NO126607B

NO126607B -

Info

Publication number: NO126607B
Application number: NO264670A
Authority: NO
Inventors: Zinovy Naumovich Getselev
Original assignee: Kuibyshev Metall Z Im V I
Priority date: 1970-07-04
Filing date: 1970-07-04
Publication date: 1973-03-05

Description

Fremgangsmåte for forming av støpeblokker i Procedure for forming ingots i

en kontinuerlig støpeprosess for metaller. a continuous casting process for metals.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for regulering av støpeprosessen for metaller, mere spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for forming av en støpeblokk i en kontinuerlig og en halvkontinuerlig støpeprosess for metaller. The present invention relates to a method for regulating the casting process for metals, more particularly the invention relates to a method for forming a casting block in a continuous and a semi-continuous casting process for metals.

Det er kjent en fremgangsmåte for forming av støpeblokker ved en kontinuerlig og en halvkontinuerlig støpeprosess for metaller ved å påvirke en metallsmelte med et elektromagnetisk felt fra en induktor, hvoretter det følger en kjøling av støpeblokken. A method is known for forming ingots in a continuous and a semi-continuous casting process for metals by influencing a metal melt with an electromagnetic field from an inductor, after which cooling of the ingot follows.

Imidlertid sørger den kjente måte for danning av støpe-blokker ikke for opprettholdelsen av konstant tverrsnittsdimensjon for støpeblokken, da variasjoner av overflatenivået i støpeblokkens flytende sone opptrer ved støpingens startperiode og under støpe-prosessen på grunn av forskjellige forstyrrelser utenfra forårsaket f.eks. av en ikke jevn bevegelse av karet i støpemaskinen, eller en ukorrekt drift av systemet for automatisk nivåkontroll. However, the known way of forming ingots does not ensure the maintenance of a constant cross-sectional dimension for the ingot, as variations of the surface level in the ingot's floating zone occur at the start of casting and during the casting process due to various external disturbances caused e.g. of an uneven movement of the vessel in the casting machine, or an incorrect operation of the system for automatic level control.

Den vesentlige hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for forming av støpeblokker i en kontinuerlig eller halvkontinuerlig støpeprosess for metaller, hvilken fremgangsmåte gir konstant tverrdimensjon av støpeblokken også The essential purpose of the invention is to provide a method for forming ingots in a continuous or semi-continuous casting process for metals, which method provides a constant transverse dimension of the ingot as well

ved variasjoner av overflatenivået i støpeblokkens flytende sone. by variations of the surface level in the ingot's floating zone.

Denne hensikt og andre hensikter med oppfinnelsen oppnås med en fremgangsmåte for dannelse av støpeblokker under en kontinuerlig og en halvkontinuerlig støpeprosess for metaller som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den strøm som flyter gjennom induktoren reguleres i avhengighet av variasjonene i støpeblokkens flytende sone i forhold til en forutbestemt verdi. This purpose and other purposes of the invention are achieved with a method for forming ingots during a continuous and a semi-continuous casting process for metals which, according to the invention, is characterized by the fact that the current flowing through the inductor is regulated in dependence on the variations in the ingot's liquid zone in relation to a predetermined value.

Det er fordelaktig å regulere strømmen som går gjennom induktoren ved hjelp av et direkte motkoblet spenningssignal som tas direkte fra induktoren. It is advantageous to regulate the current passing through the inductor by means of a direct counter-coupled voltage signal taken directly from the inductor.

Videre er det hensiktsmessig å måle nivået for støpe-blokkens flytende sone, og omforme den målte verdi til et elektrisk signal som virker på den strøm som går gjennom induktoren i en retning som sørger for opprettholdelse av de forutbestemte tverrsnittsdimensjoner for den flytende sone i støpeblokken. Furthermore, it is appropriate to measure the level of the ingot's floating zone, and transform the measured value into an electrical signal that acts on the current passing through the inductor in a direction that ensures the maintenance of the predetermined cross-sectional dimensions for the floating zone in the ingot.

Andre formål og hensikter med oppfinnelsen fremgår av den følgende beskrivelse av et spesielt eksempel på utførelsen av oppfinnelsen, som er fremstilt på tegningen, som viser: Figur 1 en støpeblokk i det elektromagnetiske felt av induktoren, Other objects and purposes of the invention appear from the following description of a particular example of the implementation of the invention, which is shown in the drawing, which shows: Figure 1 a casting block in the electromagnetic field of the inductor,

figur 2 et skjematisk diagram av apparatet for gjennom-føring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figure 2 is a schematic diagram of the apparatus for carrying out the method according to the invention.

