DE2921049B2

DE2921049B2 - Anordnung zur Rauschunterdrückung für Wirbelstrom-AbstandsmeBvorrichtung zum Messen des Badspiegels von geschmolzenem Metall in einer Stranggießkokille

Info

Publication number: DE2921049B2
Application number: DE19792921049
Authority: DE
Inventors: Seigo Yokohama Ando (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS54153663A; DE2921049C3; DE2921049A1; GB2021782A; FR2426519A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rauschunterdrückung, die an eine Ausgangsklcmme einer Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung zum Messen des Badspicgels eines geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille angeschlossen ist, um von dem an dieser Ausgangsklemme erzeugten Abstandssignal ein durch die oszillierende Stranggießkokille erzeugtes Rauschsignal auszuschalten.

Das Prinzip, nach dem eine Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung von der Art, wie sie in der US-PS 97 835 beschrieben wird und die so ausgelegt ist daß sie den Abstand eines metallischen Körpers mit Hilfe einer Meßspule berührungsfrei mißt, dazu verwendet wird, die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille zu messen und ein Pegelmeßsignal abzugeben, durch das der Badspiegel des geschmolzenen Metalls in der Form überwacht oder der Gießvorgang gesteuert wird, wurde in der DE-OS 57 052 vorgeschlagen.

Obgleich die Messung des Badspiegels des geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille durch eine Wirbelstrnm-Abstandsmeßvorrichlung der obengenannten Art gegenüber den Meßvorrichtungen nach dem früheren Stand der Technik, bei denen Einrichtungen zum Messen eines Flüssigkeiissiandes wie z. B. Thermoelemente oder S/intillatioiiMiiesser verwendet werden, Vorteile insofern aufweist als kontinuierliche Änderungen des Badspiegels mit schnellerem Ansprechverhalten gemessen werden können, so daß jede Verzögerung in der Überwachung des Badspiegels oder in der Steuerung des Gießvorgangs vermieden und dadurch eine verbesserte Genauigkeit sichergestellt wird, ergibt sich dabei der Nachteil, daß Schwingungen des Badspiegels aufgrund der Schwingungen der Stranggießkokille aufgrund des verbesserten Ansprechverhaltens mitgemessen werden. Die Stranggießkokille wird mit einer im wesentlichen festen Periode während des Gießvorgangs in Schwingung versetzt um das Haften des geschmolzenen Metalls an der Innenfläche der Kokille in der Nähe der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu verhindern, und infolgedessen wird die Schwingung des Badspiegels aufgrund der Schwingung der Stranggießkokille der Änderung des Badspiegels überlagert die sich durch Änderungen der Menge des vergossenen geschmolzenen Metalls ergibt, mit dem Ergebnis, daß die Schwingung des Badspiegels von der Wirbelstrom-Abstandsmeüvorrichtung gleichzeitig gemessen wird und dadurch eine Verschlechterung der Genauigkeit in der Überwachung des Badspiegels oder in der Steuerung des Gießvorgangs verursacht wird.

Gewöhnlich hat die Schwingung des Badspiegels aufgrund der Schwingung der StranggieB-Kokille einer Periode, die viel kürzer ist als diejenige der eigentlichen Änderung des Badspiegels, und demzufolge hat der aufgrund der Schwingung der Stranggießkokille entstehende Rauschznteil eine Frequenz, die wesentlich höher liegt als diejenige des Badspiegel-Meßsignals. Zwar kann dieses Rauschsignal dadurch ausgeschaltet werden, daß das Ausgangssignal der Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung z. B. durch ein Tiefpaßfilter geleitet wird; dies ist jedoch insofern ungünstig, als das eigentliche Meßsignal durch die Auswirkung der Phaseneigenschaften des Filters ebenfalls verzögert . wird, wodurch es unmöglich wird, die gewünschte Steuerung des Badspiegels mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Durch die Erfindung soll eine Anordnung zur Rauschunterdrückung für eine Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung geschaffen werden, die so ausgelegt ist, daß sie den Badspiegcl des geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille mißt, während ein durch die Schwingungen dieser Kokille, die eine Eigenart der Stranggießmaschine darstellen, erzeugtes Rauschsignal wirksam aus dem gemessenen Ausgangssignal ausgesondert und gleichzeitig jegliche Verzögerung des eigentlichen Badspiegel-Meßsignals vermieden wird. Weiterhin soll im Fall einer Änderung der Schwingungsfrequenz der Kokille von einer Frequenz zu einer anderen die Anordnung automatisch der Änderung folgen und somit die wirksame Unterdrückung des Rauschsignals sicherstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zum Abtrennen des Rauschsignals mit einem Durchlaßbereich von einer bestimmten Frequenz, die der Oszillationsfrequenz der Stranggießkokille entspricht, und durch einen Differentialverstärkcr zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das der Differenz zwischen dem von der Trenneinrichtung ausgesonderten Rauschsignal und dem Abstandssignal entspricht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich Hit Anordnung dadurch aus. daß die Einrichtung zur Unterdrückung des Rauschsignals ein Bandpaßfiltei mit veränderlicher Frequenz enthält, dessen Durchlaßfrequenzen in Abhängigkeit von einer

