CN102245329B - 用于检测流量的装置和对此的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量尤其液态金属的流量的装置(1)，其带有第一容器(2)且带有第二容器(8)，其中，在第一容器(2)中提供有液态金属(3)并且其通过套管(7)流到第二容器(8)中，其中，液态金属(3)暂存在第二容器(8)中且通过至少一个第一浸入管(17，18)流到铸模中或到另外的容器(15，16)中，其中，通过至少一个套管(7)和/或至少一个浸入管(17，18)的液态金属(3)的流通量通过至少一个布置在相应的容器(2，8)下方的传感器(9，21，22)来检测。此外，本发明涉及一种与此有关的方法。

Description

用于检测流量的装置和对此的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于尤其在铸造设备中检测液态金属的流量的装置和一种根据权利要求7的用于尤其根据流量的检测来控制或调节液位(Fuellstand)的方法。

背景技术

液态金属通过冶金的容器的流量(Durchfluss)和尤其与此有关的流通量(Durchflussmenge)，在铸造设备中尤其对于过程控制和因此也对于最终产品的质量而言越来越重要。

目前，通过铸造设备中的冶金的容器的流量或者流通量间接地通过容器的称重或通过排出速度和铸造产品的厚度的测量来确定。然而，这些方法仅是相对不精确的或者它们伴随有较大的公差且因此越来越不能满足对调节质量的持续增加的要求。

此外，通过JP 7181195已知电磁式的流速传感器，其可实时地测量热金属熔液的流速，其中，使用了磁性的物质和磁性的接收器，其中，磁性的物质被施加在热的熔化的金属的表面上。这在铸造设备的实践中证明是较不实用的和昂贵的。

此外，JP 57199917公开了一种电磁式流量计，在其中围绕所流过的管道布置有磁线圈，其中，由于直流电出现磁场，磁场作用到液态的流过的金属上并且引起环形流，环形流又引起作用到线圈上的力且该力被检测。因为该力与流体的速度成比例，所以由该力可推断速度。这在铸造设备的实践中也证明是不合适的，尤其是鉴于仍恶劣的外部条件。

WO 00/58695公开了一种方法，在其中磁场同样引起环形流，这是因为金属床和磁场相对彼此运动。这也显现为较不适合实践，这是因为生产设备明显必须被改造。

WO 02/36293A1公开了一种方法，在其中气体含量被用于检测。因为在典型的金属熔液中气体含量更容易很少且更容易是干扰的，所以这种操作方式脱离于典型的方式。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于测量流量、尤其用于测量液态金属的流量的装置，其允许较高的精度和/或控制或者调节的较快的反应。本发明的目的也是提供一种用于控制或调节至少一个容器的液位的方法，其中，尤其用于检测流量的装置被使用，以便因此改善产品质量。

针对装置的目的利用权利要求1的特征来实现，据此提供用于测量尤其液态金属的流量的装置，其带有第一容器和带有第二容器，其中，液态金属提供在第一容器中且通过套管(Schattenrohr)流到第二容器中，其中，液态金属暂存在第二容器中且通过至少一个第一浸入管流到铸模(Kokille)或另外的容器中，其中，通过至少一个套管和/或至少一个浸入管(Tauchrohr)的液态金属的流通量通过至少一个布置在相应的容器下方的传感器来检测。由此可执行快速的调节或者控制。

在此，当为了控制或调节流量，控制元件配给相应的浸入管或套管(控制元件可通过操控来监控流量)时，这是适宜的。

当传感器布置在相应的容器下方时，这也是有利的。当传感器也布置在相应的控制元件下方时，这也是适宜的。

此外，当第二容器布置在第一容器下方而套管从第一容器的排出部(Abfluss)从上面伸到第二容器中时，这是有利的。

当铸模布置在第二容器下方而浸入管从第二容器的排出部从上面伸到铸模中时，这同样是有利的。

根据本发明，当设置有控制部或调节部或者执行控制或调节，借助于控制部或调节部基于传感器或多个传感器的信号操控控制元件或多个控制元件，使得产生带有液态金属的容器的(也就是说第一容器和/或第二容器和/或铸模和/或另外的容器的)基本稳定的液位和在铸模处的稳定的产品厚度时，这是特别有利的。

