FI90507B - Menetelmä jähmettymistapahtuman valvomiseksi jatkuvassa tankovalussa - Google Patents

Description

Menetelmä jähmettyrnistapahtuman valvomiseksi jatkuvassa tankovalussa 1 90507

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osan mukaiseen menetelmään.

Ylöspäin tapahtuvaksi tankovaluksi kutsuttu valu-prosessi, joka mahdollistaa metallitankojen jatkuvan valmistamisen sulasta, on tunnettu esimerkiksi julkaisusta DE-A-30 49 353. Olennaista tälle valuprosessille on, että 10 vesijäähdytetyn kokillin tietty osa tai kokillin sisällä sijaitseva jähmettyvä metallipylväs on samankeskisesti erityisen induktiopuolan, niinkutsutun levitaatiopuolan ympäröimä. Tämä levitaatiopuola muodostuu yleensä suurehkosta määrästä, esimerkiksi kuudesta päällekkäin sovite-15 tusta käämiryhmästä, jotka on kytketty toisiinsa niin, että levitaatiopuolan sisäpuolelle muodostuu ylöspäin liikkuva sähkömagneettinen vaihtokenttä, niin pian kuin levitaatiopuola on herätetty kolmivaiheisella jännitelähteellä. Levitaatiopuolan magneettikenttä synnyttää metal-20 lisulassa pyörrevirtoja. Levitaatiopuolan synnyttämän magneettisen induktion säteittäiset ja aksiaaliset komponentit aiheuttavat, että juoksevaan tai jo jähmettyneeseen metalliin, Jonka läpi virtaa pyörrevirtoja, tuotetaan aksiaalisessa suunnassa (ylöspäin) ja säteittäisessä suun-25 nassa voimia. Nämä voimat huolehtivat siitä, että sulan ja tangon kuoren puristus kokillin seinään pienentyy ja niin voidaan saada vähäisemmillä kitkavoimilla valunopeuden suureneminen.

Valuprosessin kitkatonta kulkua varten on tarpeen ·. 30 voida seurata mahdollisia poikkeamia jähmettyrnisrintaman normaaliasennosta tankovalukokillin sisällä, jotta reagoitaisiin sitten siihen valuparametrien oikea-aikaisella muuttamisella.

Keksintö perustuu sen vuoksi tehtävään osoittaa 35 mittausmenetelmä, jolla valuprosessin aikana yksinkertai- 2 90507 sella tavalla ja riittävällä tarkkuudella voidaan yksilöidä jähmenttymisrintaman asema ja laajeneminen.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että samankeskisesti tankovalukokillin ympärille sovite-5 tuista tuntoelinpuolistas tulevia signaaleja syötetään mittausmuuntajaan ja analuysoidaan. Keksinnön edulliset edelleenkehitysmuodot ilmenevät alipatenttivaatimuksista.

Keksintö perustuu olennaisesti tietouteen, että metallien sähkönjohtavuus nousee siirryttäessä sulasta 10 kiinteään tilaan ja lämpötilan laskiessa. Puhtaiden metallien yhteydessä sähkönjohtavuus suurenee hyppäyksellisesti jähmettymispisteessä selvästi korkeampaan arvoon kuin sulassa tilassa. Metalliseosten yhteydessä sähkönjohtavuus nousee samoin selvästi lämpötila-alueella, jossa metalli-15 seoksen jähmettyminen tapahtuu.

Sulan lämpötila laskee jatkuvan lämmön poistumisen perusteella tankovalukokillin sisäpuolella korkeuden lisääntyessä. Riippuen kulloinkin saavutetusta asemasta suurenee myös jähmettyneen metallin osuus, kunnes lopuksi 20 keskeinen metallipylväs on täysin jähmettynyt. Metallin jatkuvaa jäähtymistä samoin kuin olomuoto-osuuksien muutoksia jähmettymisen aikana vastaavasti muuttuu sähkönjohtavuuden jakautuminen ominaisesti keskisen metallipylvään sisällä. Siten tulee mahdolliseksi sovittaa jokaiseen ko-25 kiliin poikkileikkaustasoon kohtisuoraan tangon liikesuun nan suhteen tunnusomainen johtavuusjakautuma.