På figur 1 er det vist en støpeblokk 1 dannet i det elektromagnetiske felt av en induktor 2. Støpeblokken blir avkjølt ved hjelp av et system 3 for innmating av et kjølemedium. Figure 1 shows a casting block 1 formed in the electromagnetic field by an inductor 2. The casting block is cooled by means of a system 3 for feeding in a cooling medium.

Støpeblokken har en flytende sone A og en stivnet sone The ingot has a liquid zone A and a solidified zone

B, hvorved høyden av den flytende sone er angitt på tegningen med h. B, whereby the height of the floating zone is indicated on the drawing by h.

Ved hjelp av den ringformede elektromagnetiske induktor 2, :;>lir et alternerende elektromagnetisk felt dannet rundt det smeltede metall som føres til sonen for dannelse av støpeblokken, hvilket felt tilveiebringer krefter i det smeltede metall som er rettet inn i metallet og former det. I dette tilfellet får det smeltede metall den form og størrelse i tverrsnitt som foreskrevet og bestemt av den strøm som går gjennom induktoren. En kjøle-væske blir matet til sideflatene på metallblokken som dannes av det elektromagnetiske felt, slik at metallet blir delvis størknet i påvirkningssonen av det elektromagnetiske felt og størkner siden fullstendig under sin bevegelse, idet det således dannes en støpe-blokk. By means of the ring-shaped electromagnetic inductor 2, an alternating electromagnetic field is formed around the molten metal which is fed to the zone for forming the ingot, which field provides forces in the molten metal which are directed into the metal and shape it. In this case, the molten metal takes on the shape and size in cross-section as prescribed and determined by the current passing through the inductor. A cooling liquid is fed to the side surfaces of the metal block formed by the electromagnetic field, so that the metal is partially solidified in the zone of influence of the electromagnetic field and solidifies the side completely during its movement, thus forming a casting block.

Tverrsnittsdimensjonene til støpeblokken som skulle tilsvare en forutbestemt verdi avhenger av det elektromagnetiske trykk (strømmen til induktoren 2) og det metallostatiske trykk (høyden h til væskesonen A) på støpeblokken 1. De foreskrevne dimensjoner til støpeblokken oppnås hvis det elektromagnetiske trykk er likt med det metallostatiske trykk. Likevektstilstanden er kjennetegnet ved følgende formel: The cross-sectional dimensions of the ingot which should correspond to a predetermined value depend on the electromagnetic pressure (the current of the inductor 2) and the metallostatic pressure (the height h of the liquid zone A) of the ingot 1. The prescribed dimensions of the ingot are obtained if the electromagnetic pressure is equal to the metallostatic Print. The equilibrium state is characterized by the following formula:

hvor: where:

<p>> er metallets tetthet, <p>> is the density of the metal,

g er jordgravitasjonen, g is the Earth's gravity,

h er høyden av den flytende sone, h is the height of the floating zone,

K er en faktor som tar hensyn til geometriske para- K is a factor that takes into account geometric para-

metere i systemet, metallets ledningsevne og strøm-frekvens, meters in the system, the conductivity of the metal and current frequency,

I er induktorens strøm. I is the inductor current.

Ved nivåvariasjoner i støpeblokkens flytende sone (forandringer i høyden h) forårsaket av forstyrrelse utenfra, forandres tverrsnittsdimensjonene til støpeblokken. Således vil en økning av høyden av den flytende sone ved en konstant strøm i induktoren resultere i en økning av tverrsnittsdimensjonene til støpeblokken, da i dette tilfelle det metallostatiske trykk over-skrider det elektromagnetiske trykk. Dimensjonene til støpeblokken vil øke til det igjen er likhet i ligningen (1). In case of level variations in the casting block's floating zone (changes in height h) caused by external disturbance, the cross-sectional dimensions of the casting block change. Thus, an increase in the height of the liquid zone at a constant current in the inductor will result in an increase in the cross-sectional dimensions of the ingot, as in this case the metallostatic pressure exceeds the electromagnetic pressure. The dimensions of the ingot will increase until there is again equality in equation (1).

Ved variasjoner i den flytende fases høyde og dimensjoner vil de elektriske parametere til systemet induktor-smeltet metall forandres. F.eks. hvis den flytende fases høyde blir øket i for- In case of variations in the height and dimensions of the liquid phase, the electrical parameters of the inductor-molten metal system will change. E.g. if the height of the liquid phase is increased in pre-

hold til dens dimensjoner vil den totale motstand for systemet induktor-smeltet metall bli redusert. Som et resultet vil, hvis induktorens pålagte spenning bl ir holdt konstant, induktorstrømmen øke keep to its dimensions, the total resistance of the inductor-molten metal system will be reduced. As a result, if the inductor's applied voltage is kept constant, the inductor current will increase

og hindre en økning av støpeblokkens dimensjoner. and prevent an increase in the ingot dimensions.

