RU2015827C1 - Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting - Google Patents

Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting Download PDF

Info

Publication number
RU2015827C1
RU2015827C1 SU5003531A RU2015827C1 RU 2015827 C1 RU2015827 C1 RU 2015827C1 SU 5003531 A SU5003531 A SU 5003531A RU 2015827 C1 RU2015827 C1 RU 2015827C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ingot
temperature
optical fibers
fiber
continuous casting
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Александрович Ляхов
Александр Иванович Минченко
Александр Евгеньевич Резников
Original Assignee
Геннадий Александрович Ляхов
Александр Иванович Минченко
Александр Евгеньевич Резников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Геннадий Александрович Ляхов, Александр Иванович Минченко, Александр Евгеньевич Резников filed Critical Геннадий Александрович Ляхов
Priority to SU5003531 priority Critical patent/RU2015827C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2015827C1 publication Critical patent/RU2015827C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method of pyrometric multicolored measurement of continuous casting ingot surface temperature provides for measurements of heat emission are exercised in the most probable crack creation places directly in the zone of primary cooling in the crystallizer by fiber glass light guides, cooled due to warm contact with cooled working walls of the crystallizer. Apparatus, that realizes the method, has a fiber glass - optical probe, that is connected by fiber glass light guides with multicolored pyrometer, output signal of which serves to detect cracks and to control parameters of manufacturing process. In the case the probe is located in the crystallizer due to heat conducting matrix and its cooling through heat contact with walls provides decrease of own emission of the light guides. EFFECT: method and apparatus are used in systems of control of constant metal casting manufacturing processes. 2 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике измерения в технологическом процессе непрерывной разливки металла и может быть использовано в системах оперативного контроля и автоматического управления для определения рационального режима ведения технологического процесса непрерывной разливки с целью достижения максимально возможной производительности разливки и уменьшения числа прорывов металла под кристаллизатором при высоком выходе годной продукции за счет непоcредственного измерения температуры поверхности слитка в зоне его первичного охлаждения, выявления трещин слитка еще до его выхода из кристаллизатора машины непрерывной разливки металла. The invention relates to a measurement technique in a continuous metal casting process and can be used in operational control and automatic control systems to determine the rational mode of a continuous casting process in order to achieve the maximum possible casting productivity and reduce the number of metal breakthroughs under the mold with a high yield due to direct measurement of the surface temperature of the ingot in the zone of its primary oh deposition, identification of cracks of the ingot before it exits the mold of the continuous casting machine.

Известен способ получения информации о характере процесса формирования оболочки непрерывного слитка в кристаллизаторе по усилию вытягивания слитка из кристаллизатора и устройство для реализации этого способа, в котором в качестве измерителей усилия вытягивания используются тензометрические или магнитострикционные силоизмерительные датчики (см., например, [1] Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. - М.: 1990, с.273). There is a method of obtaining information about the nature of the process of forming a shell of a continuous ingot in the mold by the pulling force of the ingot from the mold and a device for implementing this method, in which tensometric or magnetostrictive force-measuring sensors are used as measuring instruments for the pulling force (see, for example, [1] Popandopulo I .K., Mikhnevich Yu.F. Continuous casting of steel. - M .: 1990, p.273).

Недостатком такого способа является неоднозначность получаемой информации, поскольку величина усилия вытягивания слитка зависит от состояния стенок кристаллизатора, подачи смазки и других факторов. Кроме того, на современных машинах непрерывной разливки, где используются качающиеся кристаллизаторы, усилие вытягивания доступно измерениям только при противоходе кристаллизатора. Таким образом, при использовании этого метода контроля за параметрами технологического процесса выявить трещины в слитке по данным измерений нельзя. О возрастании вероятности трещинообразования косвенно судят по увеличению силы вытягивания слитка, однако такие суждения не всегда достоверны, поскольку не всякое трещинообразование сопровождается увеличением силы вытягивания и наоборот - увеличение силы вытягивания не всегда вызывает появление трещин. Метод не обеспечивает оперативности управления технологическим процессом по параметру трещинообразования. The disadvantage of this method is the ambiguity of the information obtained, since the magnitude of the pulling force of the ingot depends on the state of the walls of the mold, the supply of lubricant and other factors. In addition, on modern continuous casting machines where swing molds are used, the pulling force is available to measurements only when the mold is countercurrent. Thus, when using this method of monitoring the parameters of the technological process, it is impossible to identify cracks in the ingot according to the measurement data. The increase in the likelihood of cracking is indirectly judged by the increase in the pulling force of the ingot, but such judgments are not always reliable, since not all cracking is accompanied by an increase in the pulling force and vice versa - an increase in the pulling force does not always cause cracks. The method does not provide the efficiency of process control by the parameter of crack formation.

Известен способ автоматического регулирования теплового режима кристаллизатора машины непрерывного разлива металла, который основан на измерении температуры охлаждающей воды в кристаллизаторе. Температура воды на входе и выходе из кристаллизатора измеряется термометрами сопротивления с последующим алгебраическим суммированием сигналов от датчиков температурного перепада, а истинная температура непрерывноотливаемого слитка для целей системы автоматического управления измеряется только в зоне вторичного охлаждения [1, 282]. A known method of automatically controlling the thermal regime of the mold of a continuous metal spill machine, which is based on measuring the temperature of cooling water in the mold. The water temperature at the inlet and outlet of the mold is measured by resistance thermometers with subsequent algebraic summation of the signals from the temperature difference sensors, and the true temperature of the continuously cast ingot for the purposes of the automatic control system is measured only in the secondary cooling zone [1, 282].

Недостаток этого метода в его достаточно большой инерционности, а также в том, что при его использовании о режиме первичного охлаждения слитка информация поступает только в косвенной форме через усредненную температуру кристаллизатора, тогда как основной интерес представляет температура поверхности слитка. The disadvantage of this method is its rather large inertia, as well as the fact that when it is used about the mode of primary cooling of the ingot, information comes only in indirect form through the average temperature of the mold, while the surface temperature of the ingot is of primary interest.

Известен способ измерения действительной температуры объектов двухцветным (или многоцветным) пирометром спектрального отношения (Основные понятия и современные методы измерения температур. Т.3. Ч.1. Под ред. А.Н.Гордова и И.В.Подмошенского. - М.: 1967, с.227-232). Излучение объекта, температура которого подлежит измерению, подается на входную щель оптического монохроматора, механической системой сканирования которого выделяются наперед заданные длины волн, отношение интенсивности которых измеряется одним фотоприемником в последовательные моменты времени. A known method of measuring the actual temperature of objects with a two-color (or multi-color) spectrometer pyrometer (Basic concepts and modern methods of temperature measurement. T.3. Part 1. Edited by AN Gordov and IV Podmoshensky. - M: 1967, p. 227-232). The radiation of an object whose temperature is to be measured is fed to the entrance slit of an optical monochromator, the mechanical scanning system of which identifies the predetermined wavelengths in advance, the intensity ratio of which is measured by a single photodetector at successive times.

