SE440862B - Sett och apparat for gjutning av metaller - Google Patents

Description

ïâ “MIÛ Ûiïs 8 fasta delen. Läget för götets periferi påverkas av det plan, över vilket de hydrostatiska och magnetiska trycken balanserar varandra. Sålunda förorsakar alla variationer i det smälta metallhuvudets absoluta höjd jämförliga variationer i hydro- statiskt tryck, som ger upphov till vâgrörelser längs götets längd. Dessa ytvågrörelser är mycket ogynnsamma och kan med- föra minskad metallåtervinning under den fortsatta behand- lingen.

'Av ovanstående diskussion framgår, att då man försöker elektromagnetiskt gjuta sådana tunga metaller och legeringar, erfordras en högre grad av reglering för ernäende av den önskade ytformen och det önskade yttillstândet för det erhåll- na gjutstycket. Den amerikanska patentskriften 4 014 379 beskriver en regleranordning för reglering av den ström, som går genom induktionsspolen och reagerar för avvikelser i dimensionerna för den smälta zonen (det smälta metallhuvudet) hos götet från ett föreskrivet värde. Enligt patentskriften regleras induktansspolespänningen för reglering av induktans- spoleströmmen som gensvar på uppmätta variationer i nivån för götets vätskezonsyta. Reglering av induktansspolespänningen àstadkommes medelst en förstärkt delsignal, som tillföres en frekvensomformares fältlindning.

En nackdel med regleranordningen enligt patentskriften är att hänsyn tages endast till ändringar i det smälta metall- huvudet till följd av fluktuationer i nivån för vätskezonens yta. Det torde i patentskriften ha antagits, att belägenheten av stelningsfronten mellan den smälta metallen och det stel- nande götskalet är fixerad i förhållande till induktansspolen.

Detta torde icke vara fallet i praktiken. Faktorer som strävar att förorsaka fluktuationer i det vertikala läget för stel- ningsfronten innefattar variationer i gjutningshastígheten, metallöverhettningsvärmet, kylvattenströmningshastigheten, läget för tillförseln av kylvatten, kylvattentemperaturen och kylvattnets kvalitet (föroreningsinnehàll) samt índuktansspole- strömmens amplitud och frekvens.

Aluminium och aluminíumlegeringar besitter ett smalt elektriskt resistivitetsområde. Av detta skäl blir vid den elektromagnetiska gjutningsprocessen det djup, till vilket 7812007-'8 vírvelströmmar alstras i det smälta metallhuvudet och stel- nande götet, jämförelsevis likformigt för många olika aluminium- legeringar. Inträngningsdjupet för den inducerade elektromag- netiska strömmen är en funktion av resistivitet, belastning och frekvens.

För koppar och kopparlegeringar liksom för andra tunga metaller och legeringar föreligger ett brett resistivitets- område för olika legeringar. Av detta skäl är den inducerade strömmens inträngningsomràde vid en konstant frekvens för sådana legeringar jämförelsevis brett i förhållande till aluminium. Detta är ofördelaktigt, eftersom graden av magne- tisk omröring av den smälta metallen är en funktion av den inducerade strömmens inträngningsdjupn För sådana tunga metaller och legeringar mäste vid över- gäng från den ena legering till en annan arbetsfrekvensen ändras för att man skall ernå det önskade inträngningsdjupet för den inducerade strömmen. Exempelvis förväntas för "Alloy C 510 OO" det inducerade inträngningsdjupet vara ungefär 10 mm vid 1 kHz, 5 mm vid 4 kHz och 3 mm vid 10 kHz. Det inträngningsdjup, som vanligen tillämpas vid elektromagnetisk gjutning av aluminiumlegeringar är ungefär 5 mm. Jämfört med “Alley C 510 00" når rent koppar ett inträngningsdjup av 5 mm vid 2 kHz, halva den frekvens vid vilken "Alloy C 510 00" når detta inträngningsdjup. Av detta skäl måste regleranord- ningen för elektromagnetisk gjutning av sådana metaller som koppar och kopparlegeringar kunna arbeta vid många olika frekvenser för ernàende av lämpligt inträngningsdjup för den inducerade strömmen.

Det är känt att utnyttja utrustning för tillförsel av högfrekvent energi med begagnande av statiska fasttillstànds- växelriktare istället för roterande omformare. En särskild fördel med sådana fasttillstàndsväxelriktare är att utrust- ningen kan arbeta över ett stort frekvensomràde.

Föreliggande uppfinning syftar till att undanröja ovan beskrivna nackdelar och erbjuda noggrant organ för reglering av den elektromagnetiska gjutningsapparaten för medgivande av gjutning av göt av koppar och kopparbaserade legeringar och liknande med likformiga tvärdimensioner över deras längd. m1 ansv-n ï Uppfinníngen erbjuder ett sätt och en apparat för gjut- ning av metaller, varvid den smälta metallen inneslutes och formas till önskad form medelst anbringningen av ett elektro- magnetiskt fält. Särskilt begagnas en induktansspole för an- bringning av ett magnetfält på den smälta metallen. Själva fältet åstadkommes genom att en induktansspole tillföres en växelström. Induktansspolen hålles skild från den smälta metallen genom ett gap, som sträcker sig från den smälta metal- lens yta till induktansspolens motstående yta.