Seurauksena suhteellisen suuresta valunopeudesta sulan jäähtymisen ja jähmettymisen alue kokillin sisällä on levinnyt laajalle. Tämän alueen laajuus on esimerkiksi . 30 valettaessa pyöreitä kokomuotokappaleita tangon halkaisijan kerrannainen. Johtavuusjakautuma muuttuu tätä vastaavasti hitaasti kokillin pituudella. Ylöspäin tapahtuvan tankovalamisen olennainen tunnusmerkki on, että likimain koko kokillin pituus on levitaatiopuolan ympäröimä. Herä-35 tetaajuus valitaan niin, että magneettikentän tunkeutumis- 3 90507 syvyys ja tangon säde ovat samaa suuruusluokkaa. Täten varmistetaan, että tankopolkkileikkauksen ulompi alue, jossa jähmettyminen tapahtuu ja joka valuprosessin valvonnan kannalta on kiinnostava, on riittävässä määrin heräte-5 kentän läpäisemä. Tällöin tuotetaan pyörrevirroilla sekun-daarikenttä, joka voi toimittaa tietoja johtavuus-jakautumasta metallipylvään sisällä.

Tankokokilli muodostuu esimerkiksi putkenmuotoises-ta kappaleesta, jonka ympärille rengasmaisesti on sovitet-10 tu lämmönvaihdin. Koska lämmönvaihtimen ja kokillin seinät ovat suhteellisen ohuet ja ne valmistetaan aineista, jotka korkean lämmönjohtavuuden yhteydessä heikentävät levitaa-tiopuolan magneettikenttää mahdollisimman vähän, heikennetään myös sekundaarikenttää vain vähän. Samankeskisestä 15 metallisulan keskipylvään ympärille jo jähmettyneen metallin suhteen sovitetut tuntoelinpuolat toimittavat signaaleja (mittausjännitteitä) sekundaarikentän välityksellä mittausmuuntajaan. Näiden signaalien vastaavan analysoinnin jälkeen on mahdollista antaa lausunto jähmettymisrin-20 tämän leviämisestä ja valvoa jähmettymisen kulkua valuprosessin aikana suoraan. Vaihtelut tai muutokset jähmettymisen kulussa, jotka epäsäännöllisyyksien lisääntyneessä esiintymisessä tankopoikkileikkauksen pintaa lähellä olevalla alueella voivat tulla merkittäviksi, havaitaan siten 25 jo vaiheessa, ennen kuin tanko saavuttaa kokillin ulos-menoalueen.

On erityisen edullista, jos tuntoelinpuolat sijaitsevat levitaatiopuolan sisäpuolella ja tankovalukokillien ulkopuolella. Tuntoelinpuolien käämeillä on silloin hal-30 kaisija, joka on levitaatiopuolan sisähalkaisijan ja tan-kovalukokillin ulkohalkaisijan välissä. Tuntoelinpuolat voi kuitenkin olla sovitettu myös levitaatiopuolan ja lämmönvaihtimen seinän väliseen tilaan tai kokillin verhouk-- - seen.

4 90507

Edullisesti tuntoelinpuolat muodostuvat yhdestä tai useasta ohuen eristetyn langan kierroksesta. Edullisessa sovellutusmuodossa kierretään lanka spiraalimaisesti useisiin kierroksiin lämmönvaihtimen ulkoseinän ulkopinnalle 5 yhtenä tai useana kerroksena mahdollisimman tiiviisti. Jokaisen tuntoelinpuolan molemmat langanpäät johdetaan mittausmuuntajaan, joka muokkaa langanpäissä käytön aikana esiintyviä jännitesignaaleja sopivalla tavalla.

Jokaiseen tuntoelinpuolaan levitaatiopuolan vaih-10 tokentän kautta indusoitu jännite on funktio taajuudesta, levitaatiopuolan läpi virtaavan virran voimakkuudesta ja johtavuusjakautumasta keskeisen metallipylvään sisällä. Lisäksi indusoitu jännite on riippuvainen tuntoelinpuolien ja levitaatiopuolan geometriasta sekä niiden sovituksesta 15 toisiinsa nähden.