Spannung von einem Steuersignaleingang geändert wird, eine Vergleichsschaltung, die ein ausgewähltes Rauschsignal in ein Rechteck-Impulssignal mit fester Amplitude umwandelt, und einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer, der das Rechteck-Impulssignal empfängt und als Steuersignal ein Gleichspannungssignal proportional zur Frequenz des Rechteck-Impulssignals erzeugt, durch das die Durchlaßfrequenzen des Bandpaßfilters mit veränderlicher Frequenz in Abhängigkeit von diesem Steuersignal auf die Frequenz des Rauschsignals ι ο eingestellt wird. Dadurch wird zu jedem Zeitpunkt die wirksame Absonderung des Rauschsignals und dessen Übertragung auf den Differentialverstärker sichergestellt, selbst wenn sich die Frequenz der Kokillenschwingungen ändert.

Erfindungsgemäß wird vom Differentialverstärker ein Badspiegelmeßsignal erzeugt, ohne durch die Anordnung zur Unterdrückung des Rauschsignals zu laufen, die ein Filter oder dergleichen enthält, und schließlich wird nur das unerwünschte Rauschsignal durch die Trennvorrichtung geleitet. Infolgedessen wird die Verzögerungswirkung aufgrund des Phasenverhaltens des Filters sehr gering, und darüber hinaus ist die Trennvorrichtung eine Bandpaß-Anordnung, deren Mittelfrequenz in Abhängigkeit von der Frequenz der 2> Kokillenschwingungen bestimmt wird, so daß die Verzögerung durch das Phasenverhalten des Filters weiter reduziert wird.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt: m

Fi g. 1 ein Blockschaltbild, aus dem der Aufbau einer Anordnung zur Rauschunterdrückung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hervorgeht sowie einen Schnitt durch eine Stranggießkokille,

F i g. 2 eine Kurve der Frequenzkennlinie eines J'> Bandpaßfilters, bei der die Abszisse die Frequenz /(Hz) und die Ordinate das Verhältnis der Ausgangsspannung Vpzur Eingangsspannung Kdarstellt,

Fig.3a eine schematische Darstellung der Wellenform der Ausgangsspannung Vio der Abstandsmeßvor- ·»< > richtung 10 in Fig. 1 im Verlauf der Zeit T,

Fig.3b eine schematische Darstellung der Wellenform der Ausgangsspannung V_M des Bandpaßfilters 11 in F i g. 1 im Verlauf der Zeit T,

Fig.3c eine schematische Darstellnng der Wellen- ■»'· form der Ausgangsspannung Vu des Differentialverstärkers 13 in Fig. I im Verlauf der Zeit T,

F i g. 4 eine Kurve der Eingang/Ausgang-Verzögerungskennlinie des Pegel-Meßabschnitts, worin die Abszisse die Frequenz A (Hz), die Ordinate die ^r>» Verzögerungszeit /(s), die durchgehende Linie a die mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zur Rauschunterdrückung erzielte Verzögerungskennlinie, und die gestrichelte Linie b die Kennlinie der Frequenz f in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt, die erzielt wird, > > wenn man nur ein Tiefpaßfilter an die Ausgangsklemme der Abstandsmeßvorrichtung 10 Ziir Rauschsignalunterdrückung anschließt, und