Enligt uppfinningen utnyttjas en regleringsanordning för minimering av variationerna i gapet, medan gjutningsapparaten arbetar. Regleranordningen innefattar en reglerkrets, som är ansluten till den strömförsörjningsdel, som tillför induktans- spolen växelströmmen. Reglerkretsen innefattar kretsorgan för avkänning av variationer i gapet och organ, som reagerar här- för för reglering av storleken av den ström, som tillföres induktansspolen för minimering av gapvariationen.

Enligt ett föredraget utförande mätes en elektrisk para- meter hos induktansspolen. Den för mätning valda elektriska parametern kan vara reaktansen eller induktansen, som varierar med gapets storlek. Organ är anordnade, vilka reagerar för mätorganet och alstrar en felsignal, vars storlek är en funk- tion av skillnaden mellan den uppmätta elektriska parameterns värde och dess på förhand bestämda värde. Organ är anordnade för att som gensvar på felsignalen reglera den ström, som tillför induktansspolen på sådant sätt, att felsignalen drives mot noll.

Enligt ett annat föredraget utförande innefattar appara- ten organ för avkänning av storleken av gapet och organ, som reagerar härpâ och alstrar en felsignal, vars storlek är en funktion av skillnaden mellan den avkända gapstorleken och en på förhand bestämd gapstorlek. Organ är anordnade för att som gensvar på felsignalen reglera den ström, som tillföres induktansspolen, så att gapet återföres till den på förhand bestämda storleken.

Sättet och apparaten enligt uppfinningen kan utnyttja analoga eller digitala kretsar eller kombinationer härav.

Föreliggande uppfinning syftar sålunda till att erbjuda ett sätt och en apparat för elektromagnetisk gjutning av me- 7812007~s Uï taller och legeringar. Dessa skall möjliggöra minimering av formstörningar i det erhållna gjutstyckets yta. Gapet mellan den smälta metallen och induktansspolen avkännes elektriskt och den ström, som tillföres induktansspolen, regleras som gensvar härpå.

Själva uppfinningsföremålet och vad som särskilt känne- tecknar detta framgår av de bifogade patentkraven.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar.

Fig. l visar schematiskt en elektromagnetisk gjutapparat enligt uppfinningen, fig. 2 är ett blockschema över en regleranordning enligt en utföringsform av uppfinningen, fig, 3 ett blockschema över en regleranordning enligt en annan utföringsform av uppfinningen, och fig, 4 ett blockschema över en regleranordning enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

Fig. l visar såsom exempel en elektromagnetisk gjutapparat enligt uppfinningen.

Den elektromagnetiska gjutformen l0 innefattar en induk- tansspole ll, som är vattenkyld, en kylsamlingsledning 12 för tillförsel av kylvatten till den under gjutning varande metallens C periferiyta 13 samt en icke~magnetisk skärm 14.

Smält metall införes kontinuerligt i formen l0 under ett gjutningsförlopp, varvid på normalt sätt begagnas ett trâg 15 och ett nedlopp l6 samt konventionell reglering för det smälta metallhuvudet. Induktansspolen ll exciteras av en växelström från en strömkälla l7 och regleranordning 18 enligt uppfin- ningen.

Växelströmmen i induktansspolen ll ger upphov till ett magnetfält, som växelverkar med det smälta metallhuvudet l9 och åstadkommer virvelströmmar i detta. Dessa virvelströmmar växelverkar i sin tur med magnetfältet och ger upphov till krafter, som anbringar ett magnetiskt tryck på det smälta metallhuvudet 19, så att detta inneslutes, så att det stelnar med önskat tvärsnitt.

Ett luftgap d föreligger under gjutningen mellan det smäl- ta metallhuvudet 19 och induktansspolen ll. Det smälta metall- huvudet 19 formas till allmänt samma form som induktansspolen ll 7ía.1âü..fl7-=$ varigenom det önskade göttvärsnittet erhålles. Induktansspolen kan ha varje önskad form, såsom cirkulär eller rektangulär enligt vad som erfordras för ernående av det önskade tvärsnit- tet för götet C.

Syftet med den icke-magnetiska skärmen 14 är att finav- stämma och balansera det magnetiska trycket med det smälta metallhuvudets 19 hydrostatiska tryck. Den icke-magnetiska skärmen 12 kan utgöra ett särskilt element såsom visas eller kan om så önskas ingå såsom en enhetlig del av samlingsled- ningen för tillförsel av kylmedel.

I initialskedet hålles en konventionell kolv 21 och ett nedre block 22 i formens 10 magnetiska inneslutningszon för medgivande av att den smälta metallen hälles i formen vid början av gjutningsförloppet. Kolven 21 och det nedre blocket 22 drages därefter likformigt tillbaka med önskad gjuthastig- het.