Основным недостатком конструкции пирометра является наличие механического сканирования и необходимость его механической перестройки и смены специальной маски при изменении выбора длин волн, что ухудшает точность измерений, поскольку принуждает вести не на оптимальных для остывшего до данной температуры слитка длинах волн, а на тех, которые оказываются наперед заданными конструкцией пирометра. Кроме того, этот пирометр не допускает одновременного измерения температуры поверхности объекта в нескольких точках, что делает невозможным его использование для выявления трещин. Этот пирометр из-за относительно больших габаритов не может использоваться в труднодоступных местах или в непосредственной близости от высокотемпературных технологических установок. The main drawback of the pyrometer design is the presence of mechanical scanning and the need for mechanical restructuring and changing of a special mask when changing the choice of wavelengths, which impairs the accuracy of measurements, since it forces wavelengths that are not optimal for the ingot to cool to the given temperature, but those given by the pyrometer design. In addition, this pyrometer does not allow simultaneous measurement of the surface temperature of an object at several points, which makes it impossible to use it to detect cracks. Due to its relatively large dimensions, this pyrometer cannot be used in hard-to-reach places or in the immediate vicinity of high-temperature technological installations.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ и устройство измерения температуры в металлургическом процессе пирометрического типа на волоконных световодах. The closest in technical essence and the achieved effect is the method and device for measuring temperature in the metallurgical process of the pyrometric type on optical fibers.

Указанный способ заключается в пирометрическом определении на двух длинах волн распределения температуры на поверхности нагретого слитка в зоне вторичного охлаждения с последующей обработкой данных о температуре. The specified method consists in pyrometric determination at two wavelengths of the temperature distribution on the surface of the heated ingot in the secondary cooling zone with subsequent processing of temperature data.

Недостаток способа состоит в том, что измерения выполняются на сформированном слитке, который уже поступил в зону вторичного охлаждения, где происходит выравнивание температуры внутренних частей слитка с температурой его поверхности. Таким образом, в зоне вторичного охлаждения яркостная температура трещин приближается к яркостной температуре поверхности и выявление трещин становится сначала затруднительным, по мере выравнивания распределения температуры в объеме слитка - и принципиально невозможным. Кроме того, проведение измерений в зоне вторичного охлаждения может дать информацию только об уже сформировавшихся трещинах и в результате не достигается требуемая достоверность и оперативность управления технологическим процессом. The disadvantage of this method is that the measurements are performed on the formed ingot, which has already entered the secondary cooling zone, where the temperature of the inner parts of the ingot is aligned with the temperature of its surface. Thus, in the secondary cooling zone, the brightness temperature of cracks approaches the brightness temperature of the surface and crack detection becomes difficult at first, as the temperature distribution in the bulk of the ingot becomes equalized, and is fundamentally impossible. In addition, measurements in the secondary cooling zone can give information only about already formed cracks and as a result, the required reliability and efficiency of process control are not achieved.

Устройство, реализующее этот способ измерений, содержит волоконно-оптический зонд, связанный волоконно-оптическим жгутом с оптическим сканером. Оптический зонд состоит из термостойких кварцевых стержней, расположенных в ряд таким образом, чтобы излучение из разных точек нагретой поверхности слитка попадало на их торцы и, пройдя стержни, вводилось в волоконные световоды, образующие волоконно-оптический жгут. Зонд имеет систему воздушного охлаждения. Выходные торцы световодов жгута расположены перед системой оптикомеханического сканера таким образом, чтобы излучение из каждого волоконного световода при механическом сканировании поочередно попадало на вход спектрального прибора, представляющего собой систему измерения температуры по методу двух цветов, состоящую из светоделительного зеркала и двух фильтров, за которыми расположены фотоприемники, выход которых через блок обработки сигналов фотоприемников соединен с блоком анализа данных, предназначенным для вычисления истинной температуры поверхности слитка. A device that implements this measurement method comprises a fiber optic probe coupled by a fiber optic bundle to an optical scanner. An optical probe consists of heat-resistant quartz rods arranged in a row so that radiation from different points of the heated surface of the ingot falls on their ends and, passing the rods, is introduced into fiber optic fibers forming a fiber optic bundle. The probe has an air cooling system. The output ends of the bundle optical fibers are located in front of the optomechanical scanner system so that the radiation from each fiber during mechanical scanning alternately hits the input of a spectral instrument, which is a two-color temperature measurement system consisting of a beam splitter and two filters, behind which photodetectors are located , the output of which through the signal processing unit of the photodetectors is connected to the data analysis unit, designed to calculate true the temperature of the ingot surface.

Устройство работает следующим образом. Излучение, испускаемое различными точками поверхности горячего слитка во вторичной зоне охлаждения, воспринимается оптическим зондом и по оптическому жгуту передается к оптико-механическому сканеру, который последовательно во времени передает излучение с каждого световода на вход спектрального прибора системы измерения температуры по методу двух цветов. The device operates as follows. The radiation emitted by various points on the surface of the hot ingot in the secondary cooling zone is sensed by an optical probe and transmitted through an optical harness to an optical-mechanical scanner, which sequentially transmits radiation from each fiber to the input of the spectral device of the temperature measuring system using the two-color method.

Наличие механического оптического переключателя снижает как надежность измерителя, так и его быстродействие, а значит, учитывая движение отливки, и пространственное разрешение на ее поверхности. Кроме того, для волоконно-оптических пирометрических зондов принципиально важно, чтобы температура чувствительного волоконного световода в процессе измерений оставалась достаточно низкой, с тем чтобы собственное излучение нагретого материала волоконных световодов давало пренебрежимо малый вклад в сигнал фотоприемника. Это требует интенсивного охлаждения волоконных световодов на приемном конце волоконно-оптического зонда: воздушного или водяного. Из-за системы охлаждения габариты зонда значительно возрастают. The presence of a mechanical optical switch reduces both the reliability of the meter and its speed, which means that, given the motion of the casting, and the spatial resolution on its surface. In addition, for fiber-optic pyrometric probes, it is fundamentally important that the temperature of the sensitive fiber during the measurement process remains sufficiently low so that the intrinsic emission of the heated material of the optical fibers gives a negligible contribution to the photodetector signal. This requires intensive cooling of the optical fibers at the receiving end of the optical fiber probe: air or water. Due to the cooling system, the dimensions of the probe increase significantly.

Целью изобретения является повышение оперативности и достоверности контроля технологического процесса непрерывной разливки металла. The aim of the invention is to increase the efficiency and reliability of the control process of continuous casting of metal.

Цель достигается тем, что в известном способе контроля непрерывной разливки металла, включающем измерение двухцветным пирометром температуры непрерывноотливаемого слитка путем восприятия и передачи теплового излучения на фотоприемники волоконными световодами, измерение температуры поверхности слитка производится в зоне первичного охлаждения. The goal is achieved by the fact that in the known method for monitoring continuous metal casting, including measuring a temperature of a continuously cast ingot by a two-color pyrometer by sensing and transferring thermal radiation to photodetectors with fiber optic fibers, the surface temperature of the ingot is measured in the primary cooling zone.

