RU2194952C1 - Устройство для измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки и способ измерения уровня расплавленного металла - Google Patents
Устройство для измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки и способ измерения уровня расплавленного металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194952C1 RU2194952C1 RU2001110119/28A RU2001110119A RU2194952C1 RU 2194952 C1 RU2194952 C1 RU 2194952C1 RU 2001110119/28 A RU2001110119/28 A RU 2001110119/28A RU 2001110119 A RU2001110119 A RU 2001110119A RU 2194952 C1 RU2194952 C1 RU 2194952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molten metal
- magnetic field
- induction coil
- change
- coil
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
- B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
- B22D11/186—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by using electric, magnetic, sonic or ultrasonic means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
- B22D2/003—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the level of the molten metal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
- G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
- G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройству и способу измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки, а именно к устройству и способу измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки при использовании электромагнитного поля переменного тока. Создается детекторная катушка для определения суммы магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой и индуцированного магнитного поля на основе вихревого тока в расплавленном металле. Арифметический блок создается для определения поверхностного уровня расплавленного металла путем удаления изменения приложенного магнитного поля при изменении тока, подводимого к индукционной катушке из выходного сигнала от детекторной катушки. По изменению выходного сигнала детекторной катушки, которое является следствием изменения приложенного магнитного поля или изменения уровня поверхности расплавленного металла, измеряют уровень поверхности расплавленного металла. Технический результат состоит в повышении точности измерения уровня поверхности расплавленного металла, повышении качества поверхности отливаемого продукта, уменьшении длительности процесса изготовления сталелитейных продуктов и экономии энергии. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится в основном к устройству и способу измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки, и, более конкретно, к устройству и способу измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки при использовании электромагнитного поля переменного тока.
Как хорошо известно специалистам, электромагнитный процесс непрерывной разливки заключается в приложении электромагнитного поля поперек поверхности расплавленного металла и разливке расплавленного металла при использовании электромагнитной силы и джоулева тепла, индуцированного за счет приложения электромагнитного поля. В этом способе часть расплавленного металла, которая первоначально является застывшей, нагревается джоулевым теплом и затем медленно охлаждается, в результате чего формируется тонкая, первоначально твердая оболочка под поверхностью расплавленного металла, что делает сложным образование следа "качания кристаллизатора". Кроме того, так как угол касания между литейной формой и поверхностью расплавленного металла увеличивается из-за электромагнитной силы, первоначально твердая оболочка меньше подвергается влиянию "качания кристаллизатора", в результате чего улучшается характеристика поверхности литого металла. С другой стороны, такой электромагнитный процесс непрерывной разливки применяется для приложения сильного электромагнитного поля переменного тока поперек свободной поверхности (на которую далее будем ссылаться как на поверхность) расплавленного металла в отличие от существующих процессов, поле которых индуцируется за счет приложения переменного тока к индукционной катушке, установленной вне литейной формы в том месте, где должна быть расположена поверхность расплавленного металла.
В упомянутом выше электромагнитном процессе непрерывной разливки поверхность расплавленного металла является важным фактором в определении состояния поверхности отливаемого продукта и должна, таким образом, хорошо контролироваться для сохранения поверхности отливаемого продукта в хорошем состоянии. По этой причине очень важно точно измерить уровень поверхности расплавленного металла. В том случае, когда поверхность расплавленного металла выходит за пределы нужного уровня, на поверхности продукта непрерывной разливки формируется заметный след "качания кристаллизатора", что может приводить к серьезному дефекту в последующем процессе. Поэтому в электромагнитном процессе непрерывной разливки нужно более точно управлять уровнем расплавленного металла, чем в обычных процессах литья. Широко известно, что характеристика поверхности продукта литья является самой хорошей, когда поверхность расплавленного металла находится на той же высоте, что и верхний край индукционной катушки.
Для измерения поверхностного уровня расплавленного металла в существующих способах непрерывной разливки стали традиционно предлагался способ с использованием радиоактивных лучей, не способных передаваться через расплавленный металл, способ с использованием датчика вихревых токов (см. патент США 4567435, 1987), способ с использованием электростатического емкостного датчика (см. патент США 4555941, 1985) и т.п. Однако эти способы не могут быть использованы для электромагнитного процесса непрерывной разливки, когда в зоне поверхности расплавленного металла имеется сильное электромагнитное поле переменного тока, потому что измерительные устройства этих способов подвергаются нагреванию или ограничению в пространстве. Способ, основанный на использовании датчика вихревых токов, требуется для точного измерения уровня поверхности расплавленного металла, но является невыгодным, потому что датчик вихревых токов располагается внутри формы. А именно, когда сильное электромагнитное поле прикладывается в зоне поверхности расплавленного металла, как это происходит в электромагнитном процессе непрерывной разливки, датчик вихревых токов испытывает магнитное насыщение и, таким образом, теряет свою функцию как датчик. Способ, основанный на использовании электростатического емкостного датчика подвергается строгому ограничению в пространстве из-за того, что ни один проводящий материал, влияющий на электрический потенциал, не должен находиться между электродом и поверхностью расплавленного металла. Кроме того, так как электростатический емкостной датчик подвергается значительному влиянию диэлектрической постоянной порошка на поверхности расплавленного металла при разливке расплавленного металла, его выходной сигнал меняется при изменении толщины слоя порошка, что приводит к появлению ошибки в очень широком диапазоне. Кроме того, проводящий материал, который должен быть расположен сравнительно близко к поверхности расплавленного металла, может испытывать индукционный нагрев за счет сильного электромагнитного поля в электромагнитном процессе непрерывной разливки, что приводит к тому, что прибор не работает как датчик. Аналогично, в способе, основанном на радиоактивных лучах, предлагаемое устройство не может осуществлять собственную функцию из-за индукционного нагрева за счет электромагнитного поля.
