DE60033270T2

DE60033270T2 - Vorrichtung und apparatur zur messung des pegels von flüssigem metall beim elektromagnetischen stranggiessen

Info

Publication number: DE60033270T2
Application number: DE60033270T
Authority: DE
Inventors: Res. Inst.of Ind. Science & Tech. Goo-Hwa Pohang-si KIM; Res. Inst.of Ind. Science & Tech. Ki-Jang Pohang-si OH; Res. Inst.of Ind. Science & Tech. Ho-Young Pohan-si KIM; Res. Inst. of Ind. Science & Tech. Dong-Jun Pohang-si SHIM
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Pohang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd; Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: EP1133678B1; EP1133678A4; US6517604B1; JP3602096B2; EP1133678A1; CN1318149A; DE60033270D1; RU2194952C1; JP2003504636A; WO2001006217A1; RU2001110119A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Pegels von flüssigem Metall bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess unter Verwendung eines elektromagnetischen Wechselstrom-(AC)-Felds.
STAND DER TECHNIK
Wie Durchschnittsfachleuten wohlbekannt ist, ist ein elektromagnetischer Stranggussprozess ein Verfahren zum Anwenden eines elektromagnetischen Felds über die Oberfläche von flüssigem Metall hinweg und zum Gießen des flüssigen Metalls unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft und Joulscher Wärme, welche aufgrund des angelegten elektromagnetischen Felds induziert wird. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des flüssigen Metalls, welches anfänglich verfestigt werden soll, durch die Joulsche Wärme erwärmt und dann langsam abgekühlt, was zu der Bildung einer dünnen, anfänglich festen Ummantelung unter der Oberfläche des flüssigen Metalls führt, wodurch die Bildung eines Schwingungsabdrucks (OM) erschwert wird. Da weiterhin ein Kontaktwinkel zwischen einer Gussform und der flüssigen Metalloberfläche aufgrund der elektromagnetischen Kraft erhöht wird, wird die anfänglich feste Ummantelung weniger von einer Formschwingung beeinflusst, was zu einer Verbesserung der Oberflächeneigenschaft eines Gusserzeugnisses führt. Auf der anderen Seite ist ein derartiger elektromagnetischer Stranggussprozess eingerichtet, ein starkes elektromagnetisches Wechselstromfeld über eine freie Oberfläche (hier nachfolgend als Oberfläche bezeichnet) des flüssigen Metalls hinweg anzuwenden, was von vorhandenen Prozessen verschieden ist, deren Feld durch Anlegen von Wechselstrom an eine Induktionsspule induziert wird, welche an einem Ort außerhalb der Gussform angebracht ist, bei welchem die Oberfläche des flüssigen Metalls angeordnet werden soll.
Bei dem oben stehend beschriebenen elektromagnetischen Stranggussprozess ist die Oberfläche des flüssigen Metalls ein wichtiger Faktor beim Bestimmen des Oberflächenzustands eines Gusserzeugnisses und muss folglich genau gesteuert werden, um den Oberflächenzustand des Gusserzeugnisses besser zu erhalten. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls genau zu messen. In dem Fall, bei welchem die Oberfläche des flüssigen Metalls unterhalb eines erwünschten Pegels liegt, wird ein merklicher OM auf der Oberfläche eines kontinuierlichen Gusserzeugnisses gebildet, welcher bei dem nachfolgenden Prozess zu einem ernsten Defekt führen kann. In dieser Hinsicht muss der Oberflächenpegel des flüssigen Metalls bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess strikter behandelt werden, als bei allgemeinen Gussprozessen. Es ist allgemein in der Technik bekannt, dass die Oberflächeneigenschaft eines Gusserzeugnisses dann am besten ist, wenn die Oberfläche des flüssigen Metalls die gleiche Höhe aufweist, wie die des oberen Endes der Induktionsspule.
