JP3745807B2

JP3745807B2 - 固体成分測定装置

Info

Publication number: JP3745807B2
Application number: JP31914495A
Authority: JP
Inventors: フエリックス・メドニコフ; カール・ヴイスシュパイントナー; ヴアルター・ウールマン
Original assignee: ビユーラー・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: CH690252A5; US5601743A; JPH08304345A; DE19535951A1; FR2733595B1; FR2733595A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、延べ棒の近くに配置された測定コイルを備えたセンサ７を用い、加熱巻線で誘導加熱される延べ棒の固体成分を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置は、技術雑誌 "Giesserei"「鋳造」第 80 巻、第４号、第 111と 112頁、1993年 2月 22 日出版、に記載されている。
上記の文献によれば、延べ棒の下端面のところに配置された電磁石により渦電流を測定して固体成分に直接関連する測定信号を求めている。
【０００３】
実際、この文献はブラウンシュバイク（Braunschweig) 工業大学の研究設備に関する報告に係わり、実際の現場研究に係わるものではない。つまり、本出願人の試験が示すように、このような装置は多くの理由から実用には適さない。
第一に、延べ棒の下端面は一般に丁度延べ棒を置きたいところである。何故なら、そうでなければ保持が困難であるからである。しかし、この端面を他の支持面に接触させると、熱交換が行われ、そのため測定される面は延べ棒が更にその上部に有する固体成分を有していない。これには、固体成分の相違が外から内へ熱の伝播に応じて延べ棒の半径方向に生じることになる。更に、信頼性のない他の要因は端面上のセンサの配置が加熱装置から或る間隔にあっても、誘導加熱による測定渦電流の乱れがある点にある。
【０００４】
即ち、この望ましい構想の欠点は種々の要因により測定結果が全ての場合で信頼できず、これには延べ棒の下面で測定する時に延べ棒の取扱が面倒にもなる点にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の課題は、電磁石センサを使用しても、延べ棒の取扱が改善され、特に測定の信頼性も高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、延べ棒１の近くに配置された測定コイル８または９を備えたセンサ７を用い、加熱巻線４で誘導加熱される延べ棒１の固体成分を測定する装置にあって、前記センサ７が前記加熱巻線４と前記延べ棒１の間に配置されていることによって解決されている。
【０００７】
この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
先ず第一には、センサを加熱巻線と延べ棒の間に配置すれば、延べ棒のその時の下面が延べ棒を載置するために自由になることである。センサを形成する際にも構造的に容易になる。何故なら、加熱によるそのような外部の影響のため温度が低くなるような領域も測定しないように、センサを容易に形成できるからである。と言うのは、加熱で生じる液体や固体の成分が問題になる。
【０００９】
センサは加熱巻線と延べ棒の間の任意の個所に、例えば普通は（必ずしもそうではないが）円筒状の延べ棒の母線に沿って配置できる。しかし、各測定コイルを延べ棒の回りに配置する請求項２の構成も好ましい。何故なら、延べ棒全体の回りに配置すると、信頼性のある測定信号が得られるからである。センサを延べ棒の回りに、例えば母線に沿うか、あるいはコイル状に所定の角度範囲に対して配置された複数のコイルで形成することも理論的に可能であるが、請求項２に指定するタイプのセンサが簡単であり、経済的であることが分かる。
【００１０】