Для измерения поверхностного уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки традиционно применялся способ, в котором используется изменение частоты внешней индукционной катушки для приложения электромагнитного поля (см. патент США 4446562, 1984), способ с использованием изменения индуктивности индукционной катушки (см. патент Японии, выложенная публикация No. Heisei 6-122056) и т.п. Электрическая нагрузка в электромагнитном устройстве для непрерывной разливки, включающем индукционную катушку, литейную форму, расплавленный металл и т.п. в основном изменяется при изменении уровня поверхности расплавленного металла. В результате происходят изменения в напряжении от источника питания, прикладываемого к индукционной катушке, и связанных с ним токе, индуктивности и частоте. Упомянутые выше способы применяются для измерения уровня поверхности расплавленного металла при использовании такого явления. Однако осуществление измерений является самым лучшим, когда поверхность расплавленного металла находится внутри области индукционной катушки, но резко ухудшается, когда поверхность расплавленного металла находится за пределами области индукционной катушки. Это требует, чтобы зона для измерений поверхностного уровня расплавленного металла ограничивалась областью индукционной катушки.
Одним из подходов к такой проблеме является расширение зоны измерения уровня поверхности с помощью дополнительной катушки, устанавливаемой над индукционной катушкой. В этом подходе, однако, зона измерений также ограничивается областью, определяемой двумя катушками (см. Iron and Steel, Vol. 84, р. 625, 1998). В способе измерения изменения индуктивности индукционной катушки, использующем детекторную катушку, показанном в патенте Японии, выложенная публикация No/Heisei 6-122056, величины, измеряемые детекторной катушкой, включают воздействия, которые связаны с произвольными изменениями тока к индукционной катушке при изменении условий литья. В результате, необдуманно использовать измеряемые величины для точного измерения уровня поверхности расплавленного металла без коррекции таких изменений.
Другим подходом является способ с использованием датчика магнитного поля (см. заявку на патент Кореи 99-28920), который применяется для измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки, так как датчик магнитного поля имеет высокую чувствительность и широкую полосу детектирования. Однако значительная ошибка может возникнуть при измерении в том случае, когда происходит сильное изменение тока, подводимого к индукционной катушке.
Изобретение позволяет решить вышеупомянутые проблемы, возникающие в устройствах согласно уровню техники, и целью настоящего изобретения является создание устройства и способа измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном способе непрерывной разливки, в котором эффективно удаляются шумовые компоненты, генерируемые источником питания электромагнитного устройства для непрерывной разливки, и внешние шумовые компоненты, точно измеряется уровень поверхности расплавленного металла и выдаются сведения об уровне поверхности расплавленного металла, предназначенные для другого оборудования с соответствующей точностью измерения.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, перечисленные выше и другие цели изобретения могут достигаться путем создания устройства для измерения уровня поверхности расплавленного металла внутри формы в электромагнитном способе непрерывной разливки за счет определения магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой, и магнитного поля, индуцированного вихревым током в расплавленном металле, содержащего источники питания для подачи переменного тока заданной мощности к индукционной катушке, и установки переменной мощности, показывающей изменение мощности переменного тока; детекторную катушку для определения суммы создаваемого индукционной катушкой магнитного поля и индуцированного магнитного поля; устройство усиления/фильтрации для усиления выходного сигнала от детекторной катушки до заданного уровня и фильтрации усиленного сигнала для удаления из него шумовых компонент; и арифметический блок, реагирующий на выходной сигнал от устройства усиления/фильтрации и переменную мощность от источника питания для определения поверхностного уровня расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, основанного на изменении мощности переменного тока, подаваемого к индукционной катушке, из суммарного магнитного поля, определяемого детекторной катушкой.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ измерения уровня поверхности расплавленного металла внутри формы в электромагнитном процессе непрерывной разливки путем определения суммы магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой, и магнитного поля, индуцированного вихревым током, в расплавленном металле, через детекторную катушку, содержащий первую стадию усиления выходного сигнала от детекторной катушки до заданного уровня и фильтрации усиленного сигнала для удаления из него шумовых компонент; и вторую стадию определения уровня поверхности расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, основанного на изменении тока к индукционной катушке, из усиленного и отфильтрованного сигнала.
Перечисленные выше и другие цели, особенности и другие преимущества настоящего изобретения поясняются ниже - следующим подробным описанием в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых.