Stelningen av den smälta metallen, som magnetiskt hälles i formen 10, åstadkommes genom direkt tillförsel av vatten från kylledningen 12 till götytan 13. Vid den i fig 1 visade utföringsformen tillföres vattnet götytan 13 inuti induktans- spolen 11. Vattnet kan tillföras götytan 13 ovanför, inuti eller under induktansspolen 11 enligt önskan.

Om så önskas, kan varje tidigare känd formkonstruktion eller andra kända arrangemang för den elektromagnetiska gjut- apparaten såsom beskrivits ovan begagnas.

Uppfinningen avser regleringen av gjutningsprocessen och apparaten 10 för åstadkommande av göt av väsentligen likfor- migt tvärsnitt över götets längd och formade av sådana metaller och legeringar som koppar och kopparbaserade lege- ringar. Detta àstadkommes enligt uppfinningen genom avkänning av de elektriska egenskaper hos induktansspolen 11 som är en funktion av gapet d mellan induktansspolen och lasten, vilken är götet C och det smälta metallhuvudet 19.

Det har befunnits, att induktansspolens 11 induktans under arbetsförloppet är en funktion av gapet d. Följande ekvation uttrycker det förhållande, som förmodas föreligga mellan induktansspolens induktans och gapets storlek: 7812007-8 7 Li = kd(2DC-d) (1) där: Li = índuktansspolens induktans, DC = induktansspolens diameter, d = avståndet mellan induktansspolen och götet (luftgapet) k = en faktor genom vilken hänsyn tages till anord- ningens geometriska parametrar inklusive nivån för det smälta metallhuvudets 19 yta 23, nivån för stelningsfronten 24 med avseende på induktans- spolen 11, den under gjutning varande metallens elektriska ledningsförmàga samt strömfrekvensen. "k" bestämmes empiriskt genom mätning av induktansen för en känd induktansspolediameter och separationen mellan induk- tansspolen och götet samt lösning av ekvationen (1) med av- seende pä "k". Faktorn "k" varierar icke med gapet "d". "k" varierar endast obetydligt med det smälta metallhuvudets höjd "h", så länge som metallytan 23 halles i närheten av induktans- spolens 11 översida.

Det är sålunda tydligt, att induktansen för systemet av induktansspole och göt är en funktion av gapet "d". Induktan- sen är relaterad till reaktansen för systemet av induktans- spole och göt enligt ekvationen: xl = zur f Ll <2) där: Xi = induktiv reaktans (ohm), Li = induktans (henry), f = frekvens (hertz).

Luftgapet "d" mellan induktansspolen 11 och metallasten 19 pklägger den reaktiva belastningen Xi på den elektriska strömförsörjningsdel, som matar induktansspolen. Storleken av denna induktiva reaktans "Xi" är en funktion av strömmens frekvens f, storleken av luftgapet d, antalet induktansspole- varv och induktansspolens höjd. Både reaktenasen Xi och induk- tansen Li är relativt oberoende av den under gjutning varande legeringen i jämförelse med resistansen.

Kombinationen av induktansspolen 11 och den metallast 19, 731. ÉÛIGW 8 som den omsluter, pàlägger en resistiv belastning även på den elektriska strömförsörjningsdel, som matar induktansspolen.

Storleken av den resistiva belastningen är en funktion av in- duktansspolens 11 och metallastens 19 geometri (storlek) och bâdas resistiviteter. Kombinationen av de ovan beskrivna resistiva och reaktiva belastningarna medför en total impe- dans “Ze", genom vilken inneslutningsströmmen WP'måste passera.

Denna totala impedans definieras i ohm som: 2 2 zifi Rí + (21rf Li) (3) där: Z = impedansen (ohm), Ri = resistansen (ohm), f = frekvensen (hertz), L = induktansen (henry). variationer i lastens tvärsnitt, dvs det smälta metall- huvudets 19 tvärsnitt, medför ändringar i induktansspolens 11 elektriska belastning. Om en konstant spänning anbringas över induktansspolen 11 såsom enligt den amerikanska patent- skriften 4 014 379, balanserar inneslutningsprccessen det smälta metallhuvudets 19 hydrostatiska tryck och de elektro- magnetiska krafternas magnetiska tryck, så att inneboende regleregenskaper erhålles. Följaktligen strävar en ökning i det smälta metallhuvudet att övervinna det magnetiska trycket och ge en större götsektion. Detta minskar i sin tur gapet d eller avståndet mellan göt och induktansspole, varigenom systemets impedans Zi och induktans Li sänkes. Enligt ovan- nämnda amerikanska patentskrift skulle denna effekt kunna vara baserad på en ändring i resistans, som är förbunden med götets ökande storlek. Emellertid förmodas impedansen snarare än resistansen vara den reglerande egenskapen. Induktansspole- strömmens amplitud Ii och därmed en inducerade strömmens amplitud ökas därigenom i enlighet med ekvationen: Li = Vi ïš (4) där: Ii = strömmen, Vi = spänningen, och Z = impedansen, 7812007-8 så att götet återgår till sin ursprungliga storlek.