しかし、多数のコイルを測定コイルを対にして請求項３に記載するように配置すれば、一方で測定精度が向上し、他方で補償が可能になるので、複数のコイルを使用することが望ましい。
この補償の可能性は、一方で延べ棒の種々の位置により異なる温度を考慮することに係わり、他方でセンサに及ぼす誘導加熱の影響を補償することにも係わる。後者の目的には逆向きの巻線が推奨される。
【００１１】
センサに余り酷な熱負荷を加えないため（これは恐らく従来の技術でセンサを端面に配置したためである），請求項４の構成が有利である。耐熱性のため、一般にセラミックス材料を用いるが、意外なことに、これは一般に熱負荷を大きくしないことが分かる。そのため、雲母を含む材料のような非セラミックス材料を使用することが好ましい。
【００１２】
請求項５の構成では、種々の実施態様が可能で、例えば電子的な補償や特殊な物理的な装置も可能である。その場合、後者は、例えば特に加熱すべき延べ棒に殆ど影響を与えないことを流路中で保証する冷却により簡単に実現できる。もちろん、両方の可能性を組み合わせて使用してもよい。
この発明により、センサと延べ棒の狭い配置が、請求項６に記載するように、殆ど確実に容易になる。従って、これにより乱れがなく信頼できる測定が可能にもなる。
【００１３】
【実施例】
以上、この発明を図面に模式的に示す実施例に基づきより詳しく説明する。
延べ棒１を誘導加熱するため、例えばドイツ特許第 A 25 06 867号明細書から知られているように、モータＭで矢印Ｐの方向に断続的に駆動される回転台３の載置面２の上に延べ棒１が等間隔にして載せてある。この回転台３は加熱コイル４の下側に配置してあり、加熱コイルはそれぞれ巻数と太さが同じであるか、あるいは異なっている。周知のように、これ等のコイルの諸元を変えると、所要の加熱曲線を与える。
【００１４】
延べ棒１をコイル４の中に挿入するため、コイルを下げるか、あるいは、この方が好ましいが、載置面２を回転台３の下に設けたカム、または、場合によって、ピストン・シリンダ機構による油圧駆動部でも上下に移動させることができる。図１に示すように、各載置面２はそれぞれ軸受６に案内される移動可能なロッド５上に着座していて、これ等のロッドを、左から右に見て、延べ棒をコイル４の一つに入れるため、矢印ａの方向に持ち上げ、所定の余熱、加熱あるいは後処理の期間の後、載置面２を下げて延べ棒を取り出し、回転台３を回転させて、次の加熱コイル４に送り、最後に鋳造装置または鍛造装置に送るようにする。
【００１５】
この発明は複数のコイル４を使用することに限定されるものではなく、そのうちの一つだけを加熱に使ってもよいが、当該技術では通常複数のコイル４を使用する。更に、載置面２の上下運動を防止するため、延べ棒の通路の横に設けた誘導加熱コイルにより形成される個々の加熱区間（またはただ一つの加熱区間）を通過させて延べ棒１を案内する場合には、特にロッド５を軸として形成し、これに回転駆動部を設けてもよい。更に、図示する延べ棒１の立った姿勢は確かに好ましいが、横にして加熱することもできる。その外、載置面２が延べ棒１とほぼ等しい直径を有し、必要であれば、図２にも示すように、加熱コイル４の中に深く挿入できれば効果的である。
【００１６】
図２は誘導加熱コイル４の領域の構成がこの発明によりどのように有利かを示す。図２では特に横向きの加熱も可能で、延べ棒１に付属する載置面２は図示していない。
揺変性の（thixotropic)延べ棒１の中に所定の固体成分が確実に含まれているように、延べ棒の加熱を調整するため、加熱コイル４にセンサ７が付属している。図示する好適実施例では、センサ７をコイル本体１０に巻き付けた二つの測定コイル８，９で形成し、このコイル本体が両方のコイル８，９を互いに電気絶縁している。
【００１７】
互いに軸方向の間隔で（延べ棒１の軸Ａに対して）離して設けた二つの測定コイル８，９により、先ず延べ棒１の異なる領域の温度（固体と液体成分が異なるため温度に依存するインダクタンスの変化）が検出されるので、測定データの信頼性が更に向上する。他方で、これは測定コイル８と９を互いに逆向き、即ち右と左に巻装して、コイル８，９に対する誘導加熱コイル４の影響を補償できる可能性を与える。これは、（従来の技術とは異なり）この発明の装置の場合大きな利点であり、特にコイル８，９を一方で延べ棒１の近くに、また他方で加熱コイル４の近くに配置できる。これが測定結果の精度と信頼性を向上させる他の有利な処置である。