В основе способа контроля процесса непрерывной разливки металла лежит зависимость локальной температуры поверхности от толщины образующейся корочки слитка, затвердевающего в первичной зоне охлаждения. Места зарождающихся трещин характеризуются повышенной температурой, приближающейся к температуре жидкой сердцевины слитка, тогда как области бездефектной кристаллизации характеризуются более низкой температурой. Причем в зоне первичного охлаждения разность температур между участками образующихся дефектов и бездефектными участками максимальна, а по мере остывания слитка и утолщения корочки эта разность температур уменьшается, выравниваясь до полного исчезновения в зоне вторичного охлаждения. Так, например, при непрерывной разливке стали температура поверхности слитка в пределах зоны первичного охлаждения изменяется от температуры жидкого металла (не выше 1900 К) до температуры, характерной для входа в зону вторичного охлаждения (не ниже 1100 К). The method for monitoring the process of continuous casting of metal is based on the dependence of the local surface temperature on the thickness of the formed crust of the ingot, which hardens in the primary cooling zone. Places of nascent cracks are characterized by an elevated temperature approaching the temperature of the liquid core of the ingot, while regions of defect-free crystallization are characterized by a lower temperature. Moreover, in the primary cooling zone, the temperature difference between the areas of the formed defects and the defect-free areas is maximum, and as the ingot cools and the crust thickens, this temperature difference decreases, equalizing until it disappears completely in the secondary cooling zone. So, for example, during continuous casting of steel, the surface temperature of the ingot within the primary cooling zone changes from the temperature of the liquid metal (not higher than 1900 K) to the temperature characteristic of entering the secondary cooling zone (not lower than 1100 K).

Максимальная чувствительность способа выявления трещинообразования достигается соответствующим выбором длины волны λo , на которой ведется регистрация и которая обеспечивает максимальную зависимость потока излучения от изменений температуры. Адекватные измеряемому диапазону температур значения могут быть найдены из модифицированной формы уравнения Планка для спектрального распределения лучистой энергии как функции температуры:
dE= ε(λ)AI(λ, T)dλ= ε(λ)AC

Figure 00000001
exp
Figure 00000002
Figure 00000003
-1
Figure 00000004
dλ, (1) где dЕ - лучистая энергия, излучаемая в единицу времени в интервале длин волн dλ;
ε(λ) - спектральный коэффициент черноты излучения;
А - площадь, излучающая лучистую энергию;
I(λ, T) - энергия, излучаемая в единицу времени с единицы площади в единичном интервале длин волн внутри телесного угла 2 π;
λ - длина волны;
Т - абсолютная температура;
С1 = 3,7418 ˙ 10-16 Вт ˙ м2;
С2 = 1,43879˙ 10-2 м ˙ К.The maximum sensitivity of the method for detecting cracking is achieved by the appropriate choice of the wavelength λ o , which is recorded and which provides the maximum dependence of the radiation flux on temperature changes. Values appropriate to the measured temperature range can be found from a modified form of the Planck equation for the spectral distribution of radiant energy as a function of temperature:
dE = ε (λ) AI (λ, T) dλ = ε (λ) AC
Figure 00000001
exp
Figure 00000002
Figure 00000003
-1
Figure 00000004
dλ, (1) where dЕ is the radiant energy radiated per unit time in the wavelength range dλ;
ε (λ) is the spectral coefficient of radiation blackness;
A is the area emitting radiant energy;
I (λ, T) is the energy radiated per unit time from a unit area in a unit wavelength interval within a solid angle of 2 π;
λ is the wavelength;
T is the absolute temperature;
C 1 = 3.7418 ˙ 10 -16 W ˙ m 2 ;
C 2 = 1.43879˙ 10 -2 m ˙ K.

Оценки на основе (1) показывают, что для диапазона измеряемых температур поверхности слитка 900-1600 К значение λo должно находиться в пределах от 0,6 до 0,7 мкм. Тогда при ширине спектрального пропускания регистратора Δ λ = 0,1 мкм излучение, собранное с площадки диаметром 0,25 мм на поверхности нагретого до Т = 1273 К слитка, составляет dE ≈ 10-7 Вт, причем изменение температуры Т на 1% вызывает изменение потока излучения dE на 20% . Чтобы достичь такой же чувствительности при температуре слитка выше 1600 К значение λoдолжно выбираться в дипазоне 0,4-0,5 мкм. Далее оценки показывают, что по мере остывания слитка значение оптимальной волны регистрации λoувеличивается, а зависимость потока теплового излучения dE от температуры Т становится более слабой, сходя практически на нет при температурах, характерных для зоны вторичного охлаждения.Estimates based on (1) show that for the range of measured temperatures of the surface of the ingot 900-1600 K, the value of λ o should be in the range from 0.6 to 0.7 μm. Then, when the spectral transmission bandwidth of the recorder is Δ λ = 0.1 μm, the radiation collected from a site with a diameter of 0.25 mm on the surface of an ingot heated to T = 1273 K is dE ≈ 10 -7 W, and a change in temperature T by 1% causes a change radiation flux dE by 20%. In order to achieve the same sensitivity at an ingot temperature above 1600 K, the value of λ o must be selected in the range of 0.4-0.5 microns. Further estimates show that as the ingot cools, the value of the optimal recording wave λ o increases, and the dependence of the heat radiation flux dE on temperature T becomes weaker, almost vanishing at temperatures characteristic of the secondary cooling zone.

Для достоверного выявления трещин в затвердевающей корочке слитка необходимо определять температуру малых участков безотносительно к их излучательной способности ε (λ) , зависящей как от состояния поверхности этих малых участков, так и от ее микрогеометрии (углубление или выпуклость). Такую возможность открывает метод измерения отношения интенсивностей:
R =

Figure 00000005
=
Figure 00000006
, (2) где Е1 и Е2 - энергия, испускаемая поверхностью слитка на длинах волн λ1 и λ2 в спектральных интервалах Δ λ1 и Δ λ2
С учетом закона Вина из (2) следует:
R =
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
exp
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
-
Figure 00000014
. (3)
Откуда решение относительно температуры Т:
T=C
Figure 00000015
-
Figure 00000016
ln
Figure 00000017
Figure 00000018
R
Figure 00000019
. (4)
Для практически важного случая непрерывной разливки стали, когда разность температур между поверхностью нормально остывающей корочки слитка и кратером зарождающейся трещины достигает десятков и сотен градусов, достаточным оказывается измерение интенсивности теплового излучения только на двух длинах волн λ1 и λ2. При необходимости повысить точность измерений используются данные, полученные на трех длинах волн λ1, λ2 и λ3. Оценки эффективности заявляемого способа показывают, что дальнейшее увеличение количества спектральных каналов, усложняя реализующие способ устройства, не дает существенного выигрыша в точности определения локальной температуры слитка. Таким образом для реализации способа выбираются два или три спектральных канала.For reliable detection of cracks in the hardening crust of the ingot, it is necessary to determine the temperature of small sections regardless of their emissivity ε (λ), which depends on both the surface condition of these small sections and its microgeometry (indentation or bulge). This possibility opens up a method of measuring the ratio of intensities:
R =
Figure 00000005
=
Figure 00000006
, (2) where Е 1 and Е 2 are the energy emitted by the surface of the ingot at wavelengths λ 1 and λ 2 in the spectral ranges Δ λ 1 and Δ λ 2
In view of the Wien law, from (2) it follows:
R =
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
exp
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
-
Figure 00000014
. (3)
Where does the decision regarding temperature T come from:
T = c
Figure 00000015
-
Figure 00000016
ln
Figure 00000017
Figure 00000018
R
Figure 00000019
. (4)
For the practically important case of continuous casting of steel, when the temperature difference between the surface of a normally cooling ingot crust and the crater of an incipient crack reaches tens and hundreds of degrees, it is sufficient to measure the intensity of thermal radiation at only two wavelengths λ 1 and λ 2 . If necessary, to increase the accuracy of measurements, data obtained at three wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 are used . Evaluation of the effectiveness of the proposed method shows that a further increase in the number of spectral channels, complicating the device implementing the method, does not give a significant gain in the accuracy of determining the local temperature of the ingot. Thus, two or three spectral channels are selected to implement the method.