Då detta är en dynamisk process uppkommer störningar eller vàgrörelser i det erhållna götets yta 13. Det förväntas, att sådana störningar inträffar i karakteristiska tidsperioder av storleksordningen 1 sekund. För att motverka dessa effekter medelst elektriska reglerorgan hör gensvarshastigheten för strömförsörjningsdelen 17 och regleranordningen 18 vara avse- värt högre. Följaktligen är en gensvarstid av 100 millisekun- der eller mindre önskvärd.

Såsom beskrivits ovan är den helastade induktansspolens 11 induktans eller reaktans funktioner av gapstorleken d. Enligt ovannämnda patentskrift vidmakthälles en konstant spänning över induktansspolen, och en korrigerande spänning, som rea- gerar pà höjden av det smälta metallhuvudets yta, utnyttjas för reglering av induktansspoleströmmen. I motsats härtill avkännes enligt föreliggande uppfinning en elektrisk egenskap hos gjutapparaten 10 som är en funktion av gapet d mellan det smälta metallhuvudet 19 och induktansspolens inneryta, var- jämte en signal, som representerar detta, alstras. Som gensvar på gapsignalen regleras strömförsörjningsdelens 17 uteffekt för erhållande av en lämplig frekvens, spänning och ström, sä att gapet d hàlles väsentligen konstant.

Det är den ström, som tillföres induktansspolen 11, som är huvudfaktorn vid alstrandet av det elektromagnetiska trycket. Denna ström är en funktion av den tillförda spän- ningen och den belastade induktansspolens impedans, som i sin tur är en funktion av frekvens och induktans. Det är möj- ligt enligt uppfinningen att reglera den tillförda strömmen genom justering av strömförsörjningsdelens 17 utspänning vid en konstant frekvens eller genom justering av strömförsörj- ningsdelens 17 frekvens vid en konstant spänning eller genom justering av frekvensen och spänningen i kombination.

Fig 1 och 2 visar såsom exempel en reglerkrets 18 för reglering av den elektromagnetiska gjutapparatens 10 ström- försörjningsdel 17. Syftet med reglerkretsen är att tillför- säkra att gapet "d" hålles i huvudsak konstant, så att endast mindre variationer uppträder däri. Genom minimering av varje variation i gapet d minimeras formoregelbundenheterna i gjut- 7 *ß 1 26:67* 3 10 styckets C yta 13.

Induktansspolen 11 är ansluten till en elektrisk ström- försörjningsdel 17, som ger den nödvändiga strömmen med önskad frekvens och spänning. En typisk strömförsörjningskrets kan betraktas såsom två underkretsar 25 och 26. En yttre krets 25 består väsentligen av en fasttillståndsgenerator, som ger en elektrisk spänning över belastningen eller tankkretsen 26,_ som innefattar induktansspolen 11. Kretsen 26 utom induktans- spolen 11 betecknas ibland såsom värmestation och innefattar sådana element som kondensatorer och transformatorer.

Enligt uppfinningen utgöres generatorkretsen 25 lämpligen av fasttillståndsväxelriktare. En sådan växelriktare föredrages, eftersom den möjliggör en valbar utfrekvens över ett frekvens- område. Detta möjliggör i sin tur reglering av inträngnings- djupet för strömmen i lasten enligt ovan. Både fasttillstånds- växelriktaren 25 och tankkretsen 26 eller värmestationen kan vara av konventionell konstruktion. Strömförsörjningsdelen 17 har framändeslikspänningsreglering för separering av delens spännings- och frekvensfunktioner.

Enligt uppfinningen avkännes ändringar i induktansspole- göt-systemets elektriska parametrar för avkänning av ändringar i gapet d. Vilka som helst önskade parametrar eller signaler, som är en funktion av gapet d, kan avkännas. företrädesvis I utnyttjas enligt uppfinningen reaktansen hos induktansspolen 11 och dess belastning såsom en reglerande parameter, och helst utnyttjas induktansen hos induktansspolen och dess belastning. Båda dessa parametrar är en funktion av gapet mellan induktansspolen 11 och lasten 19. Emellertid kan om så önskas andra parametrar, som påverkas av gapet, utnyttjas, exempelvis impedans och energi. Impedansen är en mindre önskvärd parameter, eftersom den även är en funktion av den resistiva belastningen, vilken ändras med lastens (götets) diameter och i allmänhet på ett komplicerat sätt.

Reaktansen hos induktansspolen 11 och lasten 19 kan av- kännas enligt fig 2 genom mätning av spänningen över induktans- spolen 11 900 ur fas med strömmen och delning av denna signal med en ström, som mätes i induktansspolen. För ett arbetssätt med fast frekvens är reaktensen direkt proportionell mot 7812007-8 11 induktansen såsom i ekvationen (2) ovan. Sålunda är vid fast frekvens den uppmätta reaktansen en funktion av gapet d i enlighet med ekvationen (1) ovan. Om frekvensen icke är fast under förloppet, bestämmes lämpligen induktansen hos índuktans- spolen 11 och dess last 19, vilket kan ske genom delning av reaktansen med en faktor, som innefattar 2 flif.