Zum Messen des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls bei vorhandenen Stahl-Stranggussprozessen wurden herkömmlicherweise ein Verfahren unter Verwendung radioaktiver Strahlen, welche nicht durch das flüssige Metall hindurch übertragen werden können, ein Verfahren unter Verwendung eines Wirbelstromsensors (man siehe US-Patent Nr. 4567435, 1987 ), ein Verfahren unter Verwendung eines elektrostatischen Kapazitätssensors (man siehe US-Patent Nr. 4555941, 1985 ) usw. vorgeschlagen. Diese Verfahren können jedoch nicht für den elektromagnetischen Stranggussprozess verwendet werden, bei welchem ein starkes elektromagnetisches Wechselstromfeld auf dem Oberflächebereich des flüssigen Metalls vorliegt, weil ihre Messvorrichtungen einer Erwärmung oder Raumbegrenzungen unterworfen sind. Das Verfahren auf der Grundlage des Wirbelstromsensors ist wünschenswert, um den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls genau zu messen, jedoch dadurch nachteilig, dass der Wirbelstromsensor innerhalb einer Form angeordnet ist. Wenn nämlich ein starkes elektromagnetisches Feld auf den Oberflächenbereich des flüssigen Metalls angewandt wird, wie bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess, wird der Wirbelstromsensor magnetisch gesättigt und verliert folglich seine Sensorfunktion. Das Verfahren auf der Grundlage des elektrostatischen Kapazitätssensors ist einer strikten Raumbegrenzung unterworfen, weil kein leitfähiger Stoff mit einer Wirkung auf ein elektrisches Potenzial innerhalb des Bereichs einer Distanz zwischen einer Elektrode und der Oberfläche des flüssigen Metalls vorliegen darf. Da der elektrostatische Kapazitätssensor weiterhin beträchtlich von einer Dielektrizitätskonstante von Pulver in der Oberfläche des flüssigen Metalls beim Gießen des flüssigen Metalls beeinflusst wird, hängt seine Ausgabe von der Dicke des Pulvers ab, was zu der Erzeugung eines Fehlers innerhalb eines sehr großen Bereichs führt. Ferner kann ein leitfähiges Material, welches relativ nahe der Oberfläche des flüssigen Metalls angebracht werden muss, von dem starken elektromagnetischen Feld bei dem elektromagnetischen Stranggießen induktiv erwärmt werden, wodurch bewirkt wird, dass es nicht mehr als Sensor arbeitet. Ähnlich kann bei dem Verfahren auf der Grundlage der radioaktiven Strahlen eine vorgeschlagene Vorrichtung aufgrund der induktiven Erwärmung durch das elektromagnetische Feld ihre eigene Funktion nicht ausführen.
Zum Messen des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess sind herkömmlicherweise ein Verfahren unter Verwendung einer Frequenzvariation einer externen Induktionsspule zum Anwenden eines elektromagnetischen Felds (man siehe US-Patent Nr. 4446562, 1984 ), ein Verfahren unter Verwendung einer Induktivitätsvariation einer Induktionsspule (man siehe die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. Heisei 6-122056 ) usw. verfügbar. Eine elektrische Last in der elektromagnetischen Stranggusseinrichtung, welche eine Induktionsspule, eine Gussform, flüssiges Metall usw. umfasst, variiert im Wesentlichen mit dem Oberflächenpegel des flüssigen Metalls. Im Ergebnis gibt es Variationen einer Spannung von einer Stromversorgungsvorrichtung der Induktionsspule und damit verbunden des Stroms, der Induktivität und der Frequenz. Die oben stehenden Verfahren sind eingerichtet, den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls unter Verwendung einer derartigen Erscheinung zu messen. Jedoch ist die Messleistung ausgezeichnet, wenn die Oberfläche des flüssigen Metalls innerhalb des Bereichs der Induktionsspule liegt, aber verschlechtert sich abrupt, wenn die Oberfläche des flüssigen Metalls außerhalb des Bereichs der Induktionsspule liegt. Dies erfordert, dass eine Messzone des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls auf den Bereich der Induktionsspule begrenzt werden muss.
Ein Ansatz für ein derartiges Problem ist die Erweiterung der Messzone des Oberflächenpegels durch eine Hilfsspule, welche oberhalb der Induktionsspule angebracht ist. Bei diesem Ansatz ist die Messzone jedoch auch auf einen Bereich begrenzt, welcher durch die beiden Spulen definiert ist (man siehe Iron and Steel, Bd. 84, S. 625, 1998). Bei einem Verfahren zum Messen einer Induktivitätsvariation einer Induktionsspule unter Verwendung einer Detektionsspule, welches in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Heisei 6-122056 gezeigt wird, umfassen Werte, welche von der Detektionsspule gemessen werden, Einflüsse, welche aus willkürlichen Variationen des Stroms an die Induktionsspule mit den Gießbedingungen resultieren. Im Ergebnis ist es nicht angebracht, die gemessenen Werte auf die genaue Messung des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls anzuwenden, ohne derartige Variationen zu korrigieren.