На фиг.1 показано устройство для измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном способе непрерывной разливки согласно изобретению;
фиг.2 - структурная схема устройства для определения уровня на фиг.1;
фиг. 3 - график, показывающий изменение магнитного поля, приложенного к расплавленному металлу и магнитного поля, индуцированного в расплавленном металле за счет приложенного магнитного поля согласно изобретению;
фиг.4 - график, показывающий результаты измерений уровня поверхности расплавленного металла на основе изменений тока индукционной катушки согласно изобретению; и
фиг. 5 - график, показывающий пример результатов измерений уровня поверхности расплавленного металла согласно изобретению.
фиг.2 - структурная схема устройства для определения уровня на фиг.1;
фиг. 3 - график, показывающий изменение магнитного поля, приложенного к расплавленному металлу и магнитного поля, индуцированного в расплавленном металле за счет приложенного магнитного поля согласно изобретению;
фиг.4 - график, показывающий результаты измерений уровня поверхности расплавленного металла на основе изменений тока индукционной катушки согласно изобретению; и
фиг. 5 - график, показывающий пример результатов измерений уровня поверхности расплавленного металла согласно изобретению.
На фиг. 1 схематически показано устройство для измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном способе непрерывной разливки согласно изобретению. Как показано на этом чертеже, устройство для измерения уровня поверхности содержит индукционную катушку, установленную сбоку от литейной формы 1 для генерации магнитного поля при подаче к ней переменного тока, и подачи генерированного магнитного поля к расплавленному металлу 4 внутри литейной формы 1, источник питания 7 для подачи переменного тока к индукционной катушке 3, детекторную катушку 6 для определения магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой 3, и магнитного поля, индуцированного вихревым током, наведенным в расплавленном металле 4 под действием создаваемого магнитного поля, и устройство для определения уровня 8 поверхности расплавленного металла 4 под действием суммарного магнитного поля, определяемого с помощью детекторной катушки 6.
Предпочтительно, источник питания 7 может подавать переменный ток от нескольких десятков до нескольких сотен кГц и нескольких тысяч А к индукционной катушке 3. Кроме того, магнитное поле, генерируемое индукционной катушкой 3, и магнитное поле, индуцируемое вихревым током, наведенным в расплавленном металле 4, могут быть магнитными полями переменного тока одной и той же частоты.
Если источник питания 7 подает переменный ток к индукционной катушке 3, то затем индукционная катушка 3 подает магнитное поле к расплавленному металлу 4 через литейную форму 1, в результате чего в расплавленном металле 4 возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, приводят к получению индуцированного магнитного поля. Детекторная катушка 6 измеряет суммарное приложенное магнитное поле и индуцированное магнитное поле и определяет уровень поверхности расплавленного металла в соответствии с измеряемым результатом.
Устройство 8 для определения уровня удаляет шумовые компоненты из сигнала определения уровня от детекторной катушки 6 и измеряет уровень поверхности расплавленного металла на основе сигнала определения уровня с удаленными шумовыми компонентами. Кроме того, устройство 8 для определения уровня применяется для устойчивой регулировки уровня поверхности расплавленного металла с целью устойчивого формирования твердой оболочки, благодаря чему улучшается качество поверхности отливаемого продукта.
Детекторная катушка 6 может быть предпочтительно сформирована так, чтобы измерять магнитное поле, параллельное оси литейной формы 1, магнитное поле, перпендикулярное оси литейной формы или комбинацию магнитных полей, параллельных и перпендикулярных оси литейной формы. Для того, чтобы определить такое магнитное поле, детекторная катушка 6 предпочтительно устанавливается в положении вне верхней части литейной формы 1 или в положении выше индукционной катушки 3 (т.е. в положении вокруг верхней части литейной формы 1). Хотя в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения показано, что детекторная катушка 6 установлена так, что она располагается вокруг верхней части литейной формы 1, специалисту понятно, что расположение детекторной катушки 6 не ограничивается таким положением.
На фиг.2 представлена подробная структурная схема, устройство 8 для определения уровня на фиг.1. Как показано на этом чертеже, устройство 8 для определения уровня включает развязывающий усилитель 9 для усиления выходного сигнала от детекторной катушки 6 до заданного уровня. Само собой разумеется, что внешний шум высокого уровня может быть введен в детекторную катушку 6, потому что катушка имеет кольцевую форму, и обычный дифференциальный усилитель не может устранить шум общего типа в 10 В или более. В этом отношении развязывающий усилитель 9 предпочтительно может быть использован для защиты системы и устойчивого усиления.
