KR20220079483A - 주형 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법 및 측정 기기 - Google Patents

Abstract

주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법으로서,
a) 측정 시간 간격 (MZI) 동안 주형 (1) 에 배열되는 송신 코일 (2) 에 시간 전류 프로파일 (i(t)) 을 인가 (impressing) 하는 단계,
b) 측정 시간 간격 (MZI) 동안 수신 코일 (3) 에서 발생하는 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하는 단계로서, 수신 코일 (3) 은 송신 코일 (2) 에 유도적으로 결합되는, 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하는 단계,
c) 측정 시간 간격 (MZI) 내에서 시간 윈도우 (ZF) 을 선택하는 단계, 및
d) 선택된 시간 윈도우 내에서 측정된 시간 신호 프로파일을 평가하여 주조 레벨 (L) 을 결정하는 단계를 포함하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.

Description

주형 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법 및 측정 기기{Method and measuring instrument for measurement of the casting level in a mould}

본 발명은 주형 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법 및 측정 기기에 관한 것이다.

본 발명은 주조 레벨의 신뢰성 있는 측정을 가능하게 하는 주형 내의 주조 레벨의 측정을 위한 방법 및 측정 기기를 제공하는 목적에 기초한다.

주형에서 주조 레벨을 측정하는 방법은 다음 단계를 포함한다.

단계 a), 즉 측정 시간 간격 동안 주형에/상에 배열되는 송신 코일에 정의된 시간 전류 프로파일을 인가 (impressing) 하는 단계 (즉, 송신 코일에 정의된 시간 전류 프로파일을 유발시키는 단계).

단계 b), 즉 측정 시간 간격 동안 수신 코일에서 발생하는 시간 신호 프로파일을 측정하는 단계, 여기서 수신 코일은 주형 및 그 내용물을 통해 송신 코일에 유도 결합된다.

단계 c), 즉 측정 시간 간격 내에서 시간 윈도우를 선택하는 단계.

단계 d), 즉 선택된 시간 윈도우 내에서 측정된 시간 신호 프로파일을 평가하여 주조 레벨을 결정하는 단계.

일 실시예에서, 수신 코일에서 발생하는 시간 신호 프로파일은 송신 코일에 인가된 시간 전류 프로파일의 결과로서 수신 코일에서 유도되는 시간 전압 프로파일이다.

일 실시예에서, 미리 정의된 시간 전류 프로파일은 램프 형태, 특히 선형 램프 형태의 전류 프로파일이다. 전류 램프는 예를 들어 제로 암페어의 전류 크기에서 특정 최대 전류 크기까지 확장될 수 있으며, 여기서 전류 크기는 최대 전류 크기에 도달한 후 다시 제로로 감소된다. 그러면 이것은 예를 들어 톱니 전류 프로파일을 초래한다.

일 실시예에서, 미리 정의된 시간 전류 프로파일은 비정현파 전류 프로파일이다. 미리 정의된 시간 전류 프로파일은 특히 순수 정현파 및/또는 순수 구형파가 아니다.

일 실시예에서, 상기 방법은 하기 단계들을 더 포함한다: 선택된 시간 윈도우 내에서 측정된 시간 신호 프로필 또는 전류 프로파일의 기울기를 확인하고 확인된 기울기를 평가하여 주조 레벨을 확인하는 단계.

일 실시예에서, 측정 시간 간격 동안 송신 코일에 미리 정의된 시간 전류 프로파일을 인가하는 단계는 다음 단계를 포함한다: 시간 전류 설정포인트 값 프로파일을 지정하고 송신 코일을 통해 흐르는 전류를 조절하여 시간 전류 설정포인트 값 프로파일과 일치시키는 단계.

한 실시예에서, 단계 a), c) 및 d)는 연속적으로, 특히 주기적으로 반복된다. 물론, 단계 a) 내지 d)를 연속적으로, 특히 주기적으로 반복하는 것도 또한 가능하다.

일 실시예에서, 방법은 e) 주형 및 그 내용물을 통해 송신 코일에 유도적으로 결합되는 적어도 하나의 추가 수신 코일에서 측정 시간 간격 동안 발생하는 시간 신호 프로파일을 측정하는 단계, 및 f) 주조 레벨을 확인하기 위해 선택된 시간 윈도우 내에서 측정된 추가 시간 신호 프로파일을 평가하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서, 측정 시간 간격 내의 시간 윈도우는 주형의 기하학적 구조에 따라 선택된다.