Periaatteessa juoksevan tai kiinteytyneen metallipylvään jäähtyminen johtaa johtavuuden kohoamiseen. Tämä johtavuuden kohoaminen näkyy mittausjännitteen amplitudin pienenemisenä vakiona pysyvän herätekentän voimakkuuden 20 yhteydessä. Mittaussignaalin muutoksen syy ei kuitenkaan ole yksilöitävissä yksiselitteisesti, jos käytetään vain yhtä ainoaa tuntoelinpuolaa. Edullisesti sen vuoksi sovitetaan vähintään kaksi tuntoelinpuolaa päällekkäin ja kulloinkin mittausmuuntajaan johdettuja mittausjännitteitä 25 verrataan toisiinsa. Vertaussignaaliksi valitaan tällöin tarkoituksenmukaisesti mittausjännite, joka esiintyy metallin sulassa tilassa. Tangon lisäjäähtyminen sen lämpötilan yläpuolella, josta jähmettyminen alkaa, johtaa silloin tavallisesti valuprosessin yhteydessä esiintyvien 30 lämpötilamuutosten yhteydessä ainoastaan vielä suhteel lisen vähäiseen jännitteen amplitudin alenemiseen tun-toelinpuolassa, samalla kun jähmenttymisen koko kulku on tunnistettavissa jännitteen amplitudin olennaisesti selvemmän laskemisen kautta. Johtavuusjakautuma sulan jäähty-; 35 misen ja jähmettymisen aikana tankovalukokillin sisällä ii 5 90507 antaa mittausjännitteiden profiilin päällekkäin sovitetuissa tuntoelinpuolissa, jolla voidaan määrittää jähmet-tymisrintaman asema ja laajeneminen riittävällä tarkkuudella. Epätasainen jähmettymisen kulku valuprosessin aika-5 na voidaan tällä tavalla havaita heti.

Jähmettymistapahtuman kaikki häiriöt voidaan todeta luonteenomaisista signaalikuluista.

Jähmettymisrintaman ei-sallittu kulkeminen normaalista asennosta valusuunnassa voidaan havaita siitä, että 10 mittausjännitteillä, jotka johdetaan mittausmuuntajaan kauemmaksi valusuunnassa sovitetuista tuntoelinpuolista, on korkeammat arvot. Normaalikäytöstä poikkeava lyhytaikainen vielä ohuen tangonkuoren jälkeenjääminen tietyssä asemassa tankovalukokillin sisäpuolella esimerkiksi il-15 menee mittausjännitteen selvänä laskuna häiriön kohtaa vastaavassa tuntoelimessä. Keksinnön mukaisen menetelmän lisäetuna on, että useiden tuntoelinpuolien mittaussignaalien vertailusta jopa esiintyvät valuvirheet kuten esimerkiksi halkeamat voidaan yksilöidä, vielä ennen kuin 20 tanko on poistunut kokillista ja on tuotettu suurempia määriä virheellistä materiaalia.

Kuviossa esitetyn sovellutusesimerkin avulla selostetaan keksintöä vielä lähemmin.

Kuvio esittää kaavamaisessa kuvauksessa poikkileik-25 kausta putkimaisesta pystyyn asentoon sovitetusta tanko-valukokillista 1, joka juoksevan metallin 2 jäähdyttämiseksi on rengasmaisesti ympäröity lämmönvaihtimen a 3. Jäähdytysainetta syötetään suurella virtausnopeudella jatkuvasti jäähdytysaineen sisääntulossa 4, se virtaa lämmön-30 vaihtimen 3 läpi ja johdetaan jälleen pois lämmönvaihtimen 3 yläosasta jäähdytysaineen ulosmenosta 5. Viitenumerolla 6 on merkitty levitaatiopuola, jonka kierrokset on sovitettu olennaisesti kohtisuoraan tankovalukokillin 1 akselin suhteen jäähdytysaineen syötön 4 ja jäähdytysaineen 35 ulosmenon 5 väliin ja yhdistetty esittämättä jätettyyn 6 90507 monivaiheiseen jännitelähteeseen. Levitaatiopuolan 6 sähkömagneettinen vaihtokenttä synnyttää juoksevaan metalliin 2 pyörrevirtoja, jotka aiheuttavat sen, että metallipylväs 7 ja juokseva metalli saavat ylöspäin suunnatun nostovai-5 kutuksen. Lämmönvaihtimen 3 ja levitaatiopuolan 6 väliseen tilaan on sovitettu tuntoelinpuolia 8 sillä tavoin päällekkäin, että niiden etäisyys lämmönvaihtimen 3 ulkoseinästä on yhtä suuri. Esimerkinomaisesti on esitetty kuusi tuntoelinpuolaa 8, joiden mittausjänniteprofiili sallii 10 kaikkiaan riittävän informaation jähmettymisrintaman 9 kulusta. Jähmettymisalueen 9 aseman ja laajenemisen yksilöimisen tarkkuuden korkeampia vaatimuksia varten on edullista sijoittaa tuntoelinpuolat 8 vähintään 1 cm etäisyydelle.