Ein anderer Ansatz ist ein Verfahren unter Verwendung eines Magnetfeldsensors (man siehe die koreanische Patentanmeldung Nr. 99-28920 ), welcher auf die Messung des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess dadurch anwendbar ist, dass der Magnetfeldsensor eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und eine breite Detektionszone aufweist. Jedoch kann in dem Fall ein beträchtlicher Fehleranteil in dem gemessenen Ergebnis auftreten, bei welchem ein Strom an eine Induktionsspule stark variiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung vor dem Hintergrund der oben stehenden Probleme ausgeführt, welche bei dem Stand der Technik auftreten, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess bereitzustellen, welche Störgeräuschkomponenten, welche von einer Stromversorgungsvorrichtung einer elektromagnetischen Stranggussmaschine erzeugt werden, und externe Störgeräuschkomponenten wirksam entfernen können, um den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls genau zu messen und Pegeldaten der Oberfläche des flüssigen Metalls bereitzustellen, welche für andere Einrichtungen gemäß der genauen Messung geeignet sind.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andere Aufgaben durch eine Bereitstellung einer Vorrichtung zum Messen des Pegels der Ober fläche von flüssigem Metall innerhalb einer Form bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess durch Detektieren eines Magnetfelds, welches von einer Induktionsspule angelegt wird, und eines induzierten Magnetfelds auf der Grundlage eines Wirbelstroms in dem flüssigen Metall erzielt werden, welche ein Stromversorgungsmittel zum Liefern eines vorbestimmten Wechselstroms an die Induktionsspule und zum Einstellen einer Stromvariable, welche eine Variation des Wechselstroms bezeichnet; eine Detektionsspule zum Detektieren der Summe des von der Induktionsspule angelegten Magnetfelds und des induzierten Magnetfeld; Verstärkungs-/Filtermittel zum Verstärken eines Ausgabesignals aus der Detektionsspule auf eine vorbestimmte Stufe und zum Filtern des verstärkten Signals, um Störgeräuschkomponenten daraus zu entfernen; und eine arithmetische Einheit umfasst, welche auf ein Ausgabesignal aus dem Verstärkungs-/Filtermittel und die Stromvariable aus dem Stromversorgungsmittel anspricht, um den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls durch Entfernen von Komponenten des angelegten Magnetfelds, welche aufgrund der Variation in dem Wechselstrom an die Induktionsspule induziert werden, aus der Magnetfeldsumme zu detektieren, welche von der Detektionsspule detektiert wird.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall innerhalb einer Form bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess durch Detektieren der Summe eines Magnetfelds, welches durch eine Induktionsspule und ein induziertes Magnetfeld auf der Grundlage eines Wirbelstroms in dem flüssigen Metall angelegt wird, durch eine Detektionsspule bereitgestellt, welches den ersten Schritt des Verstärkens eines Ausgabesignals aus der Detektionsspule auf eine vorbestimmte Stufe und des Filterns des verstärkten Signals zum Entfernen von Störgeräuschkomponenten daraus; und den zweiten Schritt des Feststellens des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls durch Entfernen von Komponenten des angelegten Magnetfelds auf der Grundlage einer Variation des Stroms an die Induktionsspule aus dem verstärkten und gefilterten Signal umfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben stehenden und andere Aufgaben, Merkmale sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher verstanden, bei welchen:
1 eine Ansicht ist, welche die Konstruktion einer Vorrichtung zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, welches die Konstruktion des Pegeldetektionsmittels in 1 zeigt;
3 ein Schaubild ist, welches Variationen eines Magnetfelds, welches an das flüssige Metall angelegt ist, und eines Magnetfelds zeigt, welches in dem flüssigen Metall durch das angelegte Magnetfeld gemäß der vorliegenden Erfindung induziert wird;
4 ein Schaubild ist, welches die gemessenen Ergebnisse des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls auf der Grundlage von Stromvariationen einer Induktionsspule gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ein Schaubild ist, welches ein Beispiel der gemessenen Ergebnisse des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Ansicht, welche die Konstruktion einer Vorrichtung zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, umfasst die Messvorrichtung des Oberflächenpegels eine Induktionsspule 3, welche außerhalb einer Form 1 angebracht ist, um ein Magnetfeld als Reaktion auf einen daran angelegten Wechselstrom zu erzeugen und um das erzeugte Magnetfeld auf das flüssige Metall 4 innerhalb der Form 1 anzuwenden, eine Stromversorgungsvorrichtung 7 zum Anlegen des Wechselstroms an die Induktionsspule 3, eine Detektionsspule 6 zum Detektieren des Magnetfelds, welches von der Induktionsspule 3 erzeugt wird, und eines Magnetfelds, welches von einem Wirbelstrom induziert wird, welcher in dem flüssigen Metall 4 gemäß dem angelegten Magnetfeld erzeugt wird, und Pegeldetektionsmittel 8 zum Detektieren des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls 4 aus der Summe der Magnetfelder, welche von der Detektionsspule 6 detektiert werden.
