FR2640173A3 - Device for vibrating a continuous casting ingot mould by ultrasound - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif pour mettre en vibration par ultrasons une lingotière de
coulée continue.Device for vibrating an ingot mold by ultrasound
continuous casting.
La présente invention a pour objet un dispositif pour mettre en vibration par ultrasons une lingotière de coulée continue. The present invention relates to a device for vibrating ultrasonically a mold for continuous casting.
L'un des problèmes rencontrés dans le coulée continue des métaux est celui de l'adhérence à la face interne de la lingotière, généralement en cuivre ou l'un de ses alliages, d'une croûte de métal solidifiée par contact avec la surface interne refroidie de la lingotière. En effet, une telle adhérence peut provoquer un déchirement de la croûte solidifiée et, par voie de conséquence, une percée de métal liquide. One of the problems encountered in the continuous casting of metals is that of the adhesion to the internal face of the ingot mold, generally made of copper or one of its alloys, of a crust of metal solidified by contact with the internal surface. cooled from the mold. Indeed, such adhesion can cause a tearing of the solidified crust and, consequently, a breakthrough of liquid metal.
Pour éviter cet inconvénient, il est bien connu de transmettre è la paroi de la lingotière des vibrations dans la direction de l'axe de la lingotière ou dans une direction perpendiculaire. To avoid this drawback, it is well known to transmit vibrations to the wall of the mold in the direction of the axis of the mold or in a perpendicular direction.
I1 a été proposé, dans la demande de brevet FR 2 570 626 au nom de la demanderesse, de produire des vibrations ultrasonores au moyen de générateurs (transducteurs) alimentés par un circuit d'excitation et placés sur le haut de la lingotière pour transmettre des vibrations à la paroi de la lingotière parallèlement à l'axe de celle-ci. Cette technique permet d'utiliser des lingotitres classiques, avec une épaisseur de paroi relativement faible. It has been proposed, in patent application FR 2 570 626 in the name of the applicant, to produce ultrasonic vibrations by means of generators (transducers) supplied by an excitation circuit and placed on the top of the ingot mold for transmitting vibrations at the wall of the ingot mold parallel to the axis thereof. This technique allows the use of conventional ingots, with a relatively small wall thickness.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif du type de celui décrit dans la demande de brevet FR 2 570 626 précitée, dans lequel le rendement du générateur de vibrations ultrasonores est optimisé. The object of the present invention is to provide a device of the type described in the aforementioned patent application FR 2 570 626, in which the efficiency of the ultrasonic vibration generator is optimized.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que le circuit d'excitation du générateur de vibrations ultrasonores comprend - un oscillateur ô fréquence commandée pour produire un signal ô la
fréquence d'excitation du générateur de vibrations qui est trans
mis à celui-ci par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation
d'impédance; et - un circuit d'asservissement comportant : un capteur de courant et
un capteur de tension destinés à produire des signaux représen
tatifs du courant et de la tension du signal produit par l'oscil-
lateur, en amont du circuit d'adaptation d'impédance; des filtres
passe-bas pour éliminer les composantes à hautes fréquences des
signaux produits par les capteurs; un circuit comparateur de
phase relié aux sorties des filtres pour produire un signal
représentatif du déphasage entre le courant et la tension du
signal produit par ltoscillateur; et un circuit de commande de
l'oscillateur relié à la sortie du circuit comparateur de phase
pour commander la fréquence de l'oscillateur en fonction du
signal représentatif du déphasage de manière à constamment rame
ner celui-ci vers la valeur nulle.This object is achieved, in accordance with the invention, because the excitation circuit of the ultrasonic vibration generator comprises - a frequency-controlled oscillator to produce a signal
excitation frequency of the vibration generator which is trans
put to it via an adaptation circuit
impedance; and - a control circuit comprising: a current sensor and
a voltage sensor intended to produce signals representing
the current and the voltage of the signal produced by the oscillator
reader, upstream of the impedance matching circuit; filters
low pass to eliminate high frequency components from
signals produced by the sensors; a comparator circuit of
phase connected to the filter outputs to produce a signal
representative of the phase shift between the current and the voltage of the
signal produced by the oscillator; and a control circuit for
the oscillator connected to the output of the phase comparator circuit
to control the frequency of the oscillator according to the
signal representative of the phase shift so as to constantly train
ner this one towards the null value.