Следовательно, измерение распределения температуры на поверхности слитка именно в зоне первичного охлаждения, повышая оперативность и достоверность контроля технологического процесса непрерывной разливки металла, обеспечивает достижение поставленной цели. Therefore, measuring the temperature distribution on the surface of the ingot in the primary cooling zone, increasing the efficiency and reliability of the control of the continuous metal casting process, ensures the achievement of the goal.

Устройство, реализующее заявляемый способ контроля, содержит волоконно-оптический зонд, связанный передающими волоконными световодами со входом спектрального прибора, выход которого через блок обработки сигналов фотоприемников и блок анализа данных соединен с системой управления технологическими параметрами процесса непрерывной разливки металла. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что волоконно-оптический зонд для съема излучения с поверхности разогретого слитка выполнен в виде набора волоконных световодов, помещенных в теплопроводящую матрицу, находящуюся в тепловом контакте с охлаждаемыми стенками кристаллизатора и размещенную в нем в местах наиболее вероятного трещинообразования. При этом входные торцы волоконных световодов обращены к излучающей поверхности слитка и заглублены по отношению к рабочей поверхности кристаллизатора на глубину не более 1,5 мм. A device that implements the inventive control method comprises a fiber-optic probe connected by transmitting optical fibers to the input of a spectral device, the output of which is connected to the control system of technological parameters of the process of continuous casting of metal through the signal processing unit of the photodetectors and the data analysis unit. A distinctive feature of the proposed device is that the fiber-optic probe for picking up radiation from the surface of a heated ingot is made in the form of a set of optical fibers placed in a heat-conducting matrix that is in thermal contact with the cooled crystallizer walls and placed in it at the places of the most likely crack formation. In this case, the input ends of the optical fibers are facing the radiating surface of the ingot and are deepened with respect to the working surface of the mold to a depth of not more than 1.5 mm.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства контроля технологического процесса непрерывной разливки металла; на фиг.2 - схематическое изображение предлагаемого волоконно-оптического зонда; на фиг.3 - схема размещения волоконно-оптического зонда в толстостенном сборном кристаллизаторе. In FIG. 1 is a diagram of the proposed device for monitoring the technological process of continuous casting of metal; figure 2 is a schematic illustration of the proposed fiber optic probe; figure 3 - layout of a fiber optic probe in a thick-walled precast mold.

Устройство контроля процесса разливки металла (фиг.1) содержит волоконно-оптический зонд 1, встроенный в кристаллизатор 2 машины непрерывной разливки металла 3, собирающий тепловое излучение непрерывноразливаемого слитка 4 и связанный передающими волоконными световодами 5 с входной плоскостью или щелью 6 спектрального прибора 7, построенного, например, в виде дифракционного монохроматора по схеме Черни-Турнера, в котором излучение собирается входным зеркальным объективом 8 и направляется на дифракционную решетку 9, а с нее - выходным объективом 10 на линейки или матрицы фотоприемников 11 (D1 1, D1 2, ..., D1 m), (D2 1, D2 2 ..., D2 m), ... (Dn 1, Dn 2,..., Dn m), размещенных в плоскости спектра прибора 7, сигналы с которых поступают на блок обработки сигналов фотоприемников 12, информация с которого по входу 1 поступает в блок анализа данных 13, по входу 2 которого поступают данные о скорости вытяжки слитка, и с выхода которого информация поступает на вход системы 14 управления технологическими параметрами процесса непрерывной разливки.The device for monitoring the process of metal casting (Fig. 1) contains a fiber-optic probe 1 built into the mold 2 of a continuous metal casting machine 3, collecting thermal radiation from a continuously cast ingot 4 and connected by transmitting optical fibers 5 to the input plane or slit 6 of a spectral device 7 constructed , for example, in the form of a diffraction monochromator according to the Czerny-Turner scheme, in which the radiation is collected by the input specular lens 8 and sent to the diffraction grating 9, and from it to the output object Yves 10 on line 11 or a matrix of photodetectors (D 1 1, D 1, 2, ..., D 1, m), (D 2 1, D 2 2 ..., D 2 m), ... (D n 1 , D n 2 , ..., D n m ) located in the plane of the spectrum of the device 7, the signals from which are fed to the signal processing unit of the photodetectors 12, the information from which through input 1 goes to the data analysis unit 13, and from the input 2 of which data on the speed of extraction of the ingot, and the output of which information is fed to the input of the system 14 for controlling the technological parameters of the continuous casting process.

Волоконно-оптический зонд 1, соединенный передающими волоконными световодами 5 с входной плоскостью или щелью 6 спектрального прибора (фиг.2), состоит из медной матрицы 15, в отверстиях 16 которой располагаются входные торцы 17 (f1 вх, f2 вх, ...fn вх) волоконных световодов 5, тогда как выходные торцы этих же световодов (f1 вых, f2 вых,... fn вых) располагаются в отверстиях 18 направляющей обоймы 19 входной щели 6. (Благодаря малому диаметру световодов применение входной щели 6 не является обязательным - направляющая обойма может непосредственно размещаться во входной плоскости спектрального прибора).Fiber optic probe 1, connected by transmitting optical fibers 5 to the input plane or slit 6 of the spectral device (Fig. 2), consists of a copper matrix 15, in the openings 16 of which the input ends 17 (f 1 in , f 2 in , .. .f n in ) of optical fibers 5, while the output ends of the same optical fibers (f 1 out , f 2 out, ... f n out ) are located in the holes 18 of the guide ring 19 of the input slit 6. (Due to the small diameter of the optical fibers, the use of the input slot 6 is optional - the guide clip can directly accommodate bump in the input plane of the spectral instrument).

Матрицы волоконно-оптического зонда 1 размещаются в кристаллизаторе 2, например, в толстостенном сборном, (фиг.3), горизонтально 20 в зазоре между верхней 21 и нижней 22 частями узкой стенки кристаллизатора, а также вертикально 23 в зазоре между широкой 24 и узкой 21 и 22 стенками кристаллизатора, с проходящими внутри них каналами 25 для охлаждающей жидкости. The matrix of the optical fiber probe 1 is placed in the mold 2, for example, in a thick-walled precast, (Fig. 3), horizontally 20 in the gap between the upper 21 and lower 22 parts of the narrow crystallizer wall, and also vertically 23 in the gap between wide 24 and narrow 21 and 22 walls of the mold, with channels 25 for coolant passing through them.