Reglerkretsen 18, fig 2, kan i första hand tillämpas på ett arrangemang, där strömförsörjningsdelens 17 frekvens under förloppet hàlles fixerad vid något på förhand bestämt värde. Med reglerkretsen 18 behöver man sålunda endast mäta en ändring i reaktansen hos induktansspolen 11 och lasten 19 för erhållande av en signal, som anger en ändring i gapet d.

Fasttillstândsströmförsörjningsdelens 17 utgående vågform innehåller övertoner. Dessa övertoners amplitud i förhållande till grundfrekvensen beror på ett stort antal faktorer, exem- pelvis götets typ och diameter och egenskaperna hos de ström- men behandlande komponenterna i strömkällan (exempelvis impe- dansanpassningstransformatorn). Den avsedda mätningen under processen av elektriska parametrar bör lämpligen utföras vid grundfrekvensen för eliminering av fel till följd av övertons- blandning.

En strömtransformator 27 avkänner strömmen i induktans- spolen 11. Ett ström-spännings-skalningsmotstàndsnät 29 alstrar en motsvarande spänning. Denna spänning tillföres en faslàst slingkrets 30, som "låser" vid strömvägformens grundsvängning och alstrar två sinusformiga fasreferensutsignaler, vars fas- vinklar är OO och 900 i förhållande till strömmens grundsväng- ning. Med utnyttjande av fasreferensutsignalen av fasvinkeln 00 härleder den faskänsliga likriktaren 31 grundfrekvensens strömamplitud. 900-fasreferensen tillföres den faskänsliga likriktaren 28, som härleder en grundspänningsamplitud, som beror på den induktiva reaktansen. Spänningssignalerna från 28 och 31, som skalats på korrekt sätt, tillföres därefter en analog spänningsdelare 32, där spänningen fran likriktaren 28 delas med spänningen från líkriktaren 31, så att en utnignal erhålles, villan-n iir proportiu|1c-].l. mot. rn-nkL-ilazz--xn hm: in«l|.1kI.1n:2~> spolen 11 och lasten 19. Delarens 32 utsignal tillföres den inverterande ingången till en differentialförstärkare 33, som W-'IÉÛÜT- 8 12 arbetar linjärt. Den icke inverterande ingången till förstär- karen 33 är ansluten till en justerbar spänningskälla 34.

Förstärkarens 33 utsignal tillföres en felsignalförstärkare 35 så att en spänningsfelsignal erhålles, vilken tillföres ström- försörjningsdelens yttre krets 25 för åstadkommande av en återkopplingsregleríng därav. Förstärkaren 35 innehåller även lämpligen frekvenskompenserande kretsar för justering av hela återkopplingsslingans dynamiska uppträdande.

Felsignalen från differentialförstärkaren 33 är propor- tionell mot variationen i reaktansen hos induktansspolen 11 och lasten 19 och motsvarar även i riktning eller polarítet riktningen för variationen i reaktansen. Den justerbara spänningskällan erbjuder ett organ för justering av gapet d till.enönskad inställningspunkt. Återkopplingsregleranordningen 18 erbjuder ett organ för drivning av variationen i gapet d till ett minimivärde eller noll. Regleranordningen 18, fig 2, är i första hand tillämplig vid ett arbetssätt, där den en gång inställda frekvensen hålles konstant, även om den icke nödvändigtvis är begränsad till detta arbetssätt, särskilt icke för små ändringar i frekvens.

Andra filtrerkretsar än den faslâsta slingkretsen 30 kan begagnas för uttagande av grundfrekvenskomponenten. Exem- 7 ; pelvis kan både strån-ochspänningsvågformer granskas vid Ä o° uttagen från strömförsörjningsdelens 17 växelriktardrivkretsar. och 900 med avseende på en godtycklig fasreferens, exempelvis Dessa 00- och 900-komponenter kandärefterkombineras vekto- riellt, så att man erhåller spänningar, vilka är proportio- nella mot grundfrekvensen och strömmen genom induktansspolen 11.

Kretsen enligt fig 2 kan modifieras såsom visas i fig 3, där motsvarande kretselement har samma hänvisningsbeteckningar såsom i fig 2 och arbetar på samma sätt. Vid kretsen 18' i fig 3 avkännes frekvensen hos den ström, som tillföres induk- tansspolen 11, och en däremot proportionell spänningssignal alstras medelst en frekvens-spänningsomformare 36, som är ansluten till utgången från ström-spänníngsskalningskretsen 29.