【００１８】
ここで、狭い配置と言う場合、センサ７またはコイル８，９と延べ棒１の半径方向の間隔ｄが 5〜 25 mmでの試験が優れた測定結果を与えることが認められる。最も信頼のおける測定結果は半径方向の間隔ｄを異なるようにし、例えば両方を異なる構成にすることも可能であるが、同じように形成し、同じ半径方向の間隔ｄにする方が通常有利である。例えば、両方のコイルを互いに或る半径方向の間隔にし、例えば同一面内に配置することも考えられるが、これは上に説明するように普通は好ましくない。
【００１９】
明らかなように、コイル８，９は好ましい配置の一つに相当するように、延べ棒１を囲み、軸Ａに対して同芯状に配置される。コイル８，９を、例えば偏平な巻線として形成し、これ等をそれ故延べ棒１の一方の縦側面にだけ配置することも考えられる。その場合、載置面２（図１）を回転駆動させるのが望ましい。
強すぎる熱に対して、センサ７と延べ棒１の間にある熱遮蔽体１１を通してセンサ７を配置し、延べ棒１を完全に囲む測定コイル８，９の場合、この熱遮蔽体が中空シリンダとして形成されていると有利である。熱遮蔽体の材料の選択には問題があることが分かっている。その理由は、主として信頼のおける測定となるため、熱遮蔽体を厚すぎる肉厚で形成しないことにある。肉厚ができる限り薄い場合には、耐火材料のような在来のセラミックス材料でひびや割れが生じやすい。非セラミックス材料、特に雲母を含む材料が上記の要請を最も良く満たすことが判明している。
【００２０】
熱遮蔽体１により、センサに作用する高すぎる温度が防止されるだけでなく、熱遮蔽体と加熱コイル４の間のリング状の空間内の温度も一様にする。他方、これにより、コイル本体１０に大きな温度負荷が加わらず、それ故、必然的に特に温度に対して安定であるため、コイル本体の材料の選択が容易になる。何れにせよ、熱遮蔽体により測定結果の精度と信頼性を向上する対策が得られる。それでも測定結果に影響を及ぼす異なる温度が生じれば、両方のコイル８，９の電流回路に通常の温度補償回路を挿入すればよい。
【００２１】
しかし、両方のコイル８，９またはセンサ７を冷却するような物理的あるいは感覚的な手段による温度補償が簡単である。それにはコイル本体１０に少なくとも一つの冷却流路１２を設け、この流路がコイル本体の外面全体を冷却するように、その回りにラセン状に通してあると有効である。この代わりに、分配されたリング状の流路１３から冷媒を複数の母線に沿って（即ち軸Ａに平行に），あるいは限定された角度範囲で延びる多数の冷却通路１４に配分させる。冷媒としては主に空気が使用される。何故なら、電気の不良導体として心配することが不要であるからである。空気は適当な供給源、例えばポンプ、貯蔵容器あるいは送風機からコイル本体１０の冷却流路１２に続く供給通路１６へ導入される。しかし、場合によって、延べ棒が立った姿勢の場合（図１参照），図示する強制通風なしでも、延べ棒の加熱により流れる対流空気で十分である。
【００２２】
加熱された空気の排出は、コイル本体の反対側の端部のところで行われるか、あるいは、例えば流路１４に平行に流れる排出流路を設け、これ等の排出流路でコイル本体１０の同じ側に空気を送る。当然、閉じた冷却系では水または他の冷却用の液体も使用できる。放熱には冷却フィンの設置も可能である。
特に測定コイル８，９，好適実施例では、更に少なくとも一つの加熱コイル４のある図３に示す回路は、電力供給回路１７，本来の測定回路１８，整流部１９および制御部２０に分割される。電力供給回路１７は当業者の専門知識の範囲内でその時の要請に合わせることができるが、測定回路１８は好ましくは発振回路として形成されている。その場合、コイル８，９は演算回路２１中、好ましくは図示の加算回路中に、つまり直列に測定回路の分岐路にある。この演算回路の目的は両方のコイルの測定値の相違を補償することにある。図示する直列回路は非常に簡単であるが、当業者には他の混合回路、つまり差動回路（補正のため差を使用）も使用できることは明らかである。図示の加算回路では、両方のコイルのインピーダンスが相乗的に作用して偶然や他の状況により生じる両方のコイル８，９の相違を補償する。