Работа устройства основана на точном измерении локальной радиационной температуры поверхности формирующегося слитка в зоне первичного охлаждения (т. е. непосредственно в кристаллизаторе машины непрерывной разливки металла), нахождении истинной температуры, выявлении зарождающихся трещин и выдаче сигналов управления технологическим процессом непрерывной разливки металла, причем температура приемных концов световодов не поднимается выше 473 К, благодаря тепловому контакту с охлаждаемыми рабочими стенками кристаллизатора. The operation of the device is based on accurate measurement of the local radiation temperature of the surface of the forming ingot in the primary cooling zone (i.e., directly in the mold of the continuous metal casting machine), finding the true temperature, identifying incipient cracks and issuing control signals for the technological process of continuous casting of metal, and the receiving temperature the ends of the optical fibers does not rise above 473 K, due to thermal contact with the cooled working walls of the mold.

Устройство работает следующим образом. Тепловое излучение покрытого тонкой затвердевающей корочкой слитка 3 через входные торцы волоконно-оптического зонда 1 вводится в передающие волоконные световоды 5. По передающим волоконным световодам 5 тепловое излучение передается к входной плоскости 6 спектрального прибора 7. Претерпев спектральное разложение, излучение регистрируется набором 11 фотоприемников (D1 1, D1 2, ...D1 m), (D2 1, D2 2, ... D2 m), . .. (Dn 1, Dn 2, ...Dn m). Причем выходные торцы волоконных световодов f1 вых, f2 вых, ...fn вых и фотоприемники расположены так, что излучение торца f1 вых, претерпев спектральное разложение, на первой длине волны λo (1) попадает на фотоприемник D1 1, на второй длине волны λo (2) - на фотоприемник D2 2 и, если это необходимо, на m-й длине волны λ1(m) - на фотоприемник D1 m. Сигналы фотоприемников поступают в блок обработки 12, где по соотношению (4) отыскивается текущее значение температуры Т1 поверхности слитка на участке, попадающем в поле зрения входного торца f1 вх. Это значение Т1поступает в блок анализа данных 13. Излучение поверхности слитка, захваченное входной апертурой световода f2 вх, с выхода f2 вых после спектрального разложения попадает на фотоприемники D2 1, D2 2,...D2 m и по их сигналам отыскивается текущее значение температуры Т2, которое также поступает в блок анализа данных 13. Аналогично обрабатывается излучение и со всех остальных n световодов.The device operates as follows. The thermal radiation of the ingot 3 coated with a thin hardening crust is introduced through the input ends of the fiber-optic probe 1 into the transmitting optical fibers 5. Through the transmitting optical fibers 5, the thermal radiation is transmitted to the input plane 6 of the spectral device 7. After undergoing spectral decomposition, the radiation is detected by a set of 11 photodetectors (D 1 1 , D 1 2 , ... D 1 m ), (D 2 1 , D 2 2 , ... D 2 m ) ,. .. (D n 1 , D n 2 , ... D n m ). Moreover, the output ends of the optical fibers f 1 output , f 2 output , ... f n output and photodetectors are located so that the radiation of the end face f 1 output , having undergone spectral decomposition, at the first wavelength λ o (1) hits the photodetector D 1 1 , at the second wavelength λ o (2) - to the photodetector D 2 2 and, if necessary, at the m-th wavelength λ 1 ( m) - to the photodetector D 1 m . The signals of the photodetectors enter the processing unit 12, where the relation (4) is used to find the current value of the temperature T 1 of the surface of the ingot in the area falling within the field of view of the input end face f 1 in . This value of T 1 is supplied to the data analysis block 13. Radiation from the ingot surface captured by the input aperture of the fiber f 2 Rin, the output f 2 O after spectral decomposition reaches the photodetectors D 2 1, D 2 2, ... D m 2 and their signals are searched for the current temperature T 2 , which also enters the data analysis unit 13. Radiation from all other n optical fibers is processed in the same way.

В блоке анализа данных 13 осуществляется слежение за текущей температурой по всем волоконным каналам. В случае обнаружения аномального повышения температуры, длительность которого отвечает типичной ширине трещины с учетом скорости вытяжки, осуществляется слежение за выявленной аномалией через другие каналы по схеме задержанных совпадений, запаздывание в которых определяется текущей скоростью вытяжки. В случае подтверждения существования трещины информация об этом поступает на систему 14 управления параметрами процесса непрерывной разливки металла, где принимается адекватное ситуации решение (например, о забраковке участка слитка, изменении скорости разливки и т.п.). In the data analysis unit 13, the current temperature is monitored across all fiber channels. If an abnormal temperature increase is detected, the duration of which corresponds to a typical crack width taking into account the drawing speed, the detected anomaly is monitored through other channels according to the delayed coincidence pattern, the delay in which is determined by the current drawing speed. In the case of confirmation of the existence of a crack, information about this is transmitted to the system 14 for controlling the parameters of the process of continuous casting of metal, where a decision is made that is adequate to the situation (for example, to reject the ingot section, change the casting speed, etc.).

Максимальная чувствительность устройства по выявлению трещинообразования достигается соответствующим выбором длины волны λo, на которой ведется регистрация и которая обеспечивает максимальную зависимость потока излучения от изменений температуры [см. соотношение (1) и оценки на его основе) при сохранении хорошего пропускания излучения волоконными световодами.The maximum sensitivity of the device for detecting cracking is achieved by the appropriate choice of the wavelength λ o , which is recorded and which provides the maximum dependence of the radiation flux on temperature changes [see relation (1) and estimates based on it) while maintaining good transmission of radiation with optical fibers.

Выбор материала волоконных световодов и типа фотоприемников определяется пределами изменения температуры поверхности слитка в кристаллизаторе. Это определяет применение кварцевых волоконных световодов, диапазон прозрачности которых, простираясь 0,4-2,0 мкм, допускает измерение температур 700-2300 К, а также кремниевых фотоприемников, обычно используемых для регистрации температуры тел, нагретых выше 900 К. The choice of material of optical fibers and the type of photodetectors is determined by the limits of variation of the surface temperature of the ingot in the mold. This determines the use of quartz fiber fibers, the transparency range of which, extending from 0.4-2.0 μm, allows the measurement of temperatures of 700-2300 K, as well as silicon photodetectors, usually used to record the temperature of bodies heated above 900 K.