关于方法的目的通过用于控制或调节至少一个尤其带有液态金属的容器的液位的方法来实现，其中，基于至少一个传感器的至少一个信号操控至少一个控制元件，使得产生铸模和/或容器的基本稳定的液位和基本稳定的产品厚度。

根据本发明的一个实施例，当用于在带有第一容器和必要时带有第二容器的装置中测量尤其液态金属的流量时，这是适宜的，其中，在第一容器中提供有液态金属且液态金属通过套管流到第二容器中并且液态金属此外暂存在第二容器中且通过至少一个第一浸入管流到铸模和/或另外的容器中，此外通过至少一个套管和/或通过至少一个浸入管的液态金属的流通量借助于至少一个布置在相应的容器下方的传感器来检测。

此外，当为了控制或调节流量，控制元件配给相应的浸入管或套管时，这是有利的。通过控制或调节流量，例如钢的液面可有利地在铸模中在其水平(Niveau)上进行控制或调节，以便能够优化在铸模的出口处的产品质量。特别有利的是根据本发明的方法在液态金属的铸造的领域中的应用，如尤其在连续铸造或带铸造的情况中，使得尤其也可利用用于金属面或钢面的水平调节的测量方法的优点，其目标是通过获得液态金属液面水平的较小的变化来改善产品质量。

此外，当至少一个传感器布置在至少一个容器下方和/或必要时也布置在至少一个控制元件下方时，这是特别有利的。

同样地，当第二容器布置在第一容器下方而套管从第一容器的排出部从上面伸到第二容器中时，这是适宜的。

当铸模布置在第二容器下方而浸入管从第二容器的排出部从上面伸到铸模和/或另外的容器中时，这是特别有利的。

此外关于该方法，当调节系统的恢复时间由此最小化，即，质量流的特性曲线的斜率被确定为塞子位置的函数时，这是有利的。由此，恢复时间可被缩短，而调节系统在其调节特性上未变得不稳定。

当调节器选择增益(Verstaerkung)，有利地选择最大可能的斜率作为增益，而调节系统未变得不稳定时，这也是适宜的。

从以下的附图说明中和从从属权利要求中得出另外的优点。

附图说明

下面，在实施例的基础上根据附图进一步解释本发明。其中

图1显示了用于尤其在铸造设备中液态金属的流量测量的装置，

图2显示了方块图，

图3显示了方块图，以及

图4显示了作为塞子位置的函数的质量流的表达式的特性曲线。

具体实施方式

图1示意性地显示了用于在铸造设备中测量液态的、热的金属或金属熔液的流量的装置1。另外，装置1具有第一容器2，其有利地构造成桶(Pfanne)。该第一容器2具有熔液或者大量液态金属3。第一容器2仅示意性地和以剖面方式示出。第一容器2具有排出口4，液态金属3可通过排出口4流出，其中，排出口4有利地布置在第一容器2的底部5处。为了控制液态金属3通过排出部4的排出，设置有控制元件6，例如滑块，其有利地可由未进一步示出的控制装置操控。从排出口4出发，套管7向下通向第二容器8且从上面伸入到该第二容器8中。只要控制元件6允许，液态金属3流动通过套管7，且从上面流入到第二容器8中。为了检测通过套管7的液态金属3的流量，在本发明的一个实施例中设置有传感器9，其检测每时间单位液态金属3流动通过套管7的量并且产生信号，信号与流通量或每时间单位的流通量成比例。

在图1中，第二容器8被填充直至液位高度10。在此，液位高度H2是熔液的表面的液面11直至第二容器8的底部12的高度。在此，此外高度h是套管7的下端与熔液11的表面之间的距离。

第二容器8在其底部12处优选地具有至少一个排出口13，然而对于有利的方式具有两个排出口13、14或还多于两个排出口13、14。通过这些排出口13、14，液态金属3可流到随后的铸模15或容器16中的至少一个中。此外，浸入管17、18各与相应的排出口13、14连接，浸入管17、18在其下端处从上面出发伸到至少一个铸模15中或到至少一个另外的容器16中。为了控制通过排出口或者通过浸入管17、18的流量，设置有控制元件19、20，例如塞子(Stopfen)，借助于控制元件通过打开或关闭或者通过调整中间位置可控制排出口的自由的横截面，使得由此可控制流量。此处，控制又再次借助于未进一步示出的控制装置实现。