Также следует отметить, что необходимо выявлять компоненты сигнала только внутри конкретного диапазона частот, требуемого для измерения уровня, от выходного сигнала из развязывающего усилителя 9, так как этот сигнал содержит шумовые компоненты, которые являются результатом электрических флуктуаций в работе источника питания. По этой причине полосовой фильтр (BPF) 10 предназначен для удаления шумовых компонент из выходного сигнала от развязывающего усилителя 9. Выходной сигнал от полосового фильтра 10 еще имеет характеристику сигнала переменного тока. Для того, чтобы использовать такой сигнал для регулирования поверхностного уровня расплавленного металла, преобразователь 17 сигнала постоянного тока, состоящий из устройства 11 для вычисления квадратных корней или пикового детектора 12, должен использоваться для преобразования этого сигнала в сигнал постоянного тока в заданный период времени. Выходной сигнал от устройства 11 для вычисления квадратных корней или пикового детектора 12 еще имеет высокочастотные шумовые компоненты. В этом отношении фильтр нижних частот (ФНЧ) 13 используется для удаления шумовых компонент из выходного сигнала от устройства 11 для вычисления квадратных корней или пикового детектора 12. Сигнал определения поверхностного уровня с удаленными шумовыми компонентами от детекторной катушки 6 может быть передан на большое расстояние в соответствии с данным условием. С этой целью дифференциальный преобразователь 14 выходного сигнала используется для усиления выходного сигнала от ФНЧ 13 до заданного уровня. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15 используется для преобразования аналогового выходного сигнала от дифференциального преобразователя выходного сигнала 14 в цифровую форму. В результате АЦП 15 посылает сигнал без шумовой компоненты на арифметический блок 16.
Арифметический блок 16 адаптируется для определения поверхностного уровня расплавленного металла на основе измеряемой величины, получаемой от детекторной катушки 6, преобразованной в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя 15. Здесь детекторная катушка 6 применяется для определения поверхностного уровня расплавленного металла в соответствии с принципом, который описан ниже более подробно.
Фундаментальным принципом детекторной катушки 6 является использование электромагнитной индукции. А именно, магнитное поле переменного тока прикладывается к расплавленному металлу при использовании источника питания электромагнитного устройства для непрерывной разливки, и индуцируемое магнитное поле генерируется в расплавленном металле с помощью приложенного магнитного поля переменного тока. Затем, детекторная катушка 6 измеряет поверхностный уровень расплавленного металла путем определения суммы приложенного магнитного поля и индуцированного магнитного поля.
Если магнитное поле, изменяющееся во времени, прикладывается поперек проводящего материала, то электродвижущая сила ε генерируется в проводящем материале благодаря магнитному полю В, перпендикулярному материалу, как в приведенном ниже уравнении 1. Затем цепь индуцированного тока, подчиняющаяся закону Ома, формируется на схеме, где генерируется электродвижущая сила.
Уравнение 1
Направление индуцированного магнитного поля, генерированного за счет индуцированного тока, изменяется вместе с направлением внешнего магнитного поля, которое прикладывается к проводящему материалу для сохранения индуцированного магнитного поля постоянным в проводящем материале. Т.е. направление индуцированного магнитного поля является противоположным направлению приложенного магнитного поля, как следует из наличия знака "минус" в приведенном выше уравнении 1.
Направление индуцированного магнитного поля, генерированного за счет индуцированного тока, изменяется вместе с направлением внешнего магнитного поля, которое прикладывается к проводящему материалу для сохранения индуцированного магнитного поля постоянным в проводящем материале. Т.е. направление индуцированного магнитного поля является противоположным направлению приложенного магнитного поля, как следует из наличия знака "минус" в приведенном выше уравнении 1.
Детекторная катушка 6 может быть предпочтительно магнитным датчиком поиска катушечного типа для измерения магнитного поля путем измерения электродвижущей силы, индуцированной им. А именно, детекторная катушка 6 измеряет поверхностный уровень расплавленного металла путем измерения индуцированного магнитного поля на основе токовой петли, сформированной на поверхности расплавленного металла. Изменяющаяся во времени скорость магнитного потока, пересекающего область, окруженную детекторной катушкой 6, является суммой, изменяющейся во времени скорости приложенного магнитного поля Вp е, основанного на токе через индукционную катушку, и изменявшейся во времени скорости индуцированного магнитного поля Вp i на основе тока, индуцированного в расплавленном металле. В результате выходной сигнал детекторной катушки 6 может быть выражен следующим уравнением 2.
Уравнение 2
Вышеописанная сумма магнитного поля, измеренная детекторной катушкой 6, усиливается до заданного уровня, из нее удаляются шумовые компоненты с помощью упомянутых выше усилительных и фильтрующих устройств, и затем результат передается на арифметический блок 16 для определения поверхностного уровня расплавленного металла.
Вышеописанная сумма магнитного поля, измеренная детекторной катушкой 6, усиливается до заданного уровня, из нее удаляются шумовые компоненты с помощью упомянутых выше усилительных и фильтрующих устройств, и затем результат передается на арифметический блок 16 для определения поверхностного уровня расплавленного металла.
Арифметический блок 16 удаляет компоненты приложенного магнитного поля, индуцированные в результате изменения тока, подаваемого источником питания из суммы магнитных полей, определяемой детекторной катушкой на основе приведенного ниже уравнения 3 для определения поверхностного уровня расплавленного металла в зависимости не от изменения приложенного магнитного поля, а от изменения расположения поверхности расплавленного металла.
Уравнение 3
В приведенном выше уравнении 3 а=C1*V2+c2, b=c3*v2+c4, d=c5*v2+c6, k=c7, V1 = сумма магнитных полей и С1, С2, С3, С4, С5, С6 и С7 = константы, связанные со значением V2. V2 прямо связано с мощностью или током, подаваемым к индукционной катушке.