Vorzugsweise kann die Stromversorgungsvorrichtung 7 Wechselstrom von einigen zehn bis einigen Hundert kHz und einigen Tausend A an die Induktionsspule 3 anlegen. Weiterhin können das Magnetfeld, welches von der Induktionsspule 3 erzeugt wird, und das Magnetfeld, welches von dem Wirbelstrom induziert wird, welcher in dem flüssigen Metall 4 erzeugt wird, Wechselstrom-Magnetfelder der gleichen Frequenz sein.
Falls die Stromversorgungsvorrichtung 7 Wechselstrom an die Induktionsspule 3 anlegt, wendet dann die Induktionsspule 3 ein Magnetfeld auf das flüssige Metall 4 durch die Form 1 an, was zu der Erzeugung eines Wirbelstroms in dem flüssigen Metall 4 und wiederum zu der Erzeugung eines induzierten Magnetfelds auf der Grundlage des Wirbelstroms führt. Die Detektionsspule 6 misst die Summe des angelegten Mag netfelds und des induzierten Magnetfelds und detektiert den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls gemäß dem gemessenen Ergebnis.
Das Pegeldetektionsmittel 8 entfernt Störgeräuschkomponenten aus einem Pegeldetektionssignal aus der Detektionsspule 6 und misst den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls auf der Grundlage des Pegeldetektionssignals mit entfernten Störgeräuschen. Das Pegeldetektionsmittel 8 ist weiterhin eingerichtet, den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls für die stabile Bildung einer festen Ummantelung stabil zu steuern, wodurch die Oberflächenqualität eines Gusserzeugnisses verbessert wird.
Die Detektionsspule 6 kann vorzugsweise konfiguriert werden, um ein Magnetfeld parallel zu der Achse der Form 1, ein Magnetfeld senkrecht zu der Formachse oder die Kombination der Magnetfelder parallel und senkrecht zu der Formachse zu messen. Um ein derartiges Magnetfeld zu detektieren, kann die Detektionsspule 6 vorzugsweise an einer Position außerhalb des oberen Abschnitts der Form 1 oder an einer Position oberhalb der Induktionsspule 3 angebracht werden (d. h. an einer Position um den oberen Abschnitt der Form 1 herum). Obwohl die Detektionsspule 6 bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Position um den oberen Abschnitt der Form 1 herum angebracht gezeigt wird, erkennen Durchschnittsfachleute, dass die Detektionsspule 6 nicht auf eine derartige Position eingeschränkt ist.
2 ist ein Blockdiagramm, welches die Konstruktion des Pegeldetektionsmittels 8 in 1 ausführlich zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, weist das Pegeldetektionsmittel 8 einen Trennverstärker 9 zum Verstärken eines Ausgabesignals aus der Detektionsspule 6 auf eine vorbestimmte Stufe auf. Bemerkenswerterweise können starke, externe Störgeräusche in die Detektionsspule 6 eingeführt werden, weil die Spule eine Spulenform aufweist und ein üblicher Differenzialverstärker keine Gleichtaktstörgeräusche von 10 V oder mehr entfernen kann. In dieser Hinsicht kann der Trennverstärker vorzugsweise zum Systemschutz und für eine stabile Verstärkung verwendet werden.
Es sollte auch angemerkt werden, dass es nötig ist, nur Signalkomponenten innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs zu erfassen, welche für eine Pegelmessung aus einem Ausgabesignal aus dem Trennverstärker 8 erforderlich sind, weil dieses Signal Störgeräuschkomponenten enthält, welche aus elektrischen Fluktuationen der Stromversorgungsvorrichtung resultieren. Aus diesem Grund wird ein Bandpassfilter (BPF) 10 bereitgestellt, um Störgeräuschkomponenten aus dem Signal aus dem Trennverstärker 9 zu entfernen. Ein Ausgabesignal aus dem BPF 10 weist noch eine Wechselstromsignal-Eigenschaft auf. Um ein derartiges Signal für die Steuerung des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls einzusetzen, muss ein Gleichstrom-(DC)-Signalwandler, welcher entweder aus einem quadratischen Mittelwert-(RMS)-Rechner 11 oder aus einem Peak-Detektor 12 besteht, verwendet werden, um dieses Signal innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer in ein Gleichstromsignal umzuwandeln. Ein Ausgabesignal aus dem RMS-Rechner 11 oder dem Peak-Detektor 12 weist noch hochfrequente Störgeräuschkomponenten auf. In dieser Hinsicht wird ein Tiefpassfilter (LPF) 13 verwendet, um Störgeräuschkomponenten aus dem Ausgabesignal aus dem RMS-Rechner 11 oder dem Peak-Detektor 12 zu entfernen. Das Oberflächenpegel-Detektionssignal aus der Detektionsspule 6, aus welchem die Störgeräusche entfernt sind, kann gemäß einer gegebenen Bedingung über eine lange Distanz übertragen werden. Zu diesem Zweck wird ein differenzieller Ausgangswandler 14 verwendet, um ein Ausgabesignal aus dem LPF 13 auf eine vorbestimmte Stufe zu verstärken. Ein Analog/Digital-(A/D)-Wandler 15 ist eingerichtet, um ein analoges Ausgabesignal aus dem differenziellen Ausgangswandler 14 in ein digitales Signal umzuwan deln. Im Ergebnis sendet der A/D-Wandler 15 ein Signal ohne Störgeräuschkomponenten an eine arithmetische Einheit 16.