为了检测通过浸入管的流量，有利地设置有传感器21、22，其检测通过相应的浸入管17、18的液态金属3的流量。

如在借助于传感器9检测通过套管7的液态金属3的流量中的那样，通过浸入管17、18的液态金属3的流量的检测借助于在相应的容器2、8下方的传感器21、22来实现。因此，在相应的冶金的容器2、8(例如桶或中间容器)下方，在套管处和在浸入管或者金属或钢流过的其它的设备部件处直接测量液态金属3的流量。在此，不仅液态金属3的流通量可有利地被检测，而且可通过控制控制元件不仅影响铸造液面而且影响产品厚度。

此外，借助于传感器，金属熔液中的或者液态的钢中的杂质(例如残渣)还可被检测，并且作为信号输送给控制部。

此外，金属熔液中的温度变化也可被检测并且作为信号输送给控制部。

为了快速和直接检测液态金属3的流通量，当至少一个传感器9、21、22直接邻近于至少一个控制元件6、19、20布置，由此延迟时间以及由此在控制元件的位置与流量测量的位置之间的死时间(Totzeit)被保持得尽可能小时，这是有利的。用于在铸造设备中控制流量的调节路径有利地使用反应快速的控制元件6、19、20，其可在无较大的延迟的情况下接受被操控的调整。当用于测量流量的传感器被直接定位在控制元件6、19、20(例如滑块或塞子)下方时，待调节的量的测量信号具有非常小的死时间。利用该测量信号，然后可实现质量流或者流量的非常精确的控制或调节，并且因此可降低或完全避免提炼损失。此外，可获得提高的产品质量。

在本发明的优选的实施例中，传感器9、21、22可依据借助于洛伦茨力测量金属材料的速度或者流量的测量原理。这种传感器通过WO 2007/033982 A1已知，其关于传感器的构造和作用方式的内容对此明确地属于本申请材料的公开内容。

通过了解当前的流通量(例如尤其根据上面所描述的方法)能够获得水平调整的优化的两个基本的途径。

在铸造过程期间，通过所谓的结渣(Clogging)和/或通过腐蚀，作为控制元件的塞子与与此有关的塞子座之间的轮廓改变。对于其它的控制元件，结渣和/或腐蚀的影响表现得基本类似，使得此处不须对此作进一步探讨。然而由此，在其它的边界条件保持相同的情况下，尤其塞子位置(即塞子相对于塞子座的位置)与流通量之间的关系改变。因此，该效应示出了不可直接获取的用于水平调整的干扰量。通过了解当前的流通量和塞子位置，然而可获取这两个量之间的关系并且可通过控制和/或调节以如下方式补偿其时间上的变化，即，应用合适的算法或者将相应的参数相应地匹配于得出的关系。

此外，可实现系统的死时间的降低。塞子位置的变化引起流通量的变化。目前，流通量的变化仅间接地通过液态金属液面水平的测量来进行测量。然而，该测量强烈地伴随有死时间。因为流量测量对应于本发明直接在控制元件或者塞子下方实现，所以此处可以以非常少的死时间进行控制或调节。此外，测量错误也较少，这是因为执行了流量的直接测量。

通过充分利用调节路径与系统的死时间的变化的关系的改变，可以在调节算法中有利地执行死时间的补偿。由此，使调节系统的完全的数学的描述成为可能。由此，对于调节系统的死时间能够解析地补偿，也就是说可开发对于调节系统无死时间的调节器，参见图2。图2显示了调节回路30的图表，在其中输入信号35提供到加法器34上。扣除反馈信号36的输入信号是死时间元件(Totzeitglied)31的输入信号。模块31的输出被输送给调节器32的输入，其中，调节器32的输出被输送给调节路径33，其中，输出信号37作为反馈信号36又以负的符号输送给加法器。调节器32优选地是液面调节器。调节路径33描述或者包含系统的液态金属液面。

