сигнала, излучаемого иска- генератора ультразвуковых колебаний соетельной. головкой, расположенной.нэдуров- . динен r, входом искательной головки (Заявнем металле, и измерение этой же головкой ка Японии tk 59-191546, опубл. 30.10.84, амплитуды сигнала, отраженного от зоны. кл, 8 22 О 11/04). рабочей стенки, прилегающей K,ìåíèñêó 35 Однакоданноеустройствонепозволяет расплава (заявка Японии Ф 56;126062, измерять период качания кристаллизатора опубл.02.10.81, кл. 8 22911/16), и продолжительность времени, в течение

Однако данный способ не позволяет из- которого амплитуда отраженного сигнала мерять амплитуду ультразвукового сигнала.. превышает заданную величину, поэтому отраженного от границы раздела сред мед- 40 рассматриваемое устройство не способно . ная стенка — стальной слиток, поэтому рас- повысить точность измерения уровня мес мат ри вае мы и способ не ведет к талла, а следовательно, и улучшить качество повышению точности измерения, ааледова- металла. тельно, и улучшению качества металла.

Наиболее близким к предполагаемому 45 Целью изобретения является улучшеизобретению-способуявляетсяспособиз- ние качества металла эа счет повышения мерения уровня металла s качающемся кри- точности измерения. сталлизэторе машины непрерывного литья Указанная цель достигается тем; что в заготовок, включающий пропускание через способе змерения уровня металла в качарвбочую стенку кристаллизэтора ультразву- 50 ющемся кристаллизаторе машины непрекового сигнала, излучаемого искательной, рывного литья заготовок, включающем головкой, и измерение этой же головкой ам- * - пропускание через рабочую стенку кристалплитуды сигнала, отраженного от границы лизатора ультразвукового сигнала, иэлучаераздела сред (Черные металлы, 1981, hh 8, . мого искательной головкой, и измерение с.62-67). 55 этой же головкой амплитуды сигнала, отраОднако данный способ не предусматри- женного от границы раздела сред, согласно вает измерения периода качания кристэл- изобретению, измеряют период качания лиээторэ и продолжительности времени, в кристаллиээтора и продолжительность вретечение которого амплитуда отраженного .мени, в течение которого амплитуда отрасигнала превышает заданную величину, э женного сигнала превышает заданную

2003428

45 качества металла.

Предлагаемый способ осуществляют величину, и по этим величинам определяют уровень металла в кристаллизаторе.

Указанная цель достигается также тем, что определяют отношение продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, к периоду качания кристаллизатора, и по этому отношению определяют уровень металла в кристаллизаторе.

Укаэанная цель достигается также тем, что уровень металла в кристаллизаторе определяют из соотношения: h = Acos ле, где h — расстояние от плоскости свободной поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до среднего положения оси искательной головки:

А — амплитуда качания кристаллизатора; е — отношение продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, к периоду качания кристаллизатора, Поставленная цель достигается также тем, что устройство для измерения уровня металла в качающемся кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок содержит генератор ультразвуковых колебаний, блок индикации и искательную головку с источником ультразвуковых колебаний и их приемником, причем выход генератора ультразвуковых колебаний соединен с входом искательной головки, согласно изобрете,нию устройство дополнительно содержит измеритель периода качания кристаллизатора, задатчик эталонного сигнала и вычислительный блок, причем выход искательной головки соединен с первым входом вычислительного.блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя периода качания кристаллиэатора, а выход задатчика эталонного сигнала соединен с третьим входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока индикации.

Измерение периода качания кристаллизатора позволяет учесть колебание искательной головки совместно с кристаллиэатором относительно зеркала металла и тем самым повысить точность измерения. 5

Дополнительное измерение продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, позволяет по результатам измерений определять уровень металла 5 в кристаллизаторе с необходимой точностью, чем и достигается цель изобретения, Определение отношения продолжительности времени, в течение которого ам5

35 плитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, к периоду качания кристаллизатора позволяет дополнительно повысить точность измерения уровня металла в к ристаллизаторе.