Выше указывалось, что по мере остывания слитка значение оптимальной волны регистрации λo увеличивается, а зависимость потока теплового излучения dE от температуры Т становится более слабой, сходя практически на нет при температурах, характерных для зоны вторичного охлаждения и это обстоятельство учитывается в конструкции устройства путем выбора такого взаимного расположения вдоль оси дисперсии выходных торцев волоконных световодов f1 вых, f2 вых, . ..fn вых во входной плоскости спектрального прибора и отвечающих каждому из них набора фотоприемников (D1 1, D1 2,...D1 m), (D2 1, D2 2,.. .D2 m), ... (Dn 1, Dn 2,...Dn m) в плоскости спектра, чтобы по мере регистрации излучения все более остывающего слитка значение λo сдвигалось к более длинным волнам. Как вариант наиболее простой конструкции используется фиксированное расположение выходных торцев f1 вых, f2 вых, ...fn вых вдоль входной щели спектрального прибора и фиксированное расположение матрицы фотоприемников в плоскости спектра. Электронным переключением выбирается оптимальная волна регистрации. Если условиться, что номер входного торца f1 вх, f2 вх,... fn вх возрастает по ходу слитка (т.е. по мере снижения средней температуры его поверхности), то соответствующие элементы f1 вых, f2 вых,...fn вых и (D1 1, D1 2, D1 2,...D1 m), (D2 1, D2 2, ...D2 m), ... (Dn 1, Dn 2, ...Dn m) юстируются (во втором варианте - переключаются) таким образом, что рабочая длина волны λo увеличивается по мере роста номера световода 1, 2...n [см. (1) и последующие оценки].It was indicated above that, as the ingot cools, the value of the optimal recording wave λ o increases, and the dependence of the heat radiation flux dE on temperature T becomes weaker, almost disappearing at temperatures characteristic of the secondary cooling zone, and this fact is taken into account in the device design by choosing such a mutual arrangement along the dispersion axis of the output ends of the optical fibers f 1 out , f 2 out,. ..f n out in the input plane of the spectral instrument and corresponding to each of them a set of photodetectors (D 1 1 , D 1 2 , ... D 1 m ), (D 2 1 , D 2 2 , .. .D 2 m) , ... (D n 1 , D n 2 , ... D n m ) in the plane of the spectrum, so that as the radiation of an increasingly cooling ingot is detected, the value of λ o is shifted to longer waves. As a variant of the simplest design, a fixed arrangement of the output ends f 1 out , f 2 out , ... f n out along the input slit of the spectral instrument and a fixed arrangement of the photodetector array in the spectrum plane are used. By electronic switching, the optimal recording wave is selected. If we agree that the number of the input end face f 1 in , f 2 in , ... f n in increases along the ingot (i.e., as the average temperature of its surface decreases), then the corresponding elements are f 1 out , f 2 out , ... f n out and (D 1 1 , D 1 2 , D 1 2 , ... D 1 m ), (D 2 1 , D 2 2 , ... D 2 m ), ... (D n 1 , D n 2 , ... D n m ) are adjusted (in the second version, they are switched) so that the working wavelength λ o increases as the number of the fiber 1, 2 ... n grows [see (1) and subsequent estimates].

Оценки эффективности работы устройства показывают, что увеличение числа спектральных каналов, усложняя устройство, не дает существенного выигрыша в точности определения локальной температуры слитка. Таким образом, для работы устройства выбираются два или три спектральных канала. Т.е. количество m используемых для измерений линеек или столбцов в матрице фотоприемников (D1 1, D1 2, ...D1 m), (D2 1, D2 2, ...D2 m), ... (Dn 1, Dn 2, ...Dn m) принимается равным m = 2 или m = 3. При этом, как показывают расчеты по формулам (1), (3), (4) и не слишком жестких требованиях на шумовые характеристики и чувствительность фотоприемников обеспечивается разрешение по температуре не хуже 1 К в диапазоне температур 800 К - 2000 К при регистрации сигнала в полосе частот 50 кГц.Estimates of the efficiency of the device show that increasing the number of spectral channels, complicating the device, does not give a significant gain in the accuracy of determining the local temperature of the ingot. Thus, two or three spectral channels are selected for the operation of the device. Those. the number m used for measuring rulers or columns in the photodetector array (D 1 1 , D 1 2 , ... D 1 m ), (D 2 1 , D 2 2 , ... D 2 m ), ... (D n 1 , D n 2, ... D n m ) is taken equal to m = 2 or m = 3. Moreover, as shown by calculations according to formulas (1), (3), (4) and not too stringent noise requirements characteristics and sensitivity of photodetectors, a temperature resolution of at least 1 K is ensured in the temperature range 800 K - 2000 K when a signal is recorded in a frequency band of 50 kHz.

Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности контроля технологического процесса непрерывной разливки металла достигается благодаря решению проблем, связанных с выводом излучения из зоны первичного охлаждения слитка, и высокому пространственному и временному разрешению устройства. The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the control process of continuous casting of metal is achieved by solving problems associated with the removal of radiation from the zone of primary cooling of the ingot, and high spatial and temporal resolution of the device.

Размещение входных торцов f1 вх, f2 вх, ...fn вх волоконных световодов в матрице из высокотеплопроводного материала (например, из меди), которая находится в тепловом контакте с охлаждаемыми стенками кристаллизатора, позволяет решить три технические проблемы, связанные с выводом излучения из зоны первичного охлаждения слитка: во-первых, гарантировать механическую прочность оптического приемного узла и обеспечить удобство эксплуатации, во-вторых, исключить паразитное влияние на результаты измерения собственного теплового излучения материала световодов за счет их эффективного охлаждения, и, в-третьих, открыть оптический доступ к поверхности слитка, формируемого в кристаллизаторе. Решение первой проблемы гарантируется конструкцией медной матрицы, в которую жестко заделываются (запрессовкой или вклеиванием) приемные концы световодов или оптически прозрачные стержни, например, из кварца или сапфира, которые затем соединяются (разъемно - оптическими соединителями или неразъемно - сваркой) с соответствующими световодами волоконно-оптического жгута 5.The placement of the input ends f 1 in , f 2 in , ... f n in fiber optical fibers in a matrix of highly thermally conductive material (for example, copper), which is in thermal contact with the cooled walls of the crystallizer, allows solving three technical problems associated with the output radiation from the zone of primary cooling of the ingot: firstly, to guarantee the mechanical strength of the optical receiving unit and to ensure ease of use, and secondly, to exclude spurious effects on the results of measuring the intrinsic thermal radiation of mater ala fibers due to their effective cooling and, thirdly, to open access to the optical surface of the ingot formed in the mold. The solution to the first problem is guaranteed by the design of the copper matrix, into which the receiving ends of the optical fibers or optically transparent rods, for example, of quartz or sapphire, which are then connected (detachable by optical connectors or inseparably by welding) with the corresponding fiber optic fibers, are rigidly sealed (pressed or glued) optical harness 5.

Вторая проблема - подавление собственного излучения световодов, решается благодаря хорошему тепловому контакту по большой площади между медной матрицей 13 и охлаждаемыми стенками кристаллизатора, средняя температура рабочей поверхности которых даже вблизи зеркала металла равна 373-393 К. Температура стенки кристаллизатора в 2 мм от поверхности, обращенной к металлу, повышается только время от времени на короткий срок до температур не выше 473 К [1, с.163-164]. Оценки в соответствии с законом Стефана-Больцмана показывают, что если приемные концы световодов принимают температуру стенок кристаллизатора, то по отношению к интенсивности излучения слитка собственное излучение материала световода не превышает 1%. The second problem - suppressing the intrinsic radiation of optical fibers, is solved by good thermal contact over a large area between the copper matrix 13 and the cooled walls of the mold, the average temperature of the working surface of which is even 373-393 K. The temperature of the mold wall is 2 mm from the surface facing to metal, increases only occasionally for a short period to temperatures no higher than 473 K [1, p.163-164]. Estimates in accordance with the Stefan-Boltzmann law show that if the receiving ends of the optical fibers accept the temperature of the walls of the mold, then the intrinsic radiation of the material of the optical fiber does not exceed 1% with respect to the radiation intensity of the ingot.