Omformarens 36 utsignal skalas på korrekt sätt till utgången från delaren 32 medelst skalningskretsen 37. En andra analog spänningsdelare 38 är anordnad för delning av utsignalen från 7812007-8 13 den första spänningsdelaren 32 med den proportionella spän; ningen från frekvens-spänningsomvandlaren 36. Den andra dela- rens 38 utsignal approximerar induktansen hos induktansspolen 11 och lasten 19 och tillåter därigenom att regleranordningen 18' arbetar även vid variabel frekvens.

Vid de så långt beskrivna regleranordningarna 18 och 18' enligt uppfinningen har kretsar av analog typ begagnats. Om så önskas, kan emellertid inom ramen för uppfinningen en större reglerflexibilitet ernäs med utnyttjande av en digital regleranordning 18", som exemplifieras i blockschemat i fig 4. 5 Strömförsörjningsdelen 17 innefattande den yttre kretsen 2 och tankkretsen 26 är väsentligen densamma som beskrivits med hänvisning till fig 2 och 3.

Vid denna utföringsform utnyttjas en differentialförstär- kare 39 för avkänning av spänningen över induktansspolen 11.

En strömtransformator 27 utnyttjas för avkännande av strömmen i induktansspolen 11. Differentialförstärkarens utsignal tillföres en filterkrets F för uttagning av grundfrekvensen.

Filtrets F utsignal tillföres en frekvens/spänningsomvandlare 40. Omvandlarens 40 utsignal innefattar en signal "f" som är proportionell mot den tillförda strömmens frekvens. Diffe- rentialförstärkarens 39 utsignal tillföres även den ena in- gången till en växelströmsmätare 41. Den andra insignalen till denna innefattar den strömsignal, som avkännes av strömtrans- formatorn 27, filtrerad medelst filterkretsen F', som tager ut grundfrekvensen. Växelströmmätaren 41 ger utsignaler, som är proportionella mot effektivvärdesspänningen “V", effektiv- värdesströmmen "I" och den aktiva effekten "kW“, som till- föres induktansspolen 11.

Frekvensutsignalen f från omvandlaren 40 och de spän- nings-, V-, ström-, I-, och effekt-, kw-signalerna från växelströmmätaren 41 tillföres en analog-digitalomvandlare 42, som omvandlar dem till lämplig digital form. Analgo-dígita1- omvandlarens utsignal tillföres en beräkningsanordning 43, exempelvis en minidator eller en mikroprocessor, exempelvis en PDP-8 med "Dec Pack" som tillverkas av Digital Equipment, Inc.

Anordningen 43 är programmerad att använda värdena för frek- vensen f, spänningen V, strömmen I och effekten kW, som till- ?߶ÉÛÜ7~8 14 föres densamma,för beräkning av respektive värden för skenbar effekt, "kVA", fasvinkel, "9", impedans, "Z", reaktans “X", och induktans, "L". Beräkningsanordningen kan programmeras att beräkna dessa parametrar med utnyttjande av följande för- hållanden: KVA = V _ I e = cos'1(kw ) WA Z = V/I X = Z sin 6, och L = X/(Zïtf).

Alla ovannämnda förhållanden är välkända och tillåter beräk- ning av induktansen för induktansspolen-lasten under processen.

Sedan beräkningsanordningen 43 beräknat induktansen, beräknar den gapet "dc" med begagnande av formeln (1) ovan. Beräknings- anordningen 43 jämför därefter det beräknade gapet dc med en på förhand bestämd gapinställning d i sitt minne och alstrar en förprogrammerad felsignal motsvarande skillnaden mellan d och dc. Felsignalen tillföres därefter en digital-analogomvand- lare 44 för omvandling av felsignaler till analog form. Digi- tal-analogomvandlarens 44 utsignal tillföres en spänningskon- troller 45, och en annan utsignal därifrån tillföres en frekvenskontroller 46. Utsignalerna från spänníngskontrollern 45 och frekvenskontrollern 46 tillföres vardera strömförsörj- ningsdelen 17 för återkoppling av felsignalerna till ström- försörjningsdelen för justeringanïströmmen i induktansspolen, så att gapvariationen kompenseras och variationen drives mot noll.

Den nu beskrivna regleranordningen 18" kan arbeta på tre olika sätt. Den kan arbeta med fast frekvens, varvid endast spänningen ändras för justering av den ström, som till- föres induktansspolen 11. Vid detta arbetssätt göres frekvens- kontrollern 46 inoperatív, och det är möjligt att beräkna en korrektíons- eller felsignal från det beräknade värdet för reaktansen X istället för att beräkna induktansen L, eftersom de blir direkt proportionella.