Fig.5 ein Blockschaltbild der Hauptteile einer Anordnung zur Rauschunterdrückung bei einer anderen «· Ausführungsformder Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Stranggießkokille in die geschmolzener Stahl 2 kontinuierlich eingegossen und dort durch eine Kühlvorrichtung gekühlt wird, die scher,.atisch unter der Bezugszahl 3 ·*"> dargestellt ist. Die sich bildende Slrangkrustc 4 wird durch Führungsrolle^ 5a, Sb in Richtung des Pfeils A geführt und weiter mit Kühlwasser aus den Wasscrdüsen 6a, 66 gekühlt, so daß der Metallsumpf 7 immer kleiner wird. Der duscherstarrte Stahlstrang wird kontinuierlich unter weiterem Abkühlen abgezogen. Dieses Abziehen des Stranges (in Richtung des Pfeils A) reduziert den Badspiegel 8 des geschmolzenen Stahls 2 und folglich wird laufend geschmolzenes Metall in die Stranggieß-Kokille 1 gegossen, um die Abnahme zu kompensieren. Die Bezugszahl 9 bezeichnet eine Abstandsmeßspule, die Wechselstrom von der eigentlichen Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung 10 erhält, und die Abstandsmeßspule 9 erzeugt ein Wechselfeld. Wenn das Wechselfeld den Flüssigkeitspegel 8 des geschmolzenen Stahls 2 schneidet werden Wirbelströme im geschmolzenen Stahl 2 erzeugt, und der Wert dieser Wirbelströme ist proportional zum Abstand zwischen der Abstandsmeßspule und dem Badspiegel 8. Wenn demzufolge die Abstandsmeßspule 9 in einer vorbestimmten Stellung in der Stranggießkokille 1 angeordnet wird, ist es möglich, den Wirbelstrom zu messen und ein Abstandssignal proportional zum Badspiegei der Oberfläche des geschmolzenen Metalis 8 zu erzeugen. Der Wert der Wirbelströme wird gemessen, und die eigentliche Wirbelstrom-Meßvorrichtung 10 erzeugt ein Abstandssignal.

WährerA des Gießvorgangs wird die Stranggieß-Kokille 1 mit einer im wesentlichen festen Periode in Schwingung versetzt, und folglich werden die von den Schwingungen der Kokille verursachten Schwingungen des Badspiegels gleichzeitig als Rauschsignal gemessen. Wenn das Ausgangssignal der eigentlichen Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung, das das Rauschsignal enthält, als Steuersignal für den Gießvorgang verwendet wird, wird die Steuergenauigkeit durch das Rauschen verschlechtert. F i g. 3a zeigt als Beispiel die Änderung des Ausgangssignals, das das Rauschsignal enthält, im Verlauf der Zeit.

Wenn in einem Versuch zur Unterdrückung des Rauschsignals das Ausgangssignal der Wirbelstrom Abstandsmeßvorrichtung 10 auf ein Tiefpaßfilter übertragen wird, das alle Frequenzen oberhalb der Rauschsignalfrt>quenz dämpft, wird ein Ausgangssignal ohne Rauschsignale erzeugt, da die Frequenz des Rauschsignals im Verhältnis zur Frequenz der Pegelanderung der geschmolzenen Metalloberfläche 8 genügend hoch liegt. Die Verwendung eines solchen Tiefpaßfilters verschlechtert jedoch das Phasenverhalten, und die zeitliche Verzögerung wird erhöht, wie die in gestrichelten Linien gezeigte Kennlinie b in Fig.4 zeigt, so daß die Genauigkeit der Metallpegelsteuerung verschlechtert wird.

Die Erfindung liefert eine Anordnung zum Aussondern eines Rauschsignals aus einem Signal, das den Badrpie_oe! in der Stranggießkokille ohne zeitliche Verzögerung anzeigt, und die Anordnung ist so ausgelegt, daß nur Jas Rauschsignal aus dem das Rauschsignal enthaltenden Ausgangssignal ausgesondert und das ausgesonderte Rauschsignal und das Ausgangssignal zusammen addiert werden, um das Rauschsignal auszuschalten, wodurch ein Ausgangssignal ohne Rauschsignal entsteht.

In Fig.l bezeichnet die Bezugs/ahl 10 die oben genannte eigentliche Wirbelstrom-Abstandsmcßvorrichtung, und das Ausgangssignal der das Rauschsignal enthaltenden Anordnung wird an die Rauschsignal-Trennemrichtung weitergegeben, z. B. an ein Bandpaßlilter 11 mit der in F i g. 2 gezeigten Frcquenzkennlinie, wodurch nur das Rauschsignal ausgesondert wird. Das ausgesonderte Kauschsignal wird auf den Eingang eines

Differentialverstärkers 13 geführt. Das Ausgangssignal der Anordnung 10, das das Rauschsignal enthält, wird an den anderen Eingang des Differentialverstärkers 13 angelegt. Die dem Differentialverstärker 13 zugeführten Signale bestehen aus dem das Rauschsignal enthaltenden Ausgangssignal, das in Fig. 3a gezeigt wird, und dem ausgesonderten Rauschsignal, das in F i g. 3b gezeigt wird, so daß der Differentialverstärker 13 ein Ausgangssignal erzeugt, das der Differenz zwischen den Eingangssignalen entspricht, und das Rauschsignal wird ausgeschaltet. Auf diese Weise wird an der Ausgangsklemme 14 des Differentialverstärkers 13 laufend ein Badspiegel-Ausgangssignal mit hoher Genauigkeit erzeugt, das kein Rauschsignal enthält und das in Fig.3c gezeigt wird. Die Bezugszahl 15 bezeichnet einen Schreiber.