При синусоидальном законе качания кристаллизатора точность измерения повышается, если уровень металла в кристаллизаторе определяют иэ соотношения: h-Acos кя, где h — расстояние от плоскости свободной поверхности металла в кристаллизаторе до среднего положения оси искательной головки;

А"- амплитуда качания кристаллизатоP3„ е-отношение продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, к периоду качания кристаллизатора.

Включение в устройство измерителя периода качания кристаллизатора позволяет измерять период качания кристаллизатора, что является отличительным признаком заявляемого способа.

Включение в устройство задатчика эталонного сигнала и вычислительного-блока, соединение выхода задатчика эталонного. сигнала с третьим входом вычислительного блока, соединение выхода искательной головки с первым входом вычислительного блока позволяет измерять продолжительность времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, что является отличительным признаком заявляемого способа.

Соединение выхода измерителя периода качания кристаллизатора с вторым входом вычислительного блока, соединение выхода вычислительного блока с входом блока индикации позволяет определять уровень металла в кристаллизаторе с необходи-. мой точностью, вследствие чего и достигается цель изобретения — повышение следующим образом;

Через рабочую стенку кристаллизатора пропускают ультразвуковой сигнал, излучаемый искательной головкой, и измеряют этой же головкой амплитуду сигнала, отраженнога от границы раздела сред.

Поскольку искательная головка неподвижна относительно качающегося кристаллизатора, то она колеблется относительно зеркала металла с той же частотой, что и кристаллиэатор, а следовательно, с той же частотой колеблется и амплитуда сигнала, отраженного от границы раздела сред. В

2003428 этой связи период качания кристаллизатора измерить несложно — это есть величина; об затнао частоте колебания амплитуды отраженного сигнала.

Измеряют продолжительность време- 5 ни, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, Чем выше среднее положение оси, колеблющейся совместно с кристаллизатором искательной головки, тем будет 10 больше продолжительность указаннЬга времени по отношению к периоду качания кристаллиэатора, и наоборот..

По результатам замеров и определяют уровень металла в кристаллиэаторе. 15

Точность измерения уровня металла в кристаллизаторе повышается, если уровеньопределяют по отношению продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает 20 заданную величину, к периоду качания кристаллизатора. Чем больше величина этого отношения, тем ниже уровень металла в кристаллизаторе по отношению к среднему положению оси колеблющейся искательной 25 головки.

Наиболее часто реализуется синусоидальный закон качания кристаллизатора: г = Асоз cut, (1) где А — амплитуда качания кристаллиэатора, 30 м, в — угловая частота, рад/с, т- время, с.

Угловая частота связана с периодом качания кристаллизатора соотношениями: 35 ж =2л 1 = —, (2)

2 л

Т где f — частота качания, Гц;

Т вЂ” период качания, с, Обозначим через h расстояние m пло- 40 скости свободной поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до среднего положения оси искательной головки, а через ro — промежуток времени, по истечении которого амплитуда. отраженного сигнала 45 становится меньше заданной величины, при условии, что в соответствии с (1) при к 0 кристаллиэатор находится в крайнем верхнем положении. Тогда, приравнивая z и й, из (1) и (2) получим: 50

h = Асоа2 а то (3)

Из (1) следует, что

2то =Ьt, (4) где ЛI продолжительность времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину.

Тогда из (3) с учетом (2) и (4) найдем:

h-Асозхе (5) где е — отношение продолжительности времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, к периоду качания кристаллизаторв, т.е, . е = Ьл/Т .Таким образом, при синусоидальном (косинусоидальном) законе качания кристаллизатора уровень металла в кристаллизаторе onðåäåïÿþò из соотношения (5).

Во всех случаях предполагается, что среднее положение оси колеблющейся искательной головки по отношению к машине остается неизменным и заранее известным.

На чертеже показана схема устройства для осуществления предложенного способа.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 ультразвуковых колебаний, искательную головку 2, блок 3 вычислений, блок 4 индикации, а также содержит измеритель 5 периода качания кристаллизатора, выход которого соединен с вторым входом блока 3 вычислений, и содержит задатчик 6 эталонного сигнала, выход которого соединен с третьим входом блока 3 вычислений, На схеме позицией 7 обозначена рабочая стенка кристаллизатора; 8 — зеркало металла в кристаллизаторе.