측정 기기는 주형 내 주조 레벨의 측정을 위해 사용되고, 적어도 하나 또는 정확히 하나의 송신 코일, 적어도 하나 또는 정확히 하나의 수신 코일, 주형에 배열될 송신 코일 또는 코일들 내의 미리 정의된 시간 전류 프로파일을 유발하도록 설계되는 적어도 하나의 제어가능한 전류원, 송신 코일에 유도적으로 결합되는 수신 코일 또는 코일들에서 시간 신호 프로파일, 특히 시간 전압 프로파일을 측정하도록 설계되는 측정 장치, 및 주조 레벨을 확인하기 위해 측정된 시간 신호 프로파일을 평가하도록 설계되는 평가 장치를 포함한다.

일 실시예에서, 측정 기기는 전술한 방법을 수행하도록 설계된다.

주조 공장에서 액체 금속의 충전 레벨의 측정 (주조 레벨의 측정) 은 주조 공정에서 가장 중요한 측정 중 하나이다. 주조 공정 중 과충전 및 돌파 (breakthrough) 를 피하는 것 외에, 가능한 가장 빠르고, 가장 정확하며, 가장 신뢰할 수 있고 연속적인 측정은 종종 최종 제품의 품질 (결정 구조, 미세 구조) 에 매우 중요하다. 일반적으로 액체 금속의 높은 온도로 인해, 주조 레벨의 측정은 일반적으로 접촉 없이만 가능하다.

유도 와전류에 기초한 전자기 측정이 큰 주조 포맷(슬라브)에 대해 확립되었다. 방사 분석 측정과 대조적으로, 이 측정은, 한편으로는, 방사성 동위원소를 필요로 하지 않으며, 다른 한편으로는, 존재할 수도 있는 주조 분말이나 오일과 무관하다는 장점이 있다. 그러나 이 측정 방법의 단점은, 센서 시스템 근처에 있는 다른 전도성 재료의 존재, 및 그의 변화하는 전기적 특성에 대한 높은 민감도이다. 따라서, 주조 주형은 일반적으로 복잡한, 금속 구조(구리 코팅 주형, 강철 리셉터클) 이며, 액체 금속이 있는 턴디쉬 및 래들이 바로 근처에서 발견되는 한편, 액체 금속이 또한 주조 튜브 등에 존재한다. 재료의 전기적 특성과 이에 따른 와전류 응답은 온도에 크게 의존하기 때문에 온도 변화는 특히 이 측정 원리를 현저히 해친다. 케이킹을 방지하기 위해 주조 공정에 필요한 주조 주형의 진동도 이 방법에서는 눈에 띄는 방해 효과가 있다. 매우 강한 전자기장을 가진 자기 교반기 및 브레이크의 사용도 이 측정 기술에 방해 효과가 있다. 큰 포맷의 경우, 일반적으로 모든 방해 구조로부터 충분한 거리를 갖는 센서 위치가 발견되므로, 그의 변화 영향은 작다. 그러나, 작은 포맷의 경우, 모든 것이 너무 소형이라 방금 언급한 방해로 인해 이전의 와전류 방식을 유용하게 사용할 수 없다. 이 방법의 또 다른 단점은 매우 복잡한 교정으로서, 일반적으로 주조에 사용되는 액체 금속으로 수행할 수 없지만, 냉각 시 대체 재료로 수행되어야 하며, 그 결과 본질적으로 환경의 온도 의존적 영향을 고려할 수 없다는 것이다.

이제 또한 작은 주조 주형 포맷으로 유도 측정 원리를 사용할 수 있기 위해, 정의된 공간 영역, 즉 측정할 액체 금속만 발견되는 영역에서만 민감성 있는 방법이 필요하다.

와전류 측정의 경우와 달리, 본 발명에 따른 유도 측정 원리는 송신 코일의 (하나 또는 복수의 주파수에서의) 정현파(sinusoidal) 또는 구형파(rectangular) 여기로 동작하지 않지만, 예를 들어 램프 형상(ramp-shaped) 여기로 동작한다.