При решении третьей проблемы - получении оптического доступа к поверхности слитка в кристаллизаторе, важную роль играет то обстоятельство, что из-за большого поверхностного натяжения жидкого металла даже в наиболе критичной по отношению к герметичности и гладкости стенок кристаллизатора области зеркала жидкого металла допускается наличие зазоров между стенками кристаллизатора до (0,3-0,4) мм, а также углублений не более 1,5 мм. Вдали от зеркала металла, именно в той области формирования слитка, где имеет место наиболее интенсивное образование трещин, сформировавшаяся поверхность слитка отделена от стенок кристаллизатора зазором благодаря усадке металла [1, с. 121-122, 169]. В этой части кристаллизатора ограничения на величину зазора и глубину выемки могут быть еще более слабыми. Учет указанных физических явлений, имеющих место при непрерывной разливке металла, позволяет определить следующие конструктивные характеристики волоконно-оптического зонда: толщина матрицы δ ≅ 1,5 мм, диаметр световодноприемных отверстий d ≅ 1 мм, глубина расположения светоприемных торцев δ x ≈ 1,0-1,5 мм. Полученные ограничения на геометрические размеры матрицы не являются с точки зрения конструирования оптического зонда слишком жесткими, значительно превышая типичный диаметр кварцевого волоконного световода 125-200 мкм. In solving the third problem — obtaining optical access to the surface of the ingot in the mold, an important role is played by the fact that, due to the large surface tension of the liquid metal, even in the most critical region of the liquid metal mirror with respect to the tightness and smoothness of the mold walls, gaps between the walls are allowed mold up to (0.3-0.4) mm, as well as recesses of not more than 1.5 mm. Far from the metal mirror, precisely in the region of ingot formation where the most intense cracking takes place, the formed surface of the ingot is separated from the crystallizer walls by a gap due to metal shrinkage [1, p. 121-122, 169]. In this part of the mold, restrictions on the size of the gap and the depth of the recess may be even weaker. Taking into account the indicated physical phenomena that occur during continuous casting of metal, it is possible to determine the following structural characteristics of a fiber-optic probe: matrix thickness δ ≅ 1.5 mm, diameter of light-receiving holes d ≅ 1 mm, depth of light-receiving ends δ x ≈ 1.0- 1.5 mm. The obtained restrictions on the geometric dimensions of the matrix are not too rigid from the point of view of designing the optical probe, significantly exceeding the typical diameter of a quartz fiber waveguide of 125-200 μm.

Пространственное разрешение устройства по измерению температуры определяется числовой апертурой приемного световода и расстоянием от него до поверхности слитка. Для типичных промышленных кварцевых световодов с числовой апертурой NA ≈ 0,5-0,6 диаметр площадки, с которой собирается излучение в световод, примерно равен расстоянию от его торца до нагретой поверхности. С учетом заглубления приемного торца δ x и величины зазора между слитком и стенками кристаллизатора разрешение составляет δ l ≈ 3 мм. The spatial resolution of the device for measuring temperature is determined by the numerical aperture of the receiving fiber and the distance from it to the surface of the ingot. For typical industrial quartz optical fibers with a numerical aperture of NA ≈ 0.5-0.6, the diameter of the area from which radiation is collected into the optical fiber is approximately equal to the distance from its end to the heated surface. Taking into account the depth of the receiving end δ x and the size of the gap between the ingot and the walls of the mold, the resolution is δ l ≈ 3 mm.

При типичных скоростях вытяжки слитка V = (1,66-27) ˙10-3 м/с и частотах качания кристаллизатора от ν = (0,33-2,0) с-1 граница минимальной длительности сигнала повышения температуры τмин может быть определена как частное от деления минимального элемента разрешения δ l на десятикратное значение максимальной скорости вытяжки. Оценки показывают, что даже в предположении самого неблагоприятного сочетания параметров технологического процесса, длительность сигнала повышения температуры не становится короче τмин > 0,01 с, что намного больше собственного быстродействия устройства. По мере вытяжки слитка, когда движения качания кристаллизатора усредняются, временная задержка Δ t между сигналами повышения температуры в двух соседних каналах составляет Δ t = =Δ/V. Выбор расстояния между соседними каналами Δ , превышающего амплитуду качания кристаллизатора, исключает одновременную выдачу устройством сигнала о повышении температуры, отвечающего одному и тому же дефекту поверхности слитка. Однако для повышения достоверности регистрации дефектов целесообразно увеличивать количество каналов регистрации, применив схемы совпадения не для соседних каналов, а для каналов, отстоящих друг от друга на расстояния, которые превышают амплитуду качания кристаллизатора. При выбранном расстоянии Δ = 1-3 см временная задержка между соседними каналами Δ t ≈ 1-10 с, задержка между удаленными каналами оказывается, как правило, больше 10 с, что открывает возможность для надежного усреднения сигналов, например, с постоянной времени 0,5-2 с, повышающего достоверность выявления дефектов поверхности слитка.At typical ingot drawing speeds V = (1.66-27) ˙10 -3 m / s and swing frequencies of the mold from ν = (0.33-2.0) s -1 the boundary of the minimum signal duration for temperature increase τ min can be defined as the quotient of dividing the minimum resolution element δ l by ten times the maximum drawing speed. Estimates show that even under the assumption of the most unfavorable combination of process parameters, the duration of the temperature increase signal does not become shorter than τ min > 0.01 s, which is much more than the device’s own speed. As the ingot is drawn, when the swing motion of the mold is averaged, the time delay Δ t between the temperature increase signals in two adjacent channels is Δ t = = Δ / V. The choice of the distance between adjacent channels Δ, exceeding the swing amplitude of the mold, eliminates the simultaneous issuance by the device of a signal about an increase in temperature corresponding to the same defect of the surface of the ingot. However, to increase the reliability of registration of defects, it is advisable to increase the number of registration channels by applying matching schemes not for neighboring channels, but for channels spaced apart from each other by distances that exceed the oscillation amplitude of the mold. For a selected distance Δ = 1-3 cm, the time delay between adjacent channels Δ t ≈ 1-10 s, the delay between remote channels is usually more than 10 s, which opens up the possibility for reliable averaging of signals, for example, with a time constant of 0, 5-2 s, increasing the reliability of detecting defects on the surface of the ingot.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна" и "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" and "significant differences".