Wenn das Bandpaßfilter 11 einen Frequenzgang aufweist wie er in F i g. 2 gezeigt wird, so wird die zuvor erwähnte Kennlinie für die zeitliche Verzögerung so wie sie in Fig.4 durch die durchgehende Linie a gezeigt wird, und folglich ergibt sich keine Verzögerung des Flüssigkeitspegel-Ausgangssignals bis zu 03 Hz, wodurch eine höchst genaue Badspiegelsteuerung des geschmolzenen Stahls sichergestellt wird.

Wenn die Schwingungsfrequenz der Stranggieß-Kokille 1 in großem Umfang schwankt, wie in F i g. 5 gezeigt, wird das Bandpaßfilter 11 durch ein Bandpaßfilter Ha mit veränderlicher Frequenz ersetzt, dessen Durchlaßbereich in Abhängigkeit von der Spannung eines Steuersignaleingangs schwankt, und der Ausgang des Filters 11a wird auf eine Vergleichsschaltung Hb, z. B. einen Schmitt-Trigger, geführt, die ihrerseits den Eingang /u einer Rechteckwelle mit fester Amplitude umformt, und die Rechleckwelle wird einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer I Ic zugeführt, der die Rechteckwelle einer F'requenz-Spannungs-Umwandliing unier-Ί zieht und eine Gleichspannung proportional zur Frequenz des ausgesonderten Rauschsignals erzeugt. Die Gleichspannung wird als Steuersignal dem Bandpaßfilter lla mil veränderlicher Frequenz zugeführt, so daß die Konstante des Bandpaßfilters 11 a geändert und

i" seine Mittelfrequenz so eingestellt wird, daß sie der Frequenz des auszusondernden Rauschsignals entspricht und somit die Mittelfrequenz des Durchlaßbereichs des Bandpaßfilters Ha automatisch auf die Frequenz des Rauschsignals geregelt wird.

i^r> Somit kann selbst dann, wenn die Frequenz der Kokillenschwingung schwankt, jedes Rauschsignal durch genaue Frequenzwahl ausgesondert werden, und demzufolge kann eine genaue Badspiegelmessung des geschmolzenen Metalls kontinuierlich durch die Wir kung des Differentialverstärkers 13 erzielt werden, der dazu bestimmt ist, das Rauschsignal im Abstandssignal zu unterdrücken, wie in F i g. 3c gezeigt.

Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, daß mit der Anordnung gemäß der Erfindung der Badspicgel des

.'' geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille durch eine Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung genau und verzö«*erungsfrei gemessen werden kann, ohne Beeinflussung durch die Kokillenschwingungen, wodurch es möglich wird, die Genauigkeit der Überwachung des

i» geschmolzenen Metalls oder die Genauigkeit der Steuerung des Gießvorgangs weiter zu verbessern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung zur Rauschunterdrückung, die an eine Ausgangsklemme einer Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung zum Messen des Badspiegels eines geschmolzenen Metalls in einer Stranggießkokille angeschlossen ist, um von dem an dieser Ausgangsklemme erzeugten Abstandssignal ein durch die oszillierende Stranggießkokille erzeugtes Rausch- ι ο signal auszuschalten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abtrennen des Rauschsignals mit einem Durchlaßbereich von einer bestimmten Frequenz, die der Oszillatorfrequenz der Stranggießkokille entspricht, und durch einen Differential- verstärker zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das der Differenz zwischen dem von der Trenneinrichtung ausgesonderten Rauschsignal und dem Abstandssignal entspricht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aussondern des Rauschsignals ein Bandpaßfilter enthält

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung zur Unterdrückung des Rauschsignals ein Bandpaßfilter mit veränderlicher -'^r> Frequenz enthält dessen Durchlaßfrequenzen in Abhängigkeit von einer Spannung von einem Steuersignaleingang geändert wird, eine Vergleichsschaltung, die ein ausgewähltes Rauschsignal in ein Reehteck-Impuissignal mit fester Amplitude um- w wandelt und c-ien Frequenz-Spannungs-Umsetzer, der das Rechteck-Impvlssigne* empfängt und als Steuersignal ein Gleichspannungssignal proportional zur Frequenz des Rechteck Impulssignals erzeugt, durch das die Durchlaßfrequenzen des >'■ Bandpaßfilters mit veränderlicher Frequenz in Abhängigkeit von diesem Steuersignal auf die Frequenz des Rauschsignals eingestellt wird.