Die arithmetische Einheit 16 ist eingerichtet, den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls auf der Grundlage des gemessenen Werts aus der Detektionsspule 6 zu bestimmen, welcher von dem A/D-Wandler 15 in das digitale Signal umgewandelt wurde. Hierbei ist die Detektionsspule 6 eingerichtet, den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls gemäß dem Prinzip zu detektieren, welches hier nachfolgend ausführlich beschrieben wird.
Das Grundprinzip der Detektionsspule 6 ist die Verwendung elektromagnetischer Induktion. Es wird nämlich ein Wechselstrom-Magnetfeld an das flüssige Metall unter Verwendung einer Stromversorgungsvorrichtung einer elektromagnetischen Stranggussmaschine angelegt, und mittels dem angelegten Wechselstrom-Magnetfeld wird ein induziertes Magnetfeld in dem flüssigen Metall erzeugt. Dann misst die Detektionsspule 6 den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls durch Detektieren der Summe des angelegten Magnetfelds und des induzierten Magnetfelds.
Wenn ein Magnetfeld, welches mit der Zeit variiert, an einem leitfähigen Material angelegt wird, dann wird eine elektromotorische Kraft ε in dem leitfähigen Material aufgrund eines Magnetfelds B, welches senkrecht zu dem Material ist, gemäß der nachfolgenden Gleichung 1 erzeugt. Dann wird ein induzierter Stromkreis, welcher dem Ohmschen Gesetz gehorcht, an einem Schaltkomplex gebildet, an welchem die elektromotorische Kraft erzeugt wird.
[Gleichung 1]
Die Richtung eines induzierten Magnetfelds, welches von einem induzierten Strom erzeugt wird, variiert mit der eines externen Magnetfelds, welches an ein leitfähiges Material angelegt wird, um das induzierte Magnetfeld in dem leitfähigen Material konstant zu halten. Dies bedeutet, dass die Richtung des induzierten Magnetfelds entgegengesetzt zu der des angelegten Magnetfelds ist, wie aus einem Minuszeichen in der oben stehenden Gleichung 1 ersichtlich ist.
Die Detektionsspule 6 kann vorzugsweise ein magnetischer Sensor vom Suchspulentyp zum Messen eines Magnetfelds durch Messen einer darin induzierten elektromotorischen Kraft sein. Die Detektionsspule 6 misst nämlich den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls durch Messen eines induzierten Magnetfelds auf der Grundlage einer Stromschleife, welche in der Oberfläche des flüssigen Metalls gebildet wird. Eine zeitliche Variationsrate eines magnetischen Kraftflusses, welcher einen Bereich durchquert, welcher von der Detektionsspule 6 umgeben ist, ist die Summe einer zeitlichen Variationsrate eines angelegten Magnetfelds B^c _p auf der Grundlage des Stroms durch die Induktionsspule und einer zeitlichen Variationsrate eines induzierten Magnetfelds Bⁱ _p auf der Grundlage des Stroms, welcher in dem flüssigen Metall induziert wird. Im Ergebnis kann die Ausgabe (V₁) der Detektionsspule 6 durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt werden.
[Gleichung 2]
Die Magnetfeldsumme, welche von der Detektionsspule 6 in der oben stehend beschriebenen Weise gemessen wird, wird auf eine vorbestimmte Stufe verstärkt, und von dem oben stehend beschriebenen Verstärkungs- und Filtermittel werden Störgeräusche daraus entfernt, und dann an die arithmeti sche Einheit 16 für die Bestimmung des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls übermittelt.