Собран макет устройства. В оптическом зонде и для передачи излучения использовалось 10 многомодовых кварцевых световодов с диаметром световедущего сердечника 50 мкм и внешним диаметром 150 мкм, которые передавали излучение нагретого слитка на расстояние 25 м на входную щель дифракционного монохроматора. В плоскости спектра дифракционного монохроматора была помещена кремниевая ПЗС-матрица 256х256, сигналы которой обрабатывались микропроцессором, причем данные о температуре выдавались с периодичностью 25 отсчетов/с на каждый канал. Разрешение по температуре составило 0,5 К при средней температуре объекта 1200-1600 К. При этом заключенные в медной матрице приемные торцы волоконных световодов эффективно охлаждались, не давая доступной регистрации фонового теплового излучения, которое могло бы помешать измерениями в указанном выше диапазоне температур. Эксперименты показали, что метод позволяет выявлять зарождение трещин шириной 1,5-2 мм в слитке и с опережением (еще до выхода слитка из кристаллизатора) принимать решения об изменении параметров технологического процесса. При этом для повышения надежности измерений в части исключения ложных сигналов о трещинах собирающие излучение торцы световодов должны располагаться с шагом 1-2 см. Суммирование задержанных на время вытяжки слитка между ними сигналов четырех соседних каналов позволяет примерно вдвое снизить вероятность ложных сообщений о трещинах. Assembled device layout. In the optical probe and for transmitting radiation, 10 multimode quartz optical fibers with a light guide core diameter of 50 μm and an external diameter of 150 μm were used, which transmitted the radiation of the heated ingot to a distance of 25 m to the entrance slit of the diffraction monochromator. A 256x256 silicon CCD matrix was placed in the spectrum plane of the diffraction monochromator, the signals of which were processed by a microprocessor, and temperature data were generated at a frequency of 25 readings / s per channel. The temperature resolution was 0.5 K at an average temperature of the object of 1200-1600 K. At the same time, the receiving ends of the optical fibers enclosed in a copper matrix were effectively cooled, not allowing an affordable recording of background thermal radiation, which could interfere with measurements in the above temperature range. The experiments showed that the method makes it possible to detect the initiation of cracks with a width of 1.5-2 mm in the ingot and, ahead of time (even before the ingot leaves the mold), make decisions about changing the parameters of the technological process. At the same time, to increase the measurement reliability in terms of eliminating false signals about cracks, the ends of the optical fibers collecting radiation should be located at 1-2 cm increments. Summing the signals of four adjacent channels delayed by the time of drawing the ingot between them can approximately halve the probability of false messages about cracks.

Технико-экономические преимущества заявляемых способа и устройства по сравнению с базовым объектом, за который взяты способ и устройство, заключаются в улучшении важнейших характеристик, что иллюстрируется таблицей. Technical and economic advantages of the proposed method and device compared with the base object, for which the method and device are taken, are to improve the most important characteristics, as illustrated in the table.

Изобретение может быть использовано при создании систем контроля технологических процессов непрерывного литья металлов. Применение изобретения позволяет резко увеличить достоверность измерений режима охлаждения слитка в кристаллизаторе машины непрерывного литья. Результатом этого является повышение производительности машин непрерывной разливки и качества слитков.  The invention can be used to create control systems for technological processes of continuous casting of metals. The application of the invention allows to sharply increase the reliability of measurements of the cooling mode of the ingot in the mold of a continuous casting machine. The result is an increase in the productivity of continuous casting machines and the quality of ingots.

Claims (2)

1. Способ контроля технологического процесса непрерывной разливки металла, включающий пирометрическое измерение на нескольких длинах волн температуры поверхности непрерывноотливаемого слитка с последующей обработкой получаемых данных, отличающийся тем, что возможность трещинообразования в слитке определяют по пространственному распределению вариаций температуры его поверхности, измеряемой в зоне первичного охлаждения. 1. A method for monitoring the process of continuous casting of metal, including pyrometric measurement at several wavelengths of the surface temperature of a continuously cast ingot with subsequent processing of the obtained data, characterized in that the possibility of cracking in the ingot is determined by the spatial distribution of variations in the temperature of its surface, measured in the primary cooling zone. 2. Устройство для контроля технологического процесса непрерывной разливки металла, содержащее волоконно-оптический зонд, соединенный передающими волоконными световодами с входом спектрального прибора с фотоприемниками, выходы которых через блок обработки сигналов соединены с блоком анализа данных, причем входные торцы волоконных световодов обращены к поверхности слитка, отличающееся тем, что волоконно-оптический зонд выполнен в виде набора волоконных световодов, помещенных в теплопроводную матрицу, размещенную в стенке кристаллизатора, при этом входные торцы волоконных световодов заглублены по отношению к рабочей поверхности кристаллизатора на глубину не более 1,5 мм. 2. A device for monitoring the technological process of continuous casting of metal, containing a fiber-optic probe connected by transmitting optical fibers to the input of the spectral device with photodetectors, the outputs of which are connected through the signal processing unit to the data analysis unit, the input ends of the optical fibers facing the surface of the ingot, characterized in that the fiber-optic probe is made in the form of a set of fiber optical fibers placed in a heat-conducting matrix placed in the crystallization wall torus, while the input ends of the optical fibers are buried with respect to the working surface of the mold to a depth of not more than 1.5 mm.
SU5003531 1991-07-11 1991-07-11 Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting RU2015827C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003531 RU2015827C1 (en) 1991-07-11 1991-07-11 Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003531 RU2015827C1 (en) 1991-07-11 1991-07-11 Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2015827C1 true RU2015827C1 (en) 1994-07-15

Family

ID=21585872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5003531 RU2015827C1 (en) 1991-07-11 1991-07-11 Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2015827C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466823C2 (en) * 2008-07-31 2012-11-20 Смс Зимаг Аг Measuring liquid metal level in mould using optic fiber method
RU2697143C1 (en) * 2017-12-19 2019-08-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Installation for continuous casting of flat ingots

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Т. Окоси и др. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоатомиздат, 1990, с.145. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466823C2 (en) * 2008-07-31 2012-11-20 Смс Зимаг Аг Measuring liquid metal level in mould using optic fiber method
RU2697143C1 (en) * 2017-12-19 2019-08-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Installation for continuous casting of flat ingots

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110167905A1 (en) Casting level measurement in a mold by means of a fiber optic measuring method
US9089926B2 (en) Process monitoring the processing of a material
US8939191B2 (en) Temperature measurement in a chill mold by a fiber optic measurement method
EP0599297B1 (en) Method of detecting impurities in molten resin
US9243958B2 (en) Immersion type sensor for measuring temperature
US4708482A (en) Method and apparatus for measuring wear in the lining of refractory furnaces
Ueda et al. Studies on temperature of abrasive grains in grinding—application of infrared radiation pyrometer
US10232433B2 (en) Casting mold and a method for detecting a temperature distribution of molten metal in a casting mold
US3838727A (en) Normalized optical input level control in continuous casting process and apparatus
US11007576B2 (en) Irradiating a machining field
US5127736A (en) Apparatus for measuring wear in the lining of refractory furnaces
US20030123518A1 (en) Dual wavelength thermal imaging system for surface temperature monitoring and process control
RU2015827C1 (en) Method and apparatus for control of manufacturing process of metal continuous casting
Sugiura et al. Simultaneous measurements of temperature and iron–slag ratio at taphole of blast furnace
KR19990082256A (en) Method and apparatus for measuring melting temperature in melting vessel
JPH08276257A (en) Breakout detector for continuous casting and method for controlling casting
US4446908A (en) Infrared imaging for electromagnetic casting
RU2150091C1 (en) Process measuring temperature of melt and gear for its implementation
CA1319832C (en) Infrared radiation probe for measuring the temperature of low-emissivity materials in a production line
JPH07146183A (en) Method and device for measuring temperature distribution of refractory
KR0151955B1 (en) Measuring instrument for height of melted iron
KR20020040113A (en) Surface defect measurement apparatus of wire rod and its method
CN112296301A (en) Steel billet temperature colorimetric measurement system and method in steelmaking continuous casting secondary cooling chamber
JPS6222089B2 (en)
Wang et al. New method for measuring the high temperature of molten steel in ladle by fiber optic sensor