본 발명에 따라 주형에서 액체 금속의 충전 레벨을 측정하기 위해, 적합한(예를 들어, 램프 형상) 전류 프로파일이 주형에 적절하게 부착된 하나 또는 복수의 송신 코일에 인가(impress)된다. 코일 전류의 적절한 측정을 사용하여, 송신 코일(들)을 통한 전류는 설정 값 프로파일을 정확하게 추적하도록 만들어진다. 결과적으로, 송신 코일(들)의 온도 의존 저항은 여기 전류에 의해 생성된 자기장에 더 이상 거의 영향을 미치지 않는다.

이러한 방식으로 생성된 자기장은 이제 하나(또는 복수)의 수신 코일(들)에서 시간적 전압 프로파일을 유도한다. 이 시간적 전압 프로파일이 매우 높은 저항 방식으로 판독되면, 전압 프로파일은 수신 코일(들)의 전기 저항과 무관하며, 이에 의해 수신 코일(들)의 온도와 무관한데, 이는 무시 가능한 전류만이 수신 코일에 흐르기 때문이다.

송신 코일(들) 및 수신 코일(들) 근처에 전도성 재료가 없으면, 수신 코일(들)에 시간적 전압 프로파일이 유도되며, 이는, 램프 형상 여기의 경우에, 정전압에 대응한다. 전도성 재료(금속)의 존재시에, 이 시간적 전압 프로파일은 예를 들어 DE 10 2018 120 912 A1에 기재된 바와 같이 재료의 유형, 그의 양 및 그의 위치에 따라 특징적인 방식으로 수정된다.

t-축 (시간 축) 을 따른 시간적 전압 프로파일의 수정은 z-축(코일 표면에 수직인 공간 축)을 따른 거리와 상관된다는 것을 알아냈다. 최대 범위(침투 깊이)는 여기 램프의 지속 시간과 여기 코일을 통한 전류의 크기에 의해 결정된다.

t-축을 따른 적절한 영역 또는 적절한 시간 윈도우 (time window) 이 이제 시간적 전압 프로파일의 평가를 위해 선택되면, 이에 의해 측정의 민감성 영역은 측정할 액체 금속의 영역에만 민감성이 있는 방식으로 제한될 수 있다. 시간적 전압 프로파일의 적절한 매개변수가 이 시간 윈도우에서 결정되면(즉, 예를 들어, 램프 형상 여기의 경우 시간적 전압 프로파일의 기울기), 이것은 액체 금속의 충전 레벨과 상관된다.

시간적 전압 프로파일의 정확한 형태는, 특히, 송신 및 수신 코일(들) 의 형태, 주조 주형 내의 그 코일들의 위치, 주형 자체, 및 측정될 재료의 조성에 의존하며, 각각의 경우에 한번 또는 다수회 알려질 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른 측정 기기의 고도로 개략적인 블록도를 도시하고,
도 2 는 상이한 주조 레벨들에 따른 수신 코일에서 유도된 전압 프로파일의 특성들을 도시하고,
도 3 은 다수의 수신 코일들을 갖는 본 발명에 따른 측정 기기의 일 실시형태를 도시하고, 그리고
도 4 는 각각 2 개의 수신 코일들의 차동 판독에 의해 결정되는 2 개의 레퍼런스 포인트들을 갖는 충전 레벨 교정 곡선을 도시한다.

도 1 은 주형 (1) 내의 액체 금속 또는 주조 금속 (9) 의 주조 레벨을 측정하기 위한, 본 발명에 따른 측정 기기 (100) 의 고도로 개략적인 블록도를 도시한다.

측정 기기 (100) 는 주형 (1) 에/상에 배열된 송신 코일 (2) 을 포함한다.

측정 기기 (100) 는 또한 주형 (1) 에/상에 배열되고, 주형 (1) 및 주형 (1) 에 위치될 수도 있는 액체 금속 (9) 을 통해 송신 코일 (2) 에 유도 결합되는 수신 코일 (3) 을 더 포함한다.

측정 기기 (100) 는 측정 시간 간격 (MZI) 동안 송신 코일 (2) 에서 시간적으로 선형인 램프-형상의 전류 프로파일 (i(t)) 을 달성하도록 설계된 조절된 전류원 (6) 을 더 포함한다.

측정 기기 (100) 는 전류 프로파일 (i(t)) 의 결과로서 수신 코일 (3) 에서 유도되는 시간 전압 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하도록 설계된 측정 장치 (7) 를 더 포함한다.