L'asservissement de la fréquence de l'oscillateur à un déphasage nul entre courant et tension permet d'atteindre un rendement optimal, la fréquence d'oscillation étant alors égale à la fréquence de résonance de la charge de l'oscillateur. Une amélioration très sensible du rendement est ainsi obtenue par rapport au dispositif de l'art antérieur fonctionnant avec une fréquence d'excitation fixe, car la fréquence de résonance de la charge de l'oscillateur est susceptible de varier notablement en fonction, notamment, de la température, de la charge de la lingotière, d'un collage momentané du métal à la paroi... A titre indicatif, pour une fréquence centrale d'excitation de 13 kHz, il a été observé des variations de la fréquence de résonance allant jusqutà 10% en valeur relative. Enslaving the frequency of the oscillator to a zero phase shift between current and voltage makes it possible to achieve optimum efficiency, the oscillation frequency then being equal to the resonance frequency of the load of the oscillator. A very significant improvement in efficiency is thus obtained compared with the device of the prior art operating with a fixed excitation frequency, since the resonance frequency of the load of the oscillator is likely to vary notably as a function, in particular, of the temperature, the charge of the ingot mold, a temporary bonding of the metal to the wall ... As an indication, for a central excitation frequency of 13 kHz, variations in the resonant frequency were observed ranging up to 10% in relative value.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les filtres passe-bas utilisés pour le filtrage des signaux représentatifs du courant et de la tension du signal d'excitation sont d'un type connu ayant une fréquence de coupure ajustable par application d'un signal d'horloge de fréquence réglable. De la sorte, une adaptation de la fréquence de coupure des filtres à la valeur de la fréquence centrale d'excitation peut etre facilement réalisée, rendant le dispositif aisément adaptable à différentes conditions d'utilisation, la valeur de la fréquence centrale d'excitation pouvant varier de façon notable en fonction notamment du type et des dimensions de la lingotière. According to a preferred embodiment of the invention, the low-pass filters used for filtering the signals representative of the current and the voltage of the excitation signal are of a known type having an adjustable cut-off frequency by application of an adjustable frequency clock signal. In this way, an adaptation of the cut-off frequency of the filters to the value of the central excitation frequency can be easily carried out, making the device easily adaptable to different conditions of use, the value of the central excitation frequency being able to vary significantly depending in particular on the type and dimensions of the mold.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue très schématique d'un dispositif de mise en vibration par ultrasons d'une lingotière de coulée continue, et
- la figure 2 est un schéma par blocs du circuit d'excitation d'un générateur de vibrations ultrasonores dans un dispositif selon l'invention.The invention will be better understood on reading the description given below, by way of indication but not limitation, with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 is a very schematic view of a device for vibrating ultrasonically a mold for continuous casting, and
- Figure 2 is a block diagram of the excitation circuit of an ultrasonic vibration generator in a device according to the invention.
La figure 1 montre une lingotière 10 de coulée continue qui, de façon bien connue en soi, est une pièce tubulaire, par exemple à section rectangulaire, dont les parois sont refroidies par circulation d'un fluide. La lingotière est animée de vibrations ultra sonores produites dans la direction de son axe longitudinal au moyen d'un générateur de vibrations 12 alimenté par un circuit d'excitation 20. Figure 1 shows a mold 10 for continuous casting which, in a manner well known per se, is a tubular part, for example of rectangular section, the walls of which are cooled by circulation of a fluid. The ingot mold is driven by ultrasonic vibrations produced in the direction of its longitudinal axis by means of a vibration generator 12 supplied by an excitation circuit 20.