Regleranordningen 18" enligt fig 4 kan även arbeta med fast spänning, varvid endast frekvensen varieras för regle- ring av induktansspolens 11 ström. Vid detta arbetssätt göres 7812007-8 spänningskontrollern 45 inoperativ och endast frekvenskontrol- lern tillför strömförsörjningsdelen en felsignal. Slutligen kan med det i fig 4 exemplifierade digitala arbetssättet såväl frekvensen som spänningen varieras för reglering av induktans- spolens 11 ström. Vid detta arbetssätt är såväl spännings- kontrollern 45 som frekvenskontrollern 46 operativ. Även om regleranordningens 18" enligt fig 4 arbetssätt beskrivits med avseende pä jämförelse av en avkänd gapstorlek med en på förhand bestämd gapstorlek för alstrande av en fel- signal, kan den även arbeta på ett sätt liknande det som be- skrivits med hänvisning till fig 2 och 3. Exempelvis kan den istället för att beräkna den avkända gapmagnituden helt enkelt beräkna avkänd reaktans eller induktans i enlighet med ovan- stående ekvationer och jämföra det beräknade reaktans- eller induktansvärdet med något förprogrammerat, förínställt värde och alstra en förprogrammerad felsignal som gensvar på av- vikelsen fràn det förinställda värdet. Detta skulle på fördel- aktigt sätt kräva mindre beräkning än då avkänd gapstorlek beräknas.

Den med hänvisning till fig 4 beskrivna reglerkretsen 18" är önskvärd pa grund av den mycket höga hastighet, med vilken beräkningarna och felsignalerna kan åstadkommas av beräknings- anordningen 43 och den höga grad av känslighet och flexibilitet, som är förbunden med användandet av digitala kretsar och program- mering av en beräkningsanordning. Även om en faslåst slingkrets föredrages framför begag- nandet av ett filter 30, F och F' för uttagning av den av- kända signalens grundfrekvens, kan varje önskad filterkrets begagnas för detta syfte.

Apparaten 10 enligt uppfinningen kan utnyttjas utan att det är nödvändigt att avkänna vätskemetallhuvudets 19 övre yta 23. Detta är fallet på grund av att de parametrar, som begagnas, är funktioner av gapet d och icke i större mån påverkas av höjden h för det smälta metallhuvudet 19. Om sä önskas kan i emellertid i syfte att finavstämma apparaten 10 det smälta metallhuvudets 19 övre yta 23 avkännas på samma sätt som enligt ovannämnda amerikanska patentskrift 4 014 379 före alstrande av en signal, som utgör ett gensvar pà höjden, 731 ÉÜ-'Ûëïs-ß 16 exempelvis genom användandet av en linjär omvandlare 47, exempelvis “Model 350", tillverkad av Trans-Tek, Inc. Omvand- larens 47 utsignal tillföres därefter analog-digita1omvandla- ren 42, som omvandlar den analoga signalen till en digital signal. Den digitala signal, som anger det smälta metallhuvu- dets höjd, jämföres därefter av beräkningsanordningen 43 med ett däri inprogrammerat önskat, inställt värde, och en fel- signal, som motsvarar varje skillnad däremellan, alstras av beräkningsanordningen. Anordningen 43 kombinerar därefter den av gapavvikelsen framkallade felsignalen och huvudhöjdsav- vikelsefelsignalen samt alstrar en lämplig kombinerad fel- signal, som tillföres för reglering av strömförsörjningsdelen 17 på det ovan beskrivna sättet.

Lasten har ovan beskrivits såsom ett göt men kan utgöras av varje önskad typ av kontinuerligt eller halvkontinuerligt gjutet formstycke, exempelvis stänger, skenor etc.

Det här begagnade uttrycket "induktionsspolediameter" kan ersättas med effektiv induktionsspolediameter för icke- cirkulära induktionsspolar 11. Den effektiva induktionsspole- diametern beräknas genom mätning av den area, som definieras av induktionsspolen 11, varefter dess effektiva diameter be- räknas från den uppmätta arean som om det vore fråga om en cirkulär induktionsspole.

Uppfinningen har beskrivits med avseende på koppar och kopparbaserade legeringar, men apparaten och sättet enligt uppfinningen är tillämpliga på många olika metaller och lege- ringar, inklusive nickel och nickellegeríngar, stål och stål- legeringar, aluminium och aluminiumlegeringar etc.

Programmeringen av beräkningsanordningen 43 och dess minne kan utföras på konventionellt sätt, varför programme- ringen icke ingår i uppfinningen.

Reglerkretsarna 18, 18', 18" har beskrivits med avseende pâ användningen vid en elektromagnetisk gjutapparat, men användningen är helt eller delvis möjlig även vid andra typer av metallbehandlingsapparater, vid vilka induktionsspolar begagnas för anbringande av ett magnetfält på en metallast.