В приведенном выше уравнении 3 а=C1*V2+c2, b=c3*v2+c4, d=c5*v2+c6, k=c7, V1 = сумма магнитных полей и С1, С2, С3, С4, С5, С6 и С7 = константы, связанные со значением V2. V2 прямо связано с мощностью или током, подаваемым к индукционной катушке.
Другими словами, в приведенном выше уравнении 3 переменная а представляет самый нижний поверхностный уровень (например, 300 мм) расплавленного металла в области определения детекторной катушки 6, переменная b представляет собой самый высокий поверхностный уровень (например, 0 мм) и переменная d представляет собой поверхностный уровень, когда огибающая графика индуцированного магнитного поля, которая подробно будет упомянута позже, соответствует к.
Сильное магнитное поле, индуцированное индукционной катушкой, присутствует в поверхностной области расплавленного металла в соответствии с характеристикой электромагнитного процесса непрерывной разливки. В этой связи детекторная катушка одновременно измеряет магнитное поле, создаваемое с помощью индукционной катушки, и индуцированное магнитное поле на основе вихревого тока, генерированного в расплавленном металле.
Как утверждалось выше, электрическая нагрузка в электромагнитном устройстве непрерывной разливки и, таким образом, величина тока от источника питания к индукционной катушке изменяется в зависимости от расположения поверхности расплавленного металла. В результате происходит изменение приложенного магнитного поля на основе тока индукционной катушки. На приложенное магнитное поле непосредственно влияет изменение величины тока подводимого к индукционной катушке в электромагнитном способе непрерывной разливки. По этой причине компоненты приложенного магнитного поля должны быть удалены из магнитного поля, измеряемого вокруг поверхности расплавленного металла, для обеспечения точного измерения уровня поверхности расплавленного металла в электромагнитном способе непрерывной разливки.
С другой стороны, индуцированное магнитное поле содержит как компоненту, изменяющуюся при изменении приложенного магнитного поля, когда изменяется расположение поверхности расплавленного металла, так и компоненту, изменяющуюся при изменении расположения поверхности расплавленного металла даже когда приложенное магнитное поле является постоянным. Это означает, что расположение поверхности расплавленного металла может быть точно определено путем определения того, почему происходит изменение выходного сигнала детекторной катушки: связано ли оно с изменением приложенного магнитного поля или изменением уровня поверхности расплавленного металла.
В настоящем варианте реализации переменная мощности V2 используется для коррекции изменения приложенного магнитного поля на основе изменения индуцированного магнитного поля с выхода детекторной катушки. V2 представляет собой переменную, способную представлять приложенное магнитное поле и создаваемую источником питания, поставляющим энергию к индукционной катушке. Также постоянная мощности V2 не связана с изменением расположения поверхности расплавленного металла и изменением электрической нагрузки в электромагнитном процессе непрерывной разливки, и однозначно соответствует величине тока, подаваемого на индукционную катушку. Переменная мощности V2 может предпочтительно быть установлена по отношению к переменному току, напряжению или мощности, которую источник питания подает к индукционной катушке.
На фиг. 3 представлен график, показывающий сравнение между изменением приложенного магнитного поля и изменением индуцированного магнитного поля при изменении расположения поверхности расплавленного металла. Как показано на этом чертеже, приложенное магнитное поле является узким в полосе детектирования, в то время, как индуцированное магнитное поле является широким в полосе детектирования.
Как видно из приведенного выше уравнения 3, переменная мощности V2 от источника питания содержится соответственно в переменных a, b и d. Это делает возможным устранить влияние изменения приложенного магнитного поля при произвольном изменении тока индукционной катушки в зависимости от данных условий литья и изменения приложенного магнитного поля при изменении расположения поверхности расплавленного металла. Другими словами, в настоящем варианте реализации арифметический блок измеряет расположение поверхности расплавленного металла путем выделения только величины изменения индуцированного магнитного поля, следующего из изменения расположения поверхности, на основе выходного сигнала от АЦП. Следовательно, арифметический блок может устойчиво измерять уровень поверхности расплавленного металла, даже хотя величина индуцированного тока к индукционной катушке произвольно изменяется в электромагнитном процессе непрерывной разливки, как требуется.
На фиг. 4 представлен график, показывающий результаты измерений уровня поверхности расплавленного металла на основе изменений тока индукционной катушки в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения. В случае, когда отрегулированное напряжение или ток, который является одним из самостоятельных электрических сигналов источника питания, извлекаются и подаются к устройству для определения уровня, резкое изменение тока, подаваемого к индукционной катушке или резкое изменение приложенного магнитного поля не оказывает влияния на результаты измерения уровня поверхности расплавленного металла, как видно из фиг.4. Еще из фиг.4 можно увидеть, что расположение поверхности расплавленного металла медленно изменяется в диапазоне от 80 до 90 мм. Это основано на том факте, что расположение поверхности расплавленного металла изменяется в течение всего процесса для защиты от коррозии сопла для инжекции расплавленного металла.