측정 기기 (100) 는 주조 레벨 (L) 을 확인하기 위해 측정된 시간 전압 프로파일 (Ue(t)) 을 평가하도록 설계된 평가 장치 (8) 를 더 포함한다.

시간 윈도우 (ZF) 는 측정 시간 간격 (MZI) 내에서 선택되어 주조 레벨을 측정하고, 시간 윈도우 (ZF) 동안 수신 코일 (3) 에서 발생되거나 유도된 시간 전압 프로파일 (Ue(t)) 이 평가된다. 측정 시간 간격 (MZI) 내의 시간 윈도우 (ZF) 는 주형 (1) 의 기하학적 형상에 따라 선택된다.

도 2 는 상이한 주조 레벨들 (L1, L2) - 또한 도 4 참조 - 에 따라 수신 코일 (3) 에 유도되는 전압 프로파일 (Ue(t)) 의 기울기 (m1 또는 m2) 형태의 특성을 나타낸다. 주조 레벨 (L) 을 측정하기 위해, 평가 유닛 (8) 은 시간 윈도우 (ZF) 동안 결과적인 기울기 (m1 또는 m2) 를 확인하고, 그 후 기울기 (m1 또는 m2) 에 따라 주조 레벨 (L) 을 확인한다.

주조 레벨 (L) 의 연속적인 측정을 위해 전술한 단계들이 연속적으로 반복된다.

도 3 은 측정 기기 (100) 가 3 개의 수신 코일들 (3, 4 및 5) 을 포함하는 본 발명의 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 시간 윈도우 (ZF) 동안 수신 코일들 (3, 4 및 5) 에 유도된 모든 시간 전압 프로파일들이 측정되고 평가된다.

각각의 수신 코일 (3, 4 및 5) 에서의 시간 전압 프로파일 (Ue(t)) 의 정확한 형태는, 특히, 송신 코일 (2) 및 수신 코일들 (3, 4 및 5) 의 형태, 주조 주형 내의 코일들 (2 내지 5) 의 위치, 주형 자체, 및 특정 정도로, 또한 측정될 액체 금속 (9) 의 조성에 의존하며, 각 경우에 한 번 학습되어야만 한다.

차동 판독된 수신 코일 (4 및 5) 의 추가를 통해 충전 레벨 교정 곡선의 위치 및 형상이 후속하여 조정될 수 있다. 즉, 수신 코일 쌍들 (3/4 및 4/5) 에 기초한 차동 평가 신호 (AS1 또는 AS2) (도 4 참조) 는 충전 레벨 (L) 이 수신 코일 쌍 (3/4 또는 4/5) 의 2 개의 차동 판독된 수신 코일들 사이에 정확하게 위치될 때, 최대치에 도달하는 것이 발견되었다. 이 위치는 수신 코일들 (3, 4 및 5) 의 알려진 위치에 의해 정확하게 기계적으로 결정되기 때문에, 충전 레벨 교정 곡선은 따라서, 특히 스프루 주조 (sprue casting) 시 충분한 정확도로 후속적으로 조정될 수 있다.

도 4 는 이러한 충전 레벨 교정 곡선을 도시하며, 여기서 충전 레벨 (L) 은 전압 프로파일 (Ue(t)) 의 기울기 (m) 에 대해 도식화된다. 수신 코일들 (3 및 4) 의 전압 프로파일들 사이의 차동 신호 (AS1) 는 레퍼런스 포인트 (R1) 에서 최대치를 가지므로, 레퍼런스 포인트 (R1) 에서 기울기 (m1) 는 알려진 충전 레벨 (L1) 로 할당될 수 있다. 수신 코일들 (4 및 5) 의 전압 프로파일들 사이의 차동 신호 (AS2) 는 레퍼런스 포인트 (R2) 에서 최대치를 가지므로, 레퍼런스 포인트 (R2) 에서 기울기 (m2) 는 알려진 충전 레벨 (L2) 로 할당될 수 있다.

본 발명은 국부적으로 선택적인 분해능을 갖고 온도에 매우 독립적인 주조 주형들에서 전도성 재료들, 특히 액체 금속들의 충전 레벨들의 비접촉 측정을 위한 와전류들에 기초하지 않는 유도 측정 원리를 제공한다.