Die arithmetische Einheit 16 entfernt die Komponenten des angelegten Magnetfelds, welche aufgrund der Variation des Stroms induziert werden, welcher von der Stromversorgungsvorrichtung angelegt wird, aus der Magnetfeldsumme, welche von der Detektionsspule auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichung 3 detektiert wird, um den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls in Abhängigkeit nicht von einer Variation des angelegten Magnetfelds, sondern von einer Variation der Position der Oberfläche des flüssigen Metalls zu detektieren.
[Gleichung 3]
In der oben stehenden Gleichung 3 ist a = C1·V2 + C2, b = C3·V2 + C4, d = C5·V2 + C6, k = C7, V1 = Magnetfeldsumme und C1, C2, C3, C4, C5, C6 und C7 = Konstanten, welche der Konstruktion eines elektromagnetischen Stranggusssystems zugeordnet sind. Mit anderen Worten repräsentiert die Variable a in der oben stehenden Gleichung 3 den niedrigsten Oberflächenpegel des flüssigen Metalls (beispielsweise 300 mm) in einem Detektionsbereich der Detektionsspule 6, repräsentiert die Variable b den höchsten Oberflächenpegel (beispielsweise 0 mm) und repräsentiert die Variable d den Oberflächenpegel, wenn die Steigung eines induzierten Magnetfeldgraphen, welcher später ausführlich beschrieben wird, k ist.
Ein starkes Magnetfeld, welches von der Induktionsspule induziert wird, ist in dem Oberflächenbereich des flüssigen Metalls gemäß der Eigenschaft des elektromagnetischen Stranggießens vorhanden. In diesem Zusammenhang misst die Detektionsspule gleichzeitig ein Magnetfeld, welches von der Induktionsspule angelegt wird, und ein induziertes Magnetfeld auf der Grundlage eines Wirbelstroms, welcher in dem flüssigen Metall erzeugt wird.
Wie oben stehend beschrieben, variiert eine elektrische Last in einer elektromagnetischen Stranggusseinrichtung und folglich die Strommenge aus der Stromversorgungsvorrichtung an die Induktionsspule mit der Oberflächenposition des flüssigen Metalls. Im Ergebnis gibt es auch eine Variation des angelegten Magnetfelds auf der Grundlage des Induktionsspulenstroms. Das angelegte Magnetfeld wird unmittelbar von einer Variation der Strommenge an die Induktionsspule in dem elektromagnetischen Stranggussprozess beeinflusst. Aus diesem Grund müssen die angelegten Magnetfeldkomponenten aus einem Magnetfeld entfernt werden, welches um die Oberfläche des flüssigen Metalls herum gemessen wird, um zu gewährleisten, dass der Oberflächenpegel des flüssigen Metalls bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess genau gemessen wird.
Auf der anderen Seite enthält das induzierte Magnetfeld sowohl eine Komponente, welche mit dem angelegten Magnetfeld variiert, wenn sich die Position der Oberfläche des flüssigen Metalls verändert, als auch eine Komponente, welche auch dann mit der Oberflächenposition des flüssigen Metalls variiert, wenn das angelegte Magnetfeld konstant ist. Dies bedeutet, dass die Oberflächenposition des flüssigen Metalls durch Bestimmen, ob eine Variation in der Ausgabe der Detektionsspule aus einer Variation des angelegten Magnetfelds oder aus einer Variation des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls resultiert, genau detektiert werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Stromvariable V2 verwendet, um eine Variation des angelegten Magnetfelds auf der Grundlage einer Variation des induzier ten Magnetfelds aus der Ausgabe der Detektionsspule zu korrigieren. V2 ist eine Variable, welche für das angelegte Magnetfeld repräsentativ ist, und wird von der Stromversorgungsvorrichtung bereitgestellt, welche die Induktionsspule mit Strom versorgt. Die Stromvariable V2 ist auch irrelevant für eine Variation der Oberflächenposition des flüssigen Metalls und für eine Variation der elektrischen Last bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess und entspricht eins-zu-eins einem Stromwert, welcher der Induktionsspule aufgezwungen wird. Die Stromvariable V2 kann vorzugsweise auf Wechselstrom, Spannung oder Leistung eingestellt sein, welche die Stromversorgungsvorrichtung an die Induktionsspule liefert.
3 ist ein Schaubild, welches den Vergleich zwischen einer Variation des angelegten Magnetfelds und einer Variation des induzierten Magnetfelds mit einer Variation der Oberflächenposition des flüssigen Metalls zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, ist das angelegte Magnetfeld in der Detektionszone schmal, wohingegen das induzierte Magnetfeld in der Detektionszone breit ist.