Comme décrit dans la demande de brevet FR 2 570 625 déjà citée, le générateur 12 comprend par exemple deux plaquettes piézoélectriques 14, 16, entre lesquelles est disposée une feuille conductrice 15, et qui sont serrées entre le bord supérieur de la lingotière 10, formant masse métallique d'équilibre, et une masse métallique supérieure 18 formant masse émettrice, l'ensemble formé par les plaquettes 14, 16 et la masse 18 étant fixé à la lingotière. Les plaquettes piézoélectriques 14, 16 et la masse métallique 18 épousent la forme du bord supérieur de la lingotière qu'elles prolongent en direction longitudinale. L'excitation du générateur 12 est réalisée par application de la tension de sortie du circuit d'excitation 20 entre la feuille métallique 10 et la masse émettrice 18.Afin de réaliser les conditions optimales de résonance de la lingotière et pour que le plan de joint des plaquettes 14, 16 coincide avec un plan nodal des ondes ultrasonores générées, les conditions suivantes doivent être respectées
- la distance D entre les extrémités libres des masses métalliques émettrice 18 et d'équilibre 10 est égale à un multiple de la demi-longueur d'onde des vibrations ultrasonores engendrées (pour la fréquence nominale ou centrale d'excitation), et
- la distance D' entre le plan de joint des deux plaquettes 14, 16 et l'extrémité libre de la masse émettrice 18 est égale au quart de ladite longueur d'onde, à un multiple près de la demi-longueur d'onde.As described in patent application FR 2 570 625 already cited, the generator 12 comprises for example two piezoelectric plates 14, 16, between which is disposed a conductive sheet 15, and which are clamped between the upper edge of the mold 10, forming equilibrium metal mass, and an upper metal mass 18 forming an emitting mass, the assembly formed by the plates 14, 16 and the mass 18 being fixed to the mold. The piezoelectric plates 14, 16 and the metallic mass 18 conform to the shape of the upper edge of the mold which they extend in the longitudinal direction. The generator 12 is energized by applying the output voltage of the excitation circuit 20 between the metal foil 10 and the emitting mass 18. In order to achieve the optimal resonance conditions of the ingot mold and so that the joint plane plates 14, 16 coincide with a nodal plane of the ultrasonic waves generated, the following conditions must be met
the distance D between the free ends of the emitting metallic masses 18 and of equilibrium 10 is equal to a multiple of the half-wavelength of the ultrasonic vibrations generated (for the nominal or central excitation frequency), and
- The distance D 'between the joint plane of the two plates 14, 16 and the free end of the emitting mass 18 is equal to a quarter of said wavelength, to a multiple close to half the wavelength.
Le circuit d'excitation 20 est illustré de façon plus détaillée sur la figure 2. Ce circuit est essentiellement constitué par une boucle à verrouillage de phase permettant un suivi dynamique de la fréquence de résonance de la charge. The excitation circuit 20 is illustrated in more detail in FIG. 2. This circuit essentially consists of a phase-locked loop allowing dynamic monitoring of the resonant frequency of the load.
Le circuit 20 comprend un oscillateur 22 dont la fréquence d'oscillation est commandée par tension. Le signal produit par l'oscillateur 22 est appliqué au générateur de vibrations 12 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation d'impédance 24, tel qu'un transformateur. The circuit 20 includes an oscillator 22 whose frequency of oscillation is controlled by voltage. The signal produced by the oscillator 22 is applied to the vibration generator 12 via an impedance matching circuit 24, such as a transformer.
Des capteurs 26, 28 fournissent des signaux u et i représentatifs de la tension et du courant en un point situé sur la liaison entre l'oscillateur 22 et le circuit d'adaptation d'impédance 24. Les signaux u et i sont filtrés au moyen de filtres passe-bas 32, 34, qui en éliminent les composantes à haute fréquence. La fréquence de coupure des filtres 32, 34 est ajustée en fonction de la valeur de la fréquence centrale d'oscillation de l'oscillateur 22. Avantageusement, les filtres 32, 34 sont des filtres actifs à fréquence de coupure ajustable par variation de la fréquence d'un signal d'horloge. De tels filtres sont connus en eux-mêmes; on pourra notamment utiliser les composants proposés sous la référence nF10 par la Société NATIONAL SEMICONDUCTORS. Le signal d'horloge à fréquence réglable est fourni par un circuit d'horloge 30. Les signaux filtrés ul et i1 sont appliqués à des circuits de mise en forme 36, 38 qui délivrent des signaux rectangulaires Q et i2 en phase avec les signaux u1 et i1. Sensors 26, 28 provide signals u and i representative of the voltage and current at a point located on the link between the oscillator 22 and the impedance matching circuit 24. The signals u and i are filtered by means low-pass filters 32, 34, which eliminate the high-frequency components. The cutoff frequency of the filters 32, 34 is adjusted as a function of the value of the central oscillation frequency of the oscillator 22. Advantageously, the filters 32, 34 are active filters with cutoff frequency adjustable by variation of the frequency of a clock signal. Such filters are known in themselves; we can in particular use the components offered under the reference nF10 by the company NATIONAL SEMICONDUCTORS. The adjustable frequency clock signal is supplied by a clock circuit 30. The filtered signals ul and i1 are applied to shaping circuits 36, 38 which deliver rectangular signals Q and i2 in phase with the signals u1 and i1.