본 발명은, 코일 시스템 주변의 전도성 재료들을 방해하는 것과 독립적으로 주조 레벨의 신뢰성있는 측정을 가능하게 하며, 또한 용이하게 교정될 수 있다. 시간 윈도우 (ZF) 의 선택을 통해 민감한 영역을 용이하게 특정할 수 있기 때문에, 본 발명은 또한 소형 주조 주형 포맷들에도 적용가능하다.

Claims (11)

1. 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법으로서,
   a) 측정 시간 간격 (MZI) 동안 상기 주형 (1) 에 배열되는 송신 코일 (2) 에 시간 전류 프로파일 (i(t)) 을 인가 (impressing) 하는 단계,
   b) 상기 측정 시간 간격 (MZI) 동안 수신 코일 (3) 에서 발생하는 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하는 단계로서, 상기 수신 코일 (3) 은 상기 송신 코일 (2) 에 유도적으로 결합되는, 상기 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하는 단계,
   c) 상기 측정 시간 간격 (MZI) 내에서 시간 윈도우 (ZF) 를 선택하는 단계, 및
   d) 선택된 상기 시간 윈도우 (ZF) 내에서 측정된 상기 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 평가하여 상기 주조 레벨 (L) 을 결정하는 단계를 포함하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 수신 코일 (3) 에서 발생하는 상기 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 은 상기 송신 코일 (2) 에 인가된 상기 시간 전류 프로파일 (i(t)) 의 결과로서 상기 수신 코일 (3) 에서 유도되는 시간 전압 프로파일 (Ue(t)) 인 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   - 상기 시간 전류 프로파일 (i(t)) 은 램프 형상, 특히 선형 램프 형상의 전류 프로파일인 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 시간 전류 프로파일 (i(t)) 은 비정현파 및/또는 비구형파 시간 전류 프로파일인 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 선택된 시간 윈도우 (ZF) 내에서 상기 측정된 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 의 기울기 (m1, m2) 를 확인하는 단계, 및
   - 상기 주조 레벨 (L) 을 확인하기 위해 확인된 상기 기울기 (m1, m2) 를 평가하는 단계를 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 측정 시간 간격 (MZI) 동안 상기 송신 코일 (2) 에 상기 시간 전류 프로파일 (i(t)) 을 인가하는 단계는,
   - 시간 전류 설정포인트 프로파일을 지정하는 단계, 및
   - 상기 시간 전류 설정포인트 프로파일을 추적하기 위해 상기 송신 코일 (2) 을 통해 흐르는 전류 (i(t)) 를 조절하는 단계를 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 단계들 a), c) 및 d) 는 연속적으로, 특히 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   e) 상기 송신 코일 (2) 에 유도적으로 결합되는 적어도 하나의 추가 수신 코일 (4, 5) 에서 상기 측정 시간 간격 (MZI) 동안 발생하는 시간 신호 프로파일을 측정하는 단계, 및
   f) 상기 선택된 시간 윈도우 (ZF) 내에서 측정된 추가 시간 신호 프로파일을 평가하여 상기 주조 레벨 (L) 을 결정하는 단계를 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 측정 시간 간격 (MZI) 내의 상기 시간 윈도우 (ZF) 는 상기 주형 (1) 의 기하학적 구조에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 방법.
10. 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 측정 기기 (100) 로서,
    - 적어도 하나의 송신 코일 (2),
    - 적어도 하나의 수신 코일 (3, 4, 5),
    - 상기 적어도 하나의 송신 코일 (2) 에서 미리 정의된 시간 전류 프로파일 (i(t)) 을 유발하도록 설계되는 제어가능한 전류원 (6),
    - 상기 적어도 하나의 송신 코일 (2) 에 유도적으로 결합되는 상기 적어도 하나의 수신 코일 (3) 에서 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 측정하도록 설계되는 측정 기기 (7), 및
    - 상기 주조 레벨 (L) 을 확인하기 위해 상기 측정된 시간 신호 프로파일 (Ue(t)) 을 평가하도록 설계되는 평가 장치 (8) 를 포함하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 측정 기기 (100).
11. 제 10 항에 있어서,
    - 상기 측정 기기 (100) 는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 주형 (1) 내 주조 레벨의 측정을 위한 측정 기기 (100).

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