Således oppnås det en delvis stabilisering av støpe-blokkens dimensjoner ved variasjoner av den flytende fases nivå. Til dette formål er det imidlertid nødvendig å stabilisere den pålagte spenning til induktorens tilkoblingspunkter. Stabiliseringen av spenningen blir gjennomført ved hjelp av en direkte motkobling. Thus, a partial stabilization of the casting block's dimensions is achieved by variations in the level of the liquid phase. For this purpose, however, it is necessary to stabilize the applied voltage to the inductor connection points. The stabilization of the voltage is carried out by means of a direct counter-connection.

Imidlertid vil stabiliseringen av den pålagte spenning til induktoren ikke bestandig tilveiebringe den ønskede konstante tverrsnittsdimensjon for støpeblokken. I disse tilfeller blir for å oppnå de krevede dimensjoner for støpeblokken induktor-strømmen fortrinnsvis korrigert til en verdi bestemt av den flytende fases nivåavvikelse fra en forutbestemt verdi. På figur 2 However, the stabilization of the applied voltage to the inductor will not always provide the desired constant cross-sectional dimension for the ingot. In these cases, in order to achieve the required dimensions for the ingot, the inductor current is preferably corrected to a value determined by the level deviation of the liquid phase from a predetermined value. On figure 2

er vist et blokkdiagram av apparatet for gjennomføring av fremgangsmåten for forming av støpeblokker. Apparatet omfatter en elektromagnetisk induktor 2 forbundet med en frekvensomformer 4 med en feltvikling 5 gjennom en nedtransformator 6, en spenningsreferanse 7 for fastsetting av spenningen til induktoren og forbundet over en likeretter 8 med et av inntakene på en summeringsinnretning 9, en måleinnretning 10 for måling av spenningen på inntakene til induktoren 2 forbundet over en likeretter 11 til det andre inntak på summeringsinnretningen 9, en effektforsterker 12 hvis inntak er forbundet med feltviklingen 5 på frekvensomformeren, en smelte-sone-nivåindikator 13 forbundet med en fasefølsom forsterker 15 over en omformer 14 for omvandling av nivåverdien til et elektrisk signal. Den fase-følsomme forsterker 15 er forbundet med en funk-sjonell enhet 16 forbundet med inntaket til effektforsterkeren 12. Det andre inntak til forsterkeren 12 er forbundet med uttaket på summeringsinnretningen 9. Måleren 10 for måling av spenningen på tilkoblingspunktene for induktoren 2 kan bli bygget rundt en trans-formator, idet summeringsinnretningen 9 kan være basert på en mag-netisk forsterker og nivåindikatoren 13 kan være en flottør. is shown a block diagram of the apparatus for carrying out the ingot forming method. The apparatus comprises an electromagnetic inductor 2 connected to a frequency converter 4 with a field winding 5 through a step-down transformer 6, a voltage reference 7 for determining the voltage of the inductor and connected via a rectifier 8 to one of the inputs of a summing device 9, a measuring device 10 for measuring the voltage at the inputs of the inductor 2 connected via a rectifier 11 to the other input of the summing device 9, a power amplifier 12 whose input is connected to the field winding 5 of the frequency converter, a melting zone level indicator 13 connected to a phase-sensitive amplifier 15 via a converter 14 for conversion of the level value into an electrical signal. The phase-sensitive amplifier 15 is connected to a functional unit 16 connected to the input of the power amplifier 12. The other input to the amplifier 12 is connected to the output of the summing device 9. The meter 10 for measuring the voltage at the connection points of the inductor 2 can be built around a transformer, the summing device 9 can be based on a magnetic amplifier and the level indicator 13 can be a float.

Den funksjonelle enhet 16 kan være bygget rundt et lineært i seksjoner oppdelt potensiometer som sørger for oppfyllelsen av ligningen The functional unit 16 may be built around a linearly sectioned potentiometer which ensures the fulfillment of the equation

hvor: where:

A I er en økning i induktorstrømmen A I is an increase in inductor current

Ah er den flytende fases nivåavvikelse fra en for- Ah is the level deviation of the liquid phase from a pre-

ut bestemt verdi, out specific value,

er proporsjonalitetskonstanten is the proportionality constant

Ligningen (2) er en lineær tilnærming til ligningen (1) og kan benyttes på grunn av det faktum at ved reelle betingelser er nivåavvikelsene (Ah) for den flytende fase tilstrekkelig små. I dette tilfelle avhenger faktoren av det valgte arbeidspunkt på kurven som er oppsatt i samsvar med ligning (1). Equation (2) is a linear approximation to equation (1) and can be used due to the fact that under real conditions the level deviations (Ah) for the liquid phase are sufficiently small. In this case, the factor depends on the selected working point on the curve which is set up in accordance with equation (1).