Särskilt kan kretsarna för avkännande av induktansen i induk- tansspolen exempelvis begagnas vid induktionsugnar. 7812007-8 17 Uppfinningen erbjuder sålunda en elektromagnetisk gjut- apparat och ett sätt, som helt fyller de uppställda syftena och som erbjuder de ovan angivna fördelarna. Beskrivna ut- föringsformer kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningen. spl-

Claims (6)

7812907-8 /X PATENTKRAV

1. Apparat för gjutning av metaller, innefattande organ (10) för elektromagnetisk inneslutning av smält metall (C) och för formning av den smälta metallen till önskad form, vilka elektromagnetiska, inneslutande och formande organ innefattar en induktansspole (11) för anbringning av ett magnetfält på den smälta metallen, organ (17) för att tillföra induktansspo- len en växelström för alstrande av nämnda magnetfält, vilken induktansspole är anordnad att vara skild från den smälta me- tallen genom ett gap (d) från den smälta metallens yta till induktansspolens motstående yta, organ för minimering av varia- tioner i gapet, under det att gjutapparaten arbetar, och inne- fattande reglerkretsorgan (18), som är förbundna med de växel- ström tillförande organen och som innefattar kretsorgan (27, 28, 39) för avkännande av variationer i gapet eller för fast- ställande av gapstorleken och avkännande av variationer hos denna samt organ (32, 38, 40, 41), som är anordnade att rea- gera för de gapvariationen avkännande kretsorganen för regle- ring av storleken av den ström, som tillföres induktansspolen för minimering av gapvariationen, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kretsorgan (27, 28, 39) för avkännande av varia- tioner i gapet (d) eller för fastställande av gapstorleken och avkännande av variationer hos denna innefattar organ för be- stämning av en reaktiv elektrisk parameter hos induktansspolen (11), som varierar med storleken av gapet, organ (33, 35, 43), som är anordnade att som gensvar på nämnda bestämmande organ alstra en felsignal, vars storlek är en funktion av skillnaden mellan värdet för den bestämda elektriska parametern och ett på förhand bestämt värde därav eller en funktion av skillnaden mellan den avkända gapstorleken och en på förhand bestämd gap- storlek, varjämte nämnda organ, vilka reagerar för de gapvaria- tionen avkännande organen, innefattar organ, som är anordnade att som gensvar på nämnda felsignal reglera den ström, som tillföres induktansspolen, så att felsignalen drives mot noll eller för återförande av gapet till den på förhand bestämda storleken.

2. att nämnda reaktiva elektriska parameter utgöres av induktans- Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av 7812007-8 /9 spolens (11) reaktans.

3. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reaktiva elektriska parameter utgöres av induktans~ spolens (11) induktans.

A 6. Apparat enligt något av de föregående kraven, k ä n- n e t e c k n a d av att nämnda organ för avkännande av gap- storleken (d) innefattar beräknande organ (43) för beräkning av induktansspolens (11) induktans och storleken av gapet, varjämte nämnda organ för alstrande av felsignalen innefattar nämnda beräknande organ för jämförande av den beräknade gapstor- leken med en på förhand programmerad gapstorlek och för alstran- de av en förprogrammerad felsignal som gensvar på skillnaden mellan den beräknade gapstorleken och den förprogrammerade gap- storleken.

5. Sätt att medelst apparaten enligt kravet 1 gjuta metal- ler, varvid smält metall inneslutes elektromagnetiskt samt formas till önskad form, vilket elektromagnetiska inneslutande och vilket formande innefattar anordnandet av en induktans- spole för anbringning av ett magnetfält på den smälta metallen och tillförande av en växelström till induktansspolen för alstrande av magnetfältet, vilken induktansspole är anordnad att vara skild från den smälta metallen genom ett gap, som sträcker sig från den smälta metallens yta till induktans- spolens motstâende yta, varjämte gapvariationer under gjut- ningsprocessen minimeras genom att elektriska variationer i gapet avkännes eller gapstorleken fastställes och variationer hos denna avkännes elektriskt och som gensvar härpå storleken av den ström, som tillföres induktansspolen, regleras, så att gapvariationerna minimeras, k ä n n e t e c k n a t av att den elektriska avkänningen av variationer i gapet eller fast- ställandet av gapstorleken och avkännandet av variationer hos denna innefattar bestämning av en reaktiv elektrisk parameter för induktansspolen, som varierar med storleken av gapet och reagerar på bestämningen av den reaktiva elektriska parametern, samt alstrande av en felsignal, vars storlek är en funktion av skillnaden mellan värdet av den bestämda, reaktiva elektriska parametern och ett på förhand bestämt värde därav eller en funktion av skillnaden mellan den avkända gapstorleken och en 78¶ 2«GvÛ“'7'-8 »20 på förhand bestämd gapstorlek, varjämte regleringen av storle- ken av strömmen innefattar reglering av den ström, som till- föres induktansspolen som gensvar på felsignalen för drivning av felsignalen mot noll eller för återförande av gapet till den på förhand bestämda storleken.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att bestämningen av den elektriska parameterns värde innefattar avkänning av spänning och ström i induktansspolen och åstad- kommande av motsvarande signaler, varvid den elektriska para- metern utgöres av reaktans eller induktans samt vid bestäm- ningen av den elektriska parametern spänningssignalen utnytt- jas för alstrande av en faskänslig spänningssignal, som mot- svarar storleken av en spänning, som är 900 ur fas med ström- signalen, samt delning av den faskänsliga spänníngssignalen med strömsignalen för alstrande av en utsignal, som ungefär motsvarar reaktansen eller induktansen.