对于了解死时间，死时间可被塑造成在调节部下游的系统或者下游的模块，如例如在Smith预测器中那样。这可在图3中辨认出。图3不同于图2显示调节回路40的图表，在其中输入信号45提供到加法器44上。扣除反馈信号46的输入信号45是调节器42的输入信号，其中，调节器42的输出被输送给调节路径43。调节路径的输出信号作为反馈信号46再次以负的符号输送给加法器44。在调节路径43下游的是根据之前确定的死时间的死时间元件47，其中，系统的输出信号48是死时间元件的输出信号。调节器42优选地是通过过程模型改造的带有死时间补偿的液面调节器。调节路径43描述或者包含系统的液态金属液面。

图4示意性地显示了流经铸造管或浸入管的钢量的质量流的特性曲线50，作为塞子位置的函数。此处，如例如图1的塞子19和20所被认为的那样，控制元件为塞子，其中，图1的浸入管17、18完全可被认作为铸造管。特性曲线在第一区域51中显示了线性的特性，其具有作为塞子位置的函数的流率(Flussrate)的线性上升。当塞子位置上升时，流率因此上升直至点52。从点52起，流率偏离线性的特性且过渡到水平线上。这意味着，大约从区域54中的点53起，流率不依赖于塞子位置。

根据本发明，当现存的铸造液面调节的恢复时间的最小化以如下方式执行，即，至少一个塞子19、20和/或两个塞子的当前的塞子位置的了解被考虑用于调节时，这是有利的。在此，当当前的塞子增益的了解被考虑时，这也是有利的。

通过流通量的测量，流经铸造管(SEN)的钢量的质量流可有利地在每个时刻并且尤其还不依赖于腐蚀和所谓的结渣，关联同样可测量的或者可调整的塞子位置。在此，腐蚀意味着在塞子件(Stopfenstein)的区域中防火材料的损伤，这影响了塞子特性曲线。此外，结渣在此意味着在塞子或铸造管的区域中材料的分离，这导致尤其铸造管的变化的横截面且由此引起其它的质量流。在此，塞子特性曲线是质量流关于塞子位子的函数，即质量流作为塞子位置的函数。塞子增益是质量流与塞子位置之间的适用于相应的工作点的线性关系。因此，增益至少与斜率呈比例或者也可等于特性曲线的斜率。

因此，由质量流和塞子位置的数据可有利地尽可能连续地或至少短时地更新至今存在的塞子特性曲线。

在此，铸造液面调节器利用经调整的增益来调节质量流。太大的增益可能导致调节系统或者调节回路的不稳定。因此，有利地宁愿利用更小的或利用小的增益来进行工作。在此，可能是有利的是，增益这样选择，即，在极端的情况中(在其中利用具有较大的塞子增益的最不利的塞子特性曲线进行工作)系统或者调节回路也不显示不稳定。调节系统的这种调整引起相应较长的恢复时间。当人们了解当前的塞子特性曲线和因此当前的塞子增益时，人们可选择仍然稳定地工作的当时最大的可能的增益用于铸造液面调节器。这意味着比在其它的最不利的操作情况中显著更短的恢复时间。

在此，由实施例做出下面的计算例：在塞子位置从4mm时的位置变化到6mm时的位置时，对于这2mm位置变化塞子增益为大约500kg/min。这意味着，从4mm位置中检测为大约1100kg/min而在6mm位置时流率为大约1600kg/min，而塞子增益对于这2mm变化而言为大约250kg/(min*mm)。

在塞子位置从在14mm时的位置变化到在16mm时的位置时，对于这2mm位置变化塞子增益为大约0kg/min。这意味着，从14mm位置中检测为大约2400kg/min而在16mm位置时流率也为大约2400kg/min，而塞子增益对于这2mm变化而言为大约0kg/(min*mm)，也就是说，增益或者斜率在该情况中是零。