Stabiliseringen av spenningen ved tilkoblingspunktene The stabilization of the voltage at the connection points

på induktoren 2 blir gjennomført ved hjelp av en direkte motkobling, dvs. signalet fra uttaket på måleren 10 for måling av spenningen på induktoren blir gjennom likeretteren 11 tilført et av inntakene til summeringsinnretningen 9, hvis andre inntak blir matet med et signal fra uttaket på referansen 7 gjennom likeretteren 8, idet signalet svarer til den krevede spenning for induktoren 2; feil-signalet fra uttaket på summeringsinnretningen 9 blir matet til effektsforsterkeren 12 som lades gjennom feltviklingen 5 av frekvensomformeren 4 som mater induktoren 2. on the inductor 2 is carried out by means of a direct feedback, i.e. the signal from the outlet on the meter 10 for measuring the voltage on the inductor is fed through the rectifier 11 to one of the inputs of the summing device 9, whose other input is fed with a signal from the outlet on the reference 7 through the rectifier 8, the signal corresponding to the required voltage for the inductor 2; the error signal from the outlet on the summing device 9 is fed to the power amplifier 12 which is charged through the field winding 5 by the frequency converter 4 which feeds the inductor 2.

Reguleringen av strømmen i induktoren 2 blir gjennom-ført på følgende måte. Signalet fra uttaket på nivåføleren 13, The regulation of the current in the inductor 2 is carried out in the following way. The signal from the outlet on the level sensor 13,

som er proporsjonal med den flytende sones nivåavvikelser fra den forut bestemte verdi, blir matet til omformeren 14 som omdanner nivåforskyvningen til et elektrisk signal, og signalet blir så tilført inntaket på den fasefølsomme forsterker 15, hvis uttak gjennom funksjonsenheten 16 er forbundet med inntaket på effektforsterkeren 12 som lades gjennom feltviklingen 5 av frekvensomformeren 4, som mater den elektromagnetiske induktor 2. which is proportional to the floating zone's level deviations from the predetermined value, is fed to the converter 14 which converts the level shift into an electrical signal, and the signal is then supplied to the input of the phase-sensitive amplifier 15, whose output through the function unit 16 is connected to the input of the power amplifier 12 which is charged through the field winding 5 of the frequency converter 4, which feeds the electromagnetic inductor 2.

Fordelene ved den foreslåtte metode for forming av støpeblokker i en kontinuerlig og en halvkontinuerlig støpeprosess for metaller består i oppnåelsen av en stor nøyaktighet for tverr-snittsdimens jonene til støpeblokken ved variasjoner av den flytende fases nivå, og dette er særlig viktig når det støpes blokker av høytsmeltende metaller, f.eks. stål, når støpeblokkene har små tverrsnitt, og det støpes ved en høy støpehastighet, da i disse tilfeller de kjente reguleringssystemer ikke sørger for en krevet nøyaktighet i reguleringen av nivået for den flytende sone. The advantages of the proposed method for forming ingots in a continuous and a semi-continuous casting process for metals consist in the achievement of a high accuracy for the cross-sectional dimensions of the ingot by variations in the level of the liquid phase, and this is particularly important when ingots are cast from high-melting metals, e.g. steel, when the casting blocks have small cross-sections, and it is cast at a high casting speed, as in these cases the known regulation systems do not provide the required accuracy in regulating the level of the liquid zone.

Claims

1. Method for forming ingots in a continuous and semi-continuous casting process for metals by means of an electromagnetic field from an inductor (2) which acts on the molten metal, as it cools, characterized in that the current passing through the inductor (2 ) is regulated depending on the dimensional deviations of the casting block (1) floating zone (A) from a predetermined value.

2. Method according to claim 1, characterized in that the current passing through the inductor (2) is regulated by means of a signal of a directly counter-coupled voltage which is taken directly from the inductor (2).

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the level of the floating zone (A) of the casting block (1) is measured, and that the measured quantity is transferred to an electrical signal, which acts on the current passing through the inductor (2) in a direction which ensures the maintenance of the predetermined cross-sectional dimensions for the floating zone (A) of the casting block (1).