В качестве генератора 1 ультразвуковых колебаний используется серийно выпускаемый генератор ударного возбуждения на тиристорных ключах типа КУ 104. Искательная головка 2 выполнена на базе серийного ультразвукового преобразователя ППП-1,25

КН, В качестве задатчика эталонного сигнала применяется прибор соответствующего функционального назначения иэ приборного комплекса АКЭСР, Блок 4 индикации содержит три цифровых люминесцентных индикатора типа ИВ22 и схему управления на микросхемах серии К 155. Блок 3 вычислений состоит иэ однокристалльной микроЭВМ серии К 1816 с цифроаналоговым преобразователем типа

К 572 ПА 1 и аналогоцифровым преобразователем типа К 572 ПВ 1, Программа микроЭВМ предусматривает анализ и обработку сигналов от искательной головки, от измерителя периода качания кристаллизатора и от эадатчика эталонного сигнала. Выходной сигнал от 3ВМ управляет работой блока индикации, а также через цифроаналоговый преобразователь может управлять приводом дозирующего механизма (на схеме эта связь не показана), Генератор 1 ультразвуковых колебаний вырабатывает электрические колебания ультразвуковой частоты. которые а источни 003428

1О ке ультразвуковых колебаний преобразуются в ультразвуковые колебания и направля-. ются через рабочую стенку кристаллизатора к слитку.

В зависимости от положения оси иска- 5 тельной головки 2 {выше зеркала 8 металла или ниже его) приемник ультразвуковых колебаний принимает колебания, отраженные от границ раздела рабочая поверхность стенки — воздух или рабочая поверхность 10 стенки — расплав.

Полученные ультразвуковые колебания приемник преобразует в электрический сигнал и направляет его на первый вход блока

3 вычислений. При переходе оси искатель- 15 ной головки через плоскость зеркала металла амплитуда отраженного ультразвукового сигнала существенно уменьшается. Соответственно уменьшается и амплитуда электрического сигнала на первом входе блока 20 вычислений.

Измеритель 5 периода качания кристаллизатара формирует прямоугольные t4Mпульсы, частота которых пропорциональна периоду качания кристаллизатора. Эти им- 25 пульсы поступают на второй вход блока вы-. числений.

Задатчик 6 эталонного сигнала формирует прямоугольные импульсы, частота которых пропорциональна заданной 30 эталонной величине. Эти импульсы поступают на третий вход блока 3 вычислений.

Блок вычислений определяет продол,жительность времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает 35 заданную величину, определяет отношение этой продолжительности времени к периоду качания кристаллизатора и по величине этого отношения формирует сигнал, пропорциональный величине отклонения среднего 40 положения оси искательной головки от зеркала металла в кристаллизаторе (плоскости свободной поверхности расплава). Этот сигнал поступает на блок 4 индикации, где регистрируется положение зеркала металла в 45 кристаллизаторе {уровень металла).

Пример. Йа машине непрерывного литья заготовок разливают сталь s слитки сечением 1,2 х 0,25 м, В кармане, выполненном в стальном корпусе кристаллизатора, 50 размещен корпус устройства с искательной головкой. Корпус закреплен на медной стенке кристаллизатора 16-ю винтами через жесткий фланец, Для обеспечения герметичности между фланцем корпуса и 55 стенкой помещена прокладка из малостойкой резины. Корпус выполнен из листовой нержавеющей стали. В качестве искательной головки использован серийный датчик

П 111-1,25 КН. Номинальная частота датчика 1;25 МГц, Зондирующий и отраженный сигналы передаются по гибкому высокочастотному кабелю, соединяющему датчик и разъем, расположенный на верхней крышке корпуса.

Устройство через разъем соединяется с блоком вычислений и генератором импульcos, установленными на расстоянии 10 м от кристалл изатора.