На фиг. 5 представлен график, показывающий пример результатов измерения уровня поверхности расплавленного металла согласно изобретению. Как показано на этом чертеже, величина измеряемого уровня имеет улучшенное значение уровня шума, около 0,3 мм в настоящем случае, по сравнению с уровнем шума около 4 мм в традиционном случае. Следовательно, можно показать, что точность измерения уровня была значительно увеличена в соответствии с настоящим изобретением. С другой стороны, сигнал осциллирует порядка одного раза в секунду после того, как настоящее изобретение применяется к измерению уровня. Такой сигнал основан на собственных колебаниях литейной формы и представляет изменение уровня поверхности расплавленного металла.
Как следует из вышеприведенного описания изобретения, уровень поверхности расплавленного металла может быть точно измерен вне зависимости от изменений тока и напряжения от источника питания к индукционной катушке путем удаления компонент приложенного магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой, из выходного сигнала детекторной катушки, определяющей приложенное магнитное поле и индуцированное магнитное поле на основе изменения расположения поверхности расплавленного металла.
Кроме того, согласно изобретению, уровень поверхности расплавленного металла может стабильно измеряться с высокой точностью и, таким образом, использоваться как опорный сигнал для регулировки. Следовательно, качество поверхности отливаемого продукта может быть повышено, тем самым уменьшается длительность процесса изготовления сталелитейных продуктов и экономится энергия.
Хотя предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения были описаны с иллюстративной целью, специалисту понятно, что возможны различные модификации, дополнения и замены в рамках изобретения, описанного в нижеследующей формуле изобретения.
Claims (9)
1. Устройство для измерения уровня поверхности расплавленного металла внутри литейной формы в электромагнитном процессе непрерывной разливки путем определения магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой и индуцированного вихревым током магнитного поля тока в расплавленном металле, содержащее источник питания для подачи переменного тока заданной мощности к индукционной катушке и установки переменной мощности, показывающей изменение мощности переменного тока, детекторную катушку для определения суммы приложенного магнитного поля от индукционной катушки и индуцированного магнитного поля, устройство усиления/фильтрации для усиления выходного сигнала от детекторной катушки до заданного уровня и фильтрации усиленного сигнала для удаления из него шумовых компонент и арифметический блок, реагирующий на выходной сигнал от устройства усиления/фильтрации и изменение мощности от источника питания для определения уровня поверхности расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, индуцированных в результате изменения мощности переменного тока, подаваемой к индукционной катушке, из суммы магнитных полей, определяемой детекторной катушкой.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство усиления/фильтрации включает развязывающий усилитель для усиления выходного сигнала от детекторной катушки до заданного уровня, полосовой фильтр для фильтрации только компонент сигнала заданной полосы частот из выходного сигнала от изолирующего усилителя, преобразователь сигнала постоянного тока для преобразования выходного сигнала от полосового фильтра в сигнал постоянного тока, фильтр нижних частот для фильтрации сигнала постоянного тока из преобразователя сигнала постоянного тока для удаления из него шумовых компонент и аналого-цифровой преобразователь для преобразования аналогового выходного сигнала от фильтра нижних частот в цифровой сигнал и вывода преобразованного цифрового сигнала к арифметическому блоку.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что арифметический блок применяется для определения уровня поверхности расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, индуцированных в результате изменения мощности переменного тока, подаваемой к индукционной катушке, из суммы магнитных полей, определяемой детекторной катушкой на основе следующего уравнения:
где а= C1•V2+C2;
b= C3•V2+C4;
d= C5•V2+C6;
k= C7;
V1 - сумма магнитных полей;
С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7 - константы;
V2 - переменная мощности, подаваемая к индукционной катушке.
где а= C1•V2+C2;
b= C3•V2+C4;
d= C5•V2+C6;
k= C7;
V1 - сумма магнитных полей;
С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7 - константы;
V2 - переменная мощности, подаваемая к индукционной катушке.
4. Устройство по п. 1 или 3, отличающееся тем, что применяется источник питания для установки переменной мощности в соответствии с изменением мощности переменного тока, прикладываемого к индукционной катушке, причем переменная мощности не связана с изменением расположения поверхности расплавленного металла и изменением электрической нагрузки электромагнитного процесса непрерывного литья и однозначно соответствует величине тока, подаваемого к индукционной катушке.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что детекторная катушка устанавливается так, что она располагается вокруг верхней части литейной формы.
6. Устройство по п. 1 или 5, отличающееся тем, что детекторная катушка сформирована так, чтобы измерять любое из магнитных полей: магнитное поле, параллельное оси литейной формы, магнитное поле, перпендикулярное оси литейной формы, и комбинацию магнитных полей, параллельных и перпендикулярных оси литейной формы.