【００２３】
このように単純化したコイル８，９がコンデンサ２２を備えた発振回路の中にあると望ましい。それ故、液化や延べ棒１の固体成分により強い、または弱い振動、即ち大きいまたは小さい振幅が生じる。ここで、延べ棒１を加熱巻線４に初めて挿入する時、即ち未だ完全に固体の状態にある時、大体 100％の振動と仮定すれば、振幅のパーセント変化は、図４により後で説明するように、この振幅によりあるいは直接固体成分で表すことができる。当然、コイル８，９のインピーダンスの絶対値も演算回路２１の出力端で直接測定信号として利用することもでき、発振回路の影響を必要としない。測定信号の他の処理、例えばデジタルによる処理も考えられる。
【００２４】
図３によるこの実施例では、測定回路１８で得られた測定信号を単に変換する平滑回路または整流部１９が測定回路１８に接続している。その結果、発振回路１８の振動から積分値が得られる。これは、出力端に積分信号ｓを与える。この信号の時間変化は、延べ棒１を加熱する場合、図４に示してある。
このように変換された信号ｓは、手動で行われる制御方法あるいは調整方法を実施するために使用でき、この信号を読み取り、加熱を少なくとも一つの加熱コイル４で手動調整したり、所望の固体成分に達した時、加熱を中止する。もっとも、信号ｓを制御回路２０に導入して調整を自動的に行うと効果的である。
【００２５】
図３の単純化された実施例では、上記制御回路２０が単に一つのしきい値スイッチ２３を有し、その出力端にスイッチＳを操作する電磁コイル２４が接続している。このスイッチＳは回路２５中で加熱コイル４に直列接続されている。信号ｓがしきい値スイッチ２３のしきい値以下に低下すると、スイッチＳが開き、加熱コイル４の電源が切り離される。しきい値スイッチのしきい値は調整抵抗Ｒにより外部ら延べ棒１の所望固体成分に調整できると効果的である。
【００２６】
図４には、信号ｓを表す検査結果を示す。ここでは、横軸に時間を、縦軸に一方で延べ棒１の温度（左），他方で延べ棒１中のパーセント固体成分（この代わりに液体成分を選ぶこともできる）を示す。延べ棒１の温度を測定するため、３つの測温プローブ（パイロメータ）を外側、中間領域および軸Ａの部分の内部に向けた。曲線 th1は外側の温度に相当し、ここから加熱が行われ、他の温度より高い。曲線 th2は延べ棒の約 r/2のところの温度に、また曲線 th3は直接軸の領域で測定される温度である。
【００２７】
加熱が初期期間 t1 内でかなり急速に行われることが分かる。液体成分が顕著になり、信号ｓに僅かな屈曲点が認められると、加熱曲線は時間間隔 t2 の終わりで平坦になる。更に、加熱を続けると、時点 t2 以後、信号ｓが明らかに降下する。つまり、固体成分が低下する。その結果、特に信号ｓが完全に一義的で再現可能であるので、所望の固体成分を得るのに加熱をどこで中断するか問題になる。例えば、スイッチＳを切り換えることが時点 t3 で行われる。つまり信号しきい値 tv に達した時、行われるように、図３の抵抗Ｒを調整できる。
【００２８】
上に説明した理由（補償の可能性）から、測定コイル８，９を対にして配置することが望ましいが、奇数の配置、例えばただ一つのコイルの配置も考えられる。図５は２対の測定コイル８，９，８′，９′を共通の加算回路２１′中に配置する実施例を示す。図２では、上記の測定コイル８，９，８′，９′は延べ棒１の軸Ａに沿って配分されている。ここでは、全てのコイルが巻線とインピーダンスに関して同一の特性を有すると当然効果的であることを付記する。
【００２９】
回路１９で平滑化した後、変換された信号ｓはここでアナログ・デジタル変換器Ａ／Ｄに導入され、ここからデジタル信号でマイクロプロセッサμP または等価な制御回路に供給される。マイクロプロセッサμP には種々の構成部品を制御するため多数の出力配線が接続している。
従って、回転台３（図１）用のモータＭをモータ制御回路２６により制御することもできる。更に、信号変換回路２７，２７′（例えばモノステーブルマルチバイブレータ）が電磁石２４，２４′を制御するために接続されていて、異なる加熱巻線４の通電を異なる時点で止めることもできる。好ましい他の可能性としては、個々の加熱コイルの温度曲線を時間に関して変更するために、マイクロプロセッサμP の出力端に複数の電流制御回路を配置できる。