Wie aus der oben stehenden Gleichung 3 ersichtlich, ist die Stromvariable V2 aus der Stromversorgungsvorrichtung jeweils in den Variablen a, b und d enthalten. Dies ermöglicht, Einflüsse einer Variation des angelegten Magnetfelds mit einer willkürlichen Variation des Induktionsspulenstroms in Abhängigkeit von einer gegebenen Gießbedingung und einer Variation des angelegten Magnetfelds mit einer Variation der Oberflächenposition des flüssigen Metalls zu entfernen. Mit anderen Worten, die arithmetische Einheit misst bei der vorliegenden Ausführungsform die Oberflächenposition des flüssigen Metalls durch Abtrennen nur des Werts einer Variation des induzierten Magnetfelds, welche von einer Variation der Oberflächenposition resultiert, aus dem Ausgabesignal des A/D-Wandlers. Deshalb kann die arithmetische Einheit den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls sogar dann stabil messen, wenn der Betrag des induzierten Stroms an die Induktionsspule bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess bedarfsweise willkürlich variiert wird.
4 ist ein Schaubild, welches die gemessenen Ergebnisse des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls auf der Grundlage von Stromvariationen der Induktionsspule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem Fall, bei welchem eine geregelte Spannung oder ein geregelter Strom, welche jeweils eigenerzeugte elektrische Signale der Stromversorgungsvorrichtung sind, extrahiert und an das Pegeldetektionsmittel angelegt werden, weist eine abrupte Variation des Stroms an die Induktionsspule oder eine abrupte Variation des angelegten Magnetfelds keine Wirkung auf die gemessenen Ergebnisse des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls auf, wie aus 4 ersichtlich ist. Es ist aus 4 auch ersichtlich, dass die Oberflächenposition des flüssigen Metalls langsam innerhalb des Bereichs von 80 bis 90 mm variiert. Dies basiert auf der Tatsache, dass die Oberflächenposition des flüssigen Metalls durch den Prozess variiert, um zu vermeiden, dass eine Düse zur Injektion des flüssigen Metalls korrodiert.
5 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel der gemessenen Ergebnisse des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, weist der gemessene Pegelwert bei dem vorliegenden Fall einen verbesserten Störgeräuschwert von ungefähr 0,3 mm im Vergleich zu einem Störgeräuschwert von ungefähr 4 mm bei dem herkömmlichen Fall auf. Es ist folglich offensichtlich, dass die Pegelmessgenauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich verbessert wurde. Auf der anderen Seite schwingt ein Signal in der Größenordnung von ein Mal pro Sekunde, nachdem die vorliegende Erfindung auf die Pegelmessung angewandt wurde. Ein derartiges Signal basiert auf der Eigenschwingung der Form und repräsentiert eine Variation des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie aus der oben stehenden Beschreibung offenkundig ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Oberflächenpegel des flüssigen Metalls ungeachtet der Variationen des Stroms und der Spannung aus einer Stromversorgungsvorrichtung an eine Induktionsspule genau gemessen werden, indem Komponenten eines angelegten Magnetfelds aus der Induktionsspule aus der Ausgabe einer Detektionsspule entfernt werden, welche das angelegte Magnetfeld und das induzierte Magnetfeld auf der Grundlage einer Variation der Oberflächen- position des flüssigen Metalls detektiert.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Oberflächenpegel des flüssigen Metalls mit einer hohen Genauigkeit stabil gemessen werden und folglich als ein Referenzsignal für die Steuerung des Oberflächenpegels verwendet werden. Folglich kann die Oberflächenqualität eines Gusserzeugnisses erhöht werden, wodurch die Länge eines Herstellungsprozesses für Stahlprodukte reduziert wird und Energie eingespart wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Beispielzwecken offenbart wurden, werden Durchschnittsfachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall innerhalb einer Form bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess durch Detektieren eines Magnetfelds, welches von einer Induktionsspule angelegt wird, und eines induzierten Magnetfelds auf der Grundlage eines Wirbelstroms in dem flüssigen Metall, umfassend: ein Stromversorgungsmittel zum Liefern vorbestimmten Wechselstroms an die Induktionsspule und Einstellen einer Stromvariablen, welche eine Variation in dem Wechselstrom bezeichnet; eine Detektionsspule zum Detektieren der Summe des angelegten Magnetfelds von der Induktionsspule und dem induzierten Magnetfeld; ein Verstärkungs-/Filtermittel zum Verstärken eines Ausgabesignals aus der Detektionsspule auf einen vorbestimmten