Un circuit comparateur de phase, ou phasemètre, 40 reçoit les signaux u2 et * et produit un signal sph représentatif du déphasage entre les signaux u2 et i2, c'est-à-dire représentatif du déphasage entre la tension u et le courant i en amont du circuit d'adaptation d'impédance 24. Selon la position d'un commutateur 48, le signal sph est appliqué, à travers un circuit-limiteur d'amplitude 42, à l'un ou l'autre de deux circuits amplificateurs 44, 46 de gains respectivement égaux à +1 et à -1, pour être ensuite amplifié au moyen d'un amplificateur 50 à gain réglable. Le signal de sortie de l'amplificateur 50 constitue la tension de commande de l'oscillateur 22 pour ajuster la fréquence de celui-ci de manière à annuler le déphasage détecté entre le courant i et la tension u. A phase comparator circuit, or phasemeter, 40 receives the signals u2 and * and produces a signal sph representative of the phase shift between the signals u2 and i2, that is to say representative of the phase shift between the voltage u and the current i in upstream of the impedance matching circuit 24. Depending on the position of a switch 48, the signal sph is applied, through an amplitude limiting circuit 42, to one or the other of two amplifier circuits 44 , 46 of gains respectively equal to +1 and to -1, to then be amplified by means of an amplifier 50 with adjustable gain. The output signal of the amplifier 50 constitutes the control voltage of the oscillator 22 to adjust the frequency of the latter so as to cancel the phase shift detected between the current i and the voltage u.
Le circuit d'excitation qui vient d'être décrit permet d'atteindre un rendement optimal en travaillant à la fréquence de résonance (pour laquelle le courant et la tension sont en phase). The excitation circuit which has just been described makes it possible to achieve optimum efficiency by working at the resonant frequency (for which the current and the voltage are in phase).
On notera qu'il s'agit de la fréquence de résonance de la charge de l'oscillateur 22 comprenant non seulement le générateur de vibrations et les masses métalliques associées, mais aussi le circuit d'adaptation d'impédance 24. C'est pourquoi il est important que le prélèvement de signaux représentatifs de la tension et du courant, en vue d'en mesurer le déphasage mutuel, soit effectué en amont du circuit d'adaptation d'impédance.Note that this is the resonant frequency of the load of the oscillator 22 comprising not only the vibration generator and the associated metallic masses, but also the impedance matching circuit 24. This is why it is important that the sampling of signals representative of the voltage and the current, with a view to measuring the mutual phase shift, be carried out upstream of the impedance matching circuit.
Le circuit limiteur d'amplitude 42 permet d'éviter une trop brutale variation de la tension de commande de l'oscillateur lorsqu'un déphasage important se produit brusquement, par exemple en cas de soudaine variation de charge de la lingotière. Quant au commutateur 48, il permet d'asservir la fréquence de l'oscillateur soit à la fréquence de résonance, soit à la fréquence d'antirésonance. The amplitude limiting circuit 42 makes it possible to avoid an excessively abrupt variation in the control voltage of the oscillator when a significant phase shift occurs suddenly, for example in the event of a sudden variation in the load of the ingot mold. As for the switch 48, it makes it possible to slave the frequency of the oscillator either to the resonant frequency or to the antiresonance frequency.
On notera encore que l'utilisation de filtres passe-bas à fréquence de coupure ajustée par un signal d'horloge permet un réglage très facile de la fréquence de coupure. Le circuit d'excitation est donc facilement adaptable à divers ensembles générateur de vibrations-lingotière tout en conservant un réglage optimal de lå fréquence de coupure des filtres éliminant autant que possible les signaux parasites du côté des hautes fréquences. It will also be noted that the use of low-pass filters with cutoff frequency adjusted by a clock signal allows very easy adjustment of the cutoff frequency. The excitation circuit is therefore easily adaptable to various vibration generator-ingot mold assemblies while retaining an optimal adjustment of the cutoff frequency of the filters eliminating as much as possible the spurious signals on the high frequency side.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8816159A FR2640173B3 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | DEVICE FOR ULTRASONIC VIBRATION OF A CONTINUOUS CASTING LINGOTIERE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8816159A FR2640173B3 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | DEVICE FOR ULTRASONIC VIBRATION OF A CONTINUOUS CASTING LINGOTIERE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2640173A3 true FR2640173A3 (en) | 1990-06-15 |
| FR2640173B3 FR2640173B3 (en) | 1990-12-07 |
Family
ID=9372730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8816159A Expired - Lifetime FR2640173B3 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | DEVICE FOR ULTRASONIC VIBRATION OF A CONTINUOUS CASTING LINGOTIERE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2640173B3 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108422076A (en) * | 2018-05-15 | 2018-08-21 | 无锡恒声特超声波焊接设备有限公司 | A kind of ultrasonic bonding generator |
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- 1988-12-08 FR FR8816159A patent/FR2640173B3/en not_active Expired - Lifetime
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