【００３０】
この発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、特に図４から明らかなように、信号ｓの可変が初めは比較的穏やかに滑らかな屈曲点で行われる。従って、この点を検出するため、特別なしきい値スイッチを設けともよいが、差動回路を配置するとより良く行われる。この回路は t2 の領域（図４）で明瞭な信号を出力し、これをスイッチ回路１９と２０に相当する検出回路で評価できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による固体成分測定装置を用いると、電磁石センサを使用しても、延べ棒の取扱を改善でき、特に測定の信頼性も高めている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用する装置の原理構成図、
【図２】この装置のこの発明による細部の図面、
【図３】図２の装置に付属する有利な実施構成の回路図、
【図４】図３の信号ｓを示すグラフ、
【図５】図３の実施例の図面。
【符号の説明】
１延べ棒
２載置面
３回転台
４加熱コイル
７センサ
８，９測定コイル
１１熱遮蔽体
１２〜１６冷却装置
１５流体駆動装置（送風機）
１７電源供給回路
１８測定回路（発振回路）
１９整流部
２０制御部
２１演算回路（加算回路）
２２コンデンサ
２３しきい値スイッチ
２４電磁コイル
２５回路
２６モータ制御回路

Claims

融点が７００°Ｃより低い金属から成る延べ棒（１）の近くに配置された測定コイル（８または９）を備えたセンサ（７）を用いて、加熱巻線（４）で誘導加熱される延べ棒（１）の固体成分を測定する装置において、前記センサ（７）が前記加熱巻線（４）と前記延べ棒（１）の間に配置されており、その際前記センサ（７）は、前記延べ棒（１）の周りに配置された少なくとも一対の測定コイル（８，９）を有することを特徴とする装置。
前記測定コイル（８，９，８′，９′）は、前記スラグ（１）の軸方向に対して間隔を保って配置されるとともに、互いに逆向きに巻装されている、および／または前記延べ棒（１）からの半径方向に対して同じ間隔（ｄ）を保って配置されており、前記対の測定コイルの出力信号が演算回路または加算回路（２１）に導入されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記延べ棒（１）とセンサ（７）の間には、雲母を含む材料のような非セラミックス材料から成る熱遮蔽体（１１）が介在していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
前記対の測定コイル（８，９；８′，９′）への異なる温度作用を補償するための補償装置（１２，１３，１４，１５，１６）を配備しており、この補償装置が、センサ（７）上において前記延べ棒（１）の回りをぐるりとラセン状に延びる少なくとも一つの冷却流路（１２〜１４）を配備した形の冷却装置（１２〜１６）で構成され、前記冷却装置が強制冷媒流用の流体駆動装置（１５）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
前記センサ（７）と延べ棒（１）の間の半径方向の間隔（ｄ）は 5〜 25 mm, または 8〜 20 mmであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の装置。
前記センサ（７）の測定コイル（８，９；８′，９′）は発振回路（１８）中にあり、その振幅の変化は、差動回路を有する検出回路により決定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の装置。
前記センサ（７）の出力端には、前記延べ棒（１）の加熱装置（４）および／または駆動装置（Ｍ）用の制御回路（２０）が接続していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の装置。