15 Levitaatiopuolalla 6 ja tuntoelinpuolilla 8 on sa mankeskinen asema lieriömäisen tankovalukokillin 1 ympärillä, jonka sisähalkaisija on noin 20 mm. Tuntoelinpuolat 8 on sovitettu kulloinkin levitaatiopuolan 6 sisäpuolelle korkeudelle, jossa myös sen kulloisenkin käämitysryhmän 20 keskikierros on, joka kulloinkin herätetään samalla vaiheella. Levitaatiopuolan 6 halkaisija on noin 41 mm, samalla kun herätysvaiheen kierroksilla on 24 mm korkeus. Herätystaajuus oli 2 000 Hz. Jokaisessa kuudessa tunto-elinpuolassa 8, jotka on kääritty kahdeksasta ohuen eris-25 tetyn kuparilangan kierroksesta, on noin 35 mm halkaisija.

Jos nyt johdetaan tuntoelinpuolan kulloisetkin signaalit mittausmuuntajaan, niin esiintyy tasasuunnatun mittausjännitteen seuraavia tehollisarvoja, kun vertaussuu-reeksi asetetaan perustaksi vastaava signaali ilmassa: - 30 7 90507

Ilma 100 %

Juokseva kuparisula 5 noin 1 250 "C 97,9 % Jähmettynyt kupari noin 1 000 eC 82,9 % 10 Valuprosessin aikana, jossa valmistettiin jatkuvas ti tankoa puhtaasta kuparista, tehollisarvot olivat jäh-mettymisrintaman 9 ympäristössä alueella 86 - 95 %.

Claims (7)

8 90507

1. Menetelmä jähmettymistapahtuman valvomiseksi 5 metallien jatkuvassa tankovalussa tankovalukokillilla, joka on sähkömagneettista vaihtokenttää tuottavan levitaa-tiopuolan ympäröimä, ja jolloin johdetaan juoksevaa metal-lisulaa alhaalta tankovalukokilliin ja poistetaan jähmettyneenä metallituotteena ylemmältä alueelta, tunnet- 10. u siitä, että samankeskisesti tankovalukokillin ympärille sovitetuista tuntoelinpuolista tulevia signaaleja syötetään mittausmuuntajaan ja analysoidaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä jäh-mettymistapahtuman valvomiseksi, tunnettu siitä, 15 että tuntoelinpuolat sijaitsevat levitaatiopuolan sisä puolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä jäh-mettymistapahtuman valvomiseksi, tunnettu siitä, että tuntoelinpuolat sijaitsevat tankovalukokillin ja le- 20 vitaatiopuolan välissä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä jähmet-tymistapahtuman valvomiseksi, tunnettu siitä, että tuntoelinpuolat on sovitettu lämmönvaihtimen välittömään läheisyyteen. • 25

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen me netelmä jähmettyrnistapahtuman valvomiseksi, tunnettu siitä, että analysoidaan ainakin kahdesta tun-toelinpuolasta tulevia signaaleja.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen me- 30 netelmä jähmettymistapahtuman valvomiseksi, tun nettu siitä, että tuntoelinpuolilla on valusuunnassa olennaisesti yhtä suuri etäisyys toisistaan.

7. Laite jähmettymistapahtuman valvomiseksi tanko-valun yhteydessä pitkänomaisella tankovalukokillilla (1), 35 joka on levitaatiopuolan (6) ympäröimä, tunnettu i: 9 90507 siitä, että tankovalukokillin (1) ja levitaatiopuolan (6) välissä sijaitsee tuntoelinpuolia (8), jotka on sovitettu samankeskisesti tankovalukokillin (1) ympärille ja jolloin tuntoelinpuolista (8) mlttausmuuntajaan syötetyt signaalit 5 ovat analysoitavissa. 10 90507