附图标记

1    装置

2    第一容器

3    金属熔液，液态金属

4    排出部，排出口

5    第一容器的底部

6    控制元件，滑块

7    套管

8    第二容器

9    传感器

10   液位高度

11   液面

12   第二容器的底部

13   排出部，排出口

14   排出部，排出口

15   铸模

16   铸模/容器

17   浸入管

18   浸入管

19   控制元件，塞子

20    控制元件，塞子

21    传感器

22    传感器

30    调节回路

31    死时间元件

32    调节器

33    调节路径

34    加法器

35    输入信号

36    反馈的信号

37    输出信号

40    调节回路

42    调节器

43    调节路径

44    加法器

45    输入信号

46    反馈的信号

47    死时间元件

48    输出信号

50    特性曲线

51    区域

52    点

53    点

54    区域

Claims (10)

1.一种用于测量液态金属(3)的流量的装置(1)，其带有第一容器(2)且带有第二容器(8)，其中，所述液态金属(3)提供在所述第一容器(2)中并且通过套管(7)流到所述第二容器(8)中，其中，所述液态金属(3)暂存在所述第二容器(8)中并且通过至少一个第一浸入管(17, 18)流到铸模(15)或另外的容器(16)中，其特征在于，

通过至少一个所述套管(7)的所述液态金属(3)的流通量能够通过至少一个布置在第一容器(2)下方的传感器(9)来检测，和/或，

通过至少一个所述浸入管(17, 18)的所述液态金属(3)的流通量能够通过至少一个布置在第二容器(8)下方的传感器(21, 22)来检测。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，为了控制或调节所述流量，控制元件(6, 19, 20)关联相应的所述浸入管(17, 18)或套管(7)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，至少一个所述传感器(9, 21, 22)布置在至少一个相应的所述控制元件(6, 19, 20)下方。

4.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第二容器(8)布置在所述第一容器(2)下方，而所述套管(7)从所述第一容器(2)的排出部从上面伸到所述第二容器(8)中。

5.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述铸模(15)或所述另外的容器(16)布置在所述第二容器(8)下方，而所述浸入管(17, 18)从所述第二容器(8)的排出部从上面伸到所述铸模(15)或所述另外的容器(16)中。

6.根据前述权利要求2至3中的任一项所述的装置，其特征在于，当通过至少一个所述套管(7)的所述液态金属(3)的流通量通过至少一个布置在第一容器(2)下方的传感器(9)来检测且通过至少一个所述浸入管(17, 18)的所述液态金属(3)的流通量通过至少一个布置在第二容器(8)下方的传感器(21, 22)来检测时，设置有控制部或调节部，借助于所述控制部或调节部基于所述传感器(9, 21, 22)的信号操控所述控制元件(6, 19, 20)，使得产生所述第一容器(2)和第二容器(8)的稳定的液位和在所述铸模(15)和/或在所述另外的容器(16)中的稳定的液位以及稳定的产品厚度。

7.一种用于控制或调节带有液态金属的装置的第一容器(2)和第二容器(8)的液位的方法，其中，所述液态金属(3)提供在所述第一容器(2)中并且通过套管(7)流到所述第二容器(8)中，并且所述液态金属(3)暂存在所述第二容器(8)中且通过至少一个第一浸入管(17, 18)流到铸模(15)或另外的容器(16)中，

其中，在该方法的框架中，

通过所述套管(7)的所述液态金属(3)的流通量借助于至少一个布置在第一容器下方的传感器(9)来检测且通过至少一个所述浸入管(17, 18)的所述液态金属的流通量借助于至少一个布置在第二容器(8)下方的传感器(21, 22)来检测；并且，

基于所述传感器(9, 21, 22)的信号操控控制元件(6, 19, 20)，使得产生所述第一容器(2)和第二容器(8)的基本稳定的液位和在铸模(15)中和/或在另外的容器(16)中基本稳定的液位以及基本稳定的产品厚度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了控制或调节所述流量，所述控制元件中的至少一个(19, 20)关联所述浸入管(17, 18)且所述控制元件中的一个(6)关联所述套管(7)。

9.根据前述权利要求7或8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二容器(8)布置在所述第一容器(2)下方，而所述套管(7)从所述第一容器(2)的排出部从上面伸到所述第二容器(8)中。

10.根据前述权利要求7至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述铸模(15)或所述另外的容器(16)布置在所述第二容器(8)下方，而所述浸入管(17, 18)从所述第二容器(8)的排出部从上面伸到所述铸模(15)中。