7. Способ измерения уровня поверхности расплавленного металла внутри литейной формы в электромагнитном процессе непрерывной разливки за счет определения суммы магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой и магнитного поля, индуцированного вихревым током в расплавленном металле через детекторную катушку, отличающийся тем, что выходной сигнал от детекторной катушки усиливают до заданного уровня и фильтруют усиленный сигнал для удаления из него шумовых компонент, и определяют уровень поверхности расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, основанного на изменении тока, подводимого к индукционной катушке, из усиленного и отфильтрованного сигнала.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что стадия определения поверхностного уровня включает стадию определения поверхностного уровня расплавленного металла путем удаления компонент приложенного магнитного поля, индуцированных в результате изменения мощности переменного тока, подаваемой к индукционной катушке, из суммы магнитных полей, определяемой детекторной катушкой на основе следующего уравнения:
где а= C1•V2+C2;
b= C3•V2+C4;
d= C5•V2+C6;
k= C7;
V1 - сумма магнитных полей;
С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7 - константы;
V2 - переменная мощности, подаваемая к индукционной катушке.
где а= C1•V2+C2;
b= C3•V2+C4;
d= C5•V2+C6;
k= C7;
V1 - сумма магнитных полей;
С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7 - константы;
V2 - переменная мощности, подаваемая к индукционной катушке.
9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что источник питания применяется для установки переменной мощности в соответствии с изменением мощности переменного тока, подводимого к индукционной катушке, причем переменная мощности не связана с изменением расположения поверхности расплавленного металла и изменением электрической нагрузки в электромагнитном процессе непрерывной разливки и однозначно соответствует величине тока, подаваемого на индукционную катушку.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0028920A KR100466179B1 (ko) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지 방법 |
| KR1999/28920 | 1999-07-16 | ||
| KR2000/38702 | 2000-07-06 | ||
| KR10-2000-0038702A KR100482219B1 (ko) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검출장치 및 그 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2194952C1 true RU2194952C1 (ru) | 2002-12-20 |
| RU2001110119A RU2001110119A (ru) | 2004-03-20 |
Family
ID=26635848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001110119/28A RU2194952C1 (ru) | 1999-07-16 | 2000-07-18 | Устройство для измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки и способ измерения уровня расплавленного металла |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6517604B1 (ru) |
| EP (1) | EP1133678B1 (ru) |
| JP (1) | JP3602096B2 (ru) |
| CN (1) | CN1318149A (ru) |
| DE (1) | DE60033270T2 (ru) |
| RU (1) | RU2194952C1 (ru) |
| WO (1) | WO2001006217A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517771C2 (ru) * | 2009-04-29 | 2014-05-27 | Авеми | Датчик и способ измерения уровня поверхности металла в жидкой фазе |
| RU206007U1 (ru) * | 2021-03-24 | 2021-08-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство для определения уровня расплавленного металла в индукционной установке |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1729101B1 (en) * | 2005-06-03 | 2008-09-10 | Fondazione Torino Wireless | Method and apparatus for detecting the level of a molten metal in a container and the depth of slag floating on it |
| ITPN20060005A1 (it) | 2006-01-27 | 2007-07-28 | Ergoline S Lab S R L | Procedimento e dispositivo per la misura e controllo dell'altezza del metallo liquido in un cristallizzatore. |
| DE102008064304A1 (de) * | 2008-12-20 | 2010-07-01 | Sms Siemag Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen |
| IT1401233B1 (it) * | 2010-07-14 | 2013-07-12 | Danieli Automation Spa | Dispositivo per la rilevazione di livello in una attrezzatura di colata e relativo procedimento di rilevazione. |
| IT1401387B1 (it) * | 2010-08-09 | 2013-07-18 | Danieli Automation Spa | Dispositivo per la rilevazione del livello di metallo liquido in una attrezzatura di colata e relativo procedimento |
| EP2725330A4 (en) * | 2011-06-24 | 2015-05-27 | Nireco Corp | DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF A FUSION METAL AND METHOD FOR MEASURING THE LEVEL OF A FUSION METAL |
| US9383247B2 (en) * | 2011-09-15 | 2016-07-05 | Agellis Group Ab | Level measurements in metallurgical vessels |
| KR101085841B1 (ko) * | 2011-10-04 | 2011-11-22 | (주)스페이스원 | 플라즈마 절단기의 토치 높이 제어 장치 및 방법 |
| CN103510128B (zh) * | 2012-06-19 | 2016-07-06 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | 实时监测铝电解槽内熔融铝液界面的方法 |
| CN103727994B (zh) * | 2013-12-24 | 2017-02-15 | 深圳市亚美联合压铸设备有限公司 | 一种电磁感应式熔融镁液位计 |
| DE102016112266A1 (de) | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Anordnung zum Charakterisieren des Füllstandes eines elektrisch leitfähigen Materials in einem Behälter |