Блок вычислений содержит однокристалльную микроЭВМ типа К 18 16 ВЕ35, аналогоцифровой преобразователь типа К

572 ПАТ и цифроаналоговый преобразователь типа К 572 ПА1, установленные на печатной плате. Здесь же установлены генератор импульсов, содержащий тиристорные ключи типа КУ 104, импульсные трансформаторы и задающий генератор на транзисторах КТ 315. Плата помещена в стальной корпус, на задней стенке которого размещено устройство индикации, содержащее 3 индикатора типа ИВ-22.

Работает устройство следующим образам.

Генератор импульсов вырабатывает радиоимпульсы длительностью 2 мкс, с частотой заполнения 1,25 МГц. Радиоимпульсы, поступая на вход искательной головки, пре-. образуются ею в ультразвуковые импульсы и направляются через контактную жидкость и наружную стенку кристаллизатора к внутренней стенке. Когда искательная головка находится в верхнем положении, почти весь (99 ) ультразвуковой сигнал отражается от границы медная внутренняя стенка — воздух, преобразуется искательной головкой в радиоимпульс и с выхода искательной головки подается на вход блока вычислений, который непрерывно анализирует амплитуду отраженного сигнала. Когда головка при своем перемещении совместно с кристаллизатором. достигнет уровня зеркала металла, амплитуда отраженного сигнала резко уменьшится за счет поглощения ультразвука в жидком металле.

В блок вычислений поступают также сигналы с задатчика эталонного сигнала и с измерителя периода качания кристаллиза-. тора. Блок вычислений определяет продолжительность времени, в течение которого амплитуда отраженного сигнала превышает заданную величину, а затем определяет отношение этой продолжительности к величине периода качания кристаллизатора. По величине этого отношения определяется уровень металла в кристаллизаторе. Полученный результат индицируется на блоке индикации.

Технико-экономическое преимущество предполагаемого изобретения в сравнении

2003428 слитка и уменьшается пораженность металла поверхностными трещинами на

0,5-1,0, т,е. улучшается качество металла.

5 с прототипом заключается в повышении точности измерения уровня металла в кристаллизаторе, за счет чего снижается складчатость поверхности непрерывно-литого

Составитель A,Агарышев

Техред M.Mopråíòàë Корректор M.Màêcèìèøèíeö

Редактор С.Кулакова

Заказ 3296

Тираж Подписное

НПО"Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1 = дсоз, 1. Способ измерения уровня металла в где h - РЭССТОЯние от плоскости свободной качающемся кристаллизаторе машины не- . поверхности жидкого металла в кристаллипрерывного литья заготовок, включающий 10заторе до среднего положения. оси искэпропускание через стенку кристаллизатора тельной головки; ультразвукового сигнала, излучаемого ис- А-амплитуда качания кристаллиэатора. кательной головкой, и измерение этой же . 4, Устройство для измерения уровня головкой амплитуды сигнала, отраженного металла s качающемся кристаллизаторе от границы. раздела сред, отличающийся 15,машины непрерывного литья заготовок. тем, что что измеряют период качания кри- содержащее генератор ультразвуковых косталлизатора.и продолжительность време- лебаний; блок индикации и искательную ни, в течение которого амплитуда головку с источником ультразвуковых колеотраженного сигнала превышает заданную баний и.их приемником, причем выход гевеличину, и по этим величинам определя-20 нератора соединен с входом искательной ютуровень металла в кристаллизаторе, . головки, отличающееся тем, что оно снаб2. Способ по п.1, отличающийся тем, жено измерителем периода качания кричто определяют от„оше„ие продолжи сталлизатора, задатчиком эталонного тельности времени в течение которого вм» 25 сигнала и вычислительным блоком, пРи плитуда отраженного сигнала превышает этом выход искательной головки соединен заданную величину к периоду качания, с первым входом вычислительного блока, кристаллизатора и по этому отношению второй вход которого соединен с выходом определяют урОвен металла в кристалли» измерителя периода качания кристаллизазяторе. 30 тора, а выход задатчика эталонного сигнала соединен с третьим входом

3, Способ по и,", отличающийся тем, вычислительного блока, выход которого соределяют из соотношения единен с входом блока индикации,