Pegel und Filtern des verstärkten Signals, um Störgeräuschkomponenten daraus zu entfernen; und eine arithmetische Einheit, welche auf ein Ausgabesignal aus dem Verstärkungs-/Filtermittel und auf die Stromvariable aus dem Stromversorgungsmittel anspricht, zum Detektieren des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls durch Entfernen von Komponenten des angelegten Magnetfelds auf der Grundlage der Variation in dem Wechselstrom an die Induktionsspule aus der Magnetfeldsumme, welche von der Detektionsspule detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungs-/Filtermittel Folgendes aufweist: einen Trennverstärker zum Verstärken des Ausgabesignals aus der Detektionsspule auf den vorbestimmten Pegel; einen Bandpassfilter zum Filtern nur von Signalkomponenten eines vorbestimmten Bands aus einem Ausgabesignal aus dem Trennverstärker; einen Gleichstrom-Signalwandler zum Umwandeln eines Ausgabesignals aus dem Bandpassfilter in ein Gleichstromsignal; einen Tiefpassfilter zum Filtern des Gleichstromsignals aus dem Gleichstrom-Signalwandler, um Störgeräuschkomponenten daraus zu entfernen; und einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln eines analogen Ausgabesignals aus dem Tiefpassfilter in ein digitales Signal und zum Ausgeben des umgewandelten digitalen Signals an die arithmetische Einheit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit eingerichtet ist, um den Oberflächenpegel des flüssigen Metalls durch Entfernen der Komponenten des angelegten Magnetfelds, welche aufgrund der Variation des Wechselstroms an die Induktionsspule induziert werden, von der Magnetfeldsumme, welche von der Detektionsspule detektiert wird, auf der Grundlage der folgenden Gleichung zu detektieren:

wobei a = C1·V2 + C2, b = C3·V2 + C4, d = C5·V2 + C6, k = C7, V1 = Magnetfeldsumme, V2 = Stromvariable und C1, C2, C3, C4, C5, C6 und C7 = Konstanten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Stromversorgungsmittel eingerichtet ist, um die Stromvariable gemäß der Variation in dem Wechselstrom an die Induktionsspule einzustellen, wobei die Stromvariable irrelevant für eine Variation der Oberflächenposition des flüssigen Metalls und für eine Variation der elektrischen Last bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess ist und eins-zu-eins einem Stromwert entspricht, welcher der Induktionsspule aufgeprägt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule an einer Position um einen oberen Abschnitt der Form herum installiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei die Detektionsspule konfiguriert ist, um jedes Magnetfeld parallel zu der Achse der Form, jedes Magnetfeld senkrecht zu der Formachse und die Kombination aus den magnetischen Feldern parallel und senkrecht zu der Formachse zu messen.
Verfahren zum Messen des Pegels der Oberfläche von flüssigem Metall innerhalb einer Form bei einem elektromagnetischen Stranggussprozess durch Detektieren der Summe eines Magnetfelds, welches von einer Induktionsspule angelegt wird, und eines induzierten Magnetfelds auf der Grundlage eines Wirbelstroms in dem flüssigen Metall durch eine Detektionsspule, die folgenden Schritte umfassend: a) Verstärken eines Ausgabesignals aus der Detektionsspule auf einen vorbestimmten Pegel und Filtern des verstärkten Signals, um Störgeräuschkomponenten daraus zu entfernen; und b) Bestimmen des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls durch Entfernen von Komponenten des angelegten Magnetfelds, welche aufgrund einer Variation in dem Strom an die Induktionsspule induziert werden, aus dem verstärkten und gefilterten Signal.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Bestimmungsschritt b) des Oberflächenpegels den Schritt des Detektierens des Oberflächenpegels des flüssigen Metalls durch Entfernen der Komponenten des angelegten Magnetfelds, welche aufgrund der Variation des Wechselstroms, welcher an die Induktionsspule angelegt wird, induziert werden, von der Magnetfeldsumme, welche von der Detektionsspule detektiert wird, auf der Grundlage der folgenden Gleichung umfasst:
wobei a = C1·V2 + C2, b = C3·V2 + C4, d = C5·V2 + C6, k = C7, V1 = Magnetfeldsumme, V2 = Stromvariable des Stromversorgungsmittels und C1, C2, C3, C4, C5, C6 und C7 = Konstanten.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Stromversorgungsmittel eingerichtet ist, um die Stromvariable gemäß einer Variation des Wechselstroms an die Induktionsspule einzustellen, wobei die Stromvariable irrelevant für eine Variation der Oberflächenposition des flüssigen Metalls und für eine Variation der elektrischen Last bei dem elektromagnetischen Stranggussprozess ist und eins-zu-eins einem Stromwert entspricht, welcher der Induktionsspule aufgeprägt wird.