| DE102017111722A1 (de) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und vorrichtung zum charakterisieren eines objekts, verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer zusammensetzung eines objekts sowie verfahren und vorrichtung zum erkennen eines elektrisch leitfähigen und/oder magnetisch permeablen objekts |
| CN111457990A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-28 | 国电锅炉压力容器检验有限公司 | 一种他比式涡流线圈组液位计及液位测量方法 |
| DE102020215379A1 (de) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | Berthold Technologies Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Messgerät zur Gießspiegelmessung in einer Kokille |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3271611D1 (en) * | 1981-03-18 | 1986-07-17 | Arbed | Method and device for measuring the filling level in continuous-casting moulds |
| US4446562A (en) | 1981-10-13 | 1984-05-01 | Electric Power Rsearch Institute, Inc. | Method and apparatus for measuring crucible level of molten metal |
| US4555941A (en) | 1982-08-25 | 1985-12-03 | Berwind Corporation | Capacitance-type material level indicator |
| JPS59166801A (ja) | 1983-03-09 | 1984-09-20 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 渦電流を利用した差動帰還型距離測定装置 |
| JPS60127060A (ja) | 1983-12-12 | 1985-07-06 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 湯面レベル測定装置 |
| JPS63104758A (ja) | 1986-10-22 | 1988-05-10 | Nkk Corp | 連続鋳造の湯面制御方法 |
| ES2083434T3 (es) * | 1989-09-19 | 1996-04-16 | Nippon Steel Corp | Metodo y aparato para detectar el nivel de metal fundido. |
| JPH06122056A (ja) | 1992-10-14 | 1994-05-06 | Kobe Steel Ltd | 高周波電磁界鋳型における湯面レベル検出方法 |
| DE19525474A1 (de) | 1995-07-12 | 1997-01-16 | Basf Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von (cyclo)aliphatische Biuretgruppen enthaltenden Polyisocyananten |
| CA2280523C (en) * | 1997-12-08 | 2004-09-28 | Nippon Steel Corporation | Continuous casting apparatus using a molten metal level gauge |
| JP3779809B2 (ja) | 1997-12-26 | 2006-05-31 | 新日本製鐵株式会社 | 溶融金属の連続鋳造方法とその装置 |
-
2000
- 2000-07-18 RU RU2001110119/28A patent/RU2194952C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2000-07-18 DE DE60033270T patent/DE60033270T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2000-07-18 JP JP2001510807A patent/JP3602096B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-18 CN CN00801407A patent/CN1318149A/zh active Pending
- 2000-07-18 EP EP00946498A patent/EP1133678B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-18 WO PCT/KR2000/000780 patent/WO2001006217A1/en active IP Right Grant
- 2000-07-18 US US09/787,187 patent/US6517604B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517771C2 (ru) * | 2009-04-29 | 2014-05-27 | Авеми | Датчик и способ измерения уровня поверхности металла в жидкой фазе |
| RU206007U1 (ru) * | 2021-03-24 | 2021-08-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство для определения уровня расплавленного металла в индукционной установке |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3602096B2 (ja) | 2004-12-15 |
| DE60033270D1 (de) | 2007-03-22 |
| CN1318149A (zh) | 2001-10-17 |
| EP1133678A1 (en) | 2001-09-19 |
| DE60033270T2 (de) | 2008-02-21 |
| EP1133678A4 (en) | 2005-07-27 |
| JP2003504636A (ja) | 2003-02-04 |
| US6517604B1 (en) | 2003-02-11 |
| WO2001006217A1 (en) | 2001-01-25 |
| EP1133678B1 (en) | 2007-02-07 |
| RU2001110119A (ru) | 2004-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2194952C1 (ru) | Устройство для измерения уровня расплавленного металла в электромагнитном процессе непрерывной разливки и способ измерения уровня расплавленного металла | |
| EP0416866B1 (en) | Electromagnetic flowmeter utilizing magnetic fields of a plurality of frequencies | |
| CN110749846A (zh) | 一种基于线性调频激励的巴克豪森信号检测方法 | |
| CN108872669B (zh) | 用于感应分流器的pid控制误差补偿系统及其方法 | |
| JPWO2006059497A1 (ja) | 超電導体の臨界電流密度測定方法及び装置 | |
| US20190003542A1 (en) | Method and device for determining the wear of a carbon ceramic brake disc in a vehicle by impedance measurements | |
| JP3138953B2 (ja) | スラグ厚測定装置 | |
| US5693875A (en) | Process for measuring the temperature of metallic workpieces and their solid content in a partially solidified state | |
| JPH05281063A (ja) | 鋼材の張力測定装置 | |
| KR100482219B1 (ko) | 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검출장치 및 그 방법 | |
| JPS60216959A (ja) | 連続鋳造モ−ルドレベル検出法 | |
| JP3546288B2 (ja) | 流速測定方法及び装置 | |
| CN218584054U (zh) | 一种联合循环汽轮机轴瓦动态标高测量装置 | |
| JPH11211741A (ja) | 流速測定方法及び装置 | |
| KR100405525B1 (ko) | 전자기연속주조에서의탕면검지장치 | |
| KR100270114B1 (ko) | 고온의 열연강판의 변태량 측정장치 및 그 방법 | |
| KR100466179B1 (ko) | 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지 방법 | |
| JPH02156113A (ja) | 線型変位検出装置 | |
| JPH09101320A (ja) | 流速測定方法及びその測定装置 | |
| KR920002179B1 (ko) | 와류탐상 방법 및 장치 | |
| JP2000146994A (ja) | 流速測定方法及び装置 | |
| JPS6228604A (ja) | 非接触式プロフイ−ル測定装置 | |
| JPH05280921A (ja) | 鋼材の断面積測定装置 | |
| KR900004055Y1 (ko) | 연주용탕 높이 측정용 와류식 탕면계의 온도보상장치 | |
| JPS6076262A (ja) | 溶鋼レベルの測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050719 |