專利名稱：采用熔化金屬高度計的連續(xù)澆鑄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及當熔化金屬被連續(xù)澆鑄時測量傾注到模中的熔化金屬的液面高度的方法。另外，本發(fā)明還涉及采用這種方法的一種連續(xù)澆鑄設(shè)備。
一般地，當熔化金屬被連續(xù)澆鑄時，粉末被提供到傾注到模子中的熔化金屬的上表面上并隨后被熔化金屬的熱量所熔化。熔化的粉末流入到垂直振蕩的模壁與金屬的一個固化殼之間，而該固化殼是借助模壁與固化殼之間的相對運動而以一個預定速率被拉出。固化殼的一個彎月形部分和固化殼的一個端部在當熔化金屬流入模壁與固化殼之間時所產(chǎn)生的動態(tài)壓力的作用下而發(fā)生變形。這種變形以模子的給定的振蕩周期重復發(fā)生。因此，在澆鑄的坯件的表面上形成了被稱為振蕩標記的周期性皺紋。當皺紋的深度較大時，在澆鑄的坯件的表面上會產(chǎn)生缺陷。根據(jù)鋼的類型，只有特定的元素在振蕩標記的底部上被分離，或者產(chǎn)生了大量的吹孔且金屬中的雜質(zhì)含量增大，從而降低了產(chǎn)量。
另一方面，當橫截面積小的澆鑄鋼坯或澆鑄鋼錠被連續(xù)地澆鑄時，采用了菜子油而不是上述的粉末。這種菜子油在彎月形部分上燃燒并變成石墨，因而能夠防止固化殼占據(jù)在模壁上。然而，難于在澆鑄的鋼錠的表面上形成清晰的間隔規(guī)則的振蕩標記。因此，連續(xù)澆鑄工作的穩(wěn)定性和澆鑄鋼錠的質(zhì)量比其中采用粉末的方法的要低。
關(guān)于控制初始固化的方法，日本專利未審查公開(Kokai)第52-32824號公布了以下的技術(shù)。在其中熔化金屬與潤滑劑一起被傾注到水冷卻周期振蕩的模子中并被連續(xù)地向下拉出的連續(xù)澆鑄方法中，提供了圍繞模子的一種電磁線圈，且交流電被連續(xù)提供給該電磁線圈，從而形成了一個交變的磁場。該交變磁場所產(chǎn)生的一個電磁力作用于傾注到模子中的熔化金屬的彎月形部分上。因此，彎月形液面在電磁力的作用下發(fā)生彎曲，從而使?jié)茶T的坯件的表面特性發(fā)生改善。進一步地，日本未審查專利公開(Kokai)第64-83348號公布了以下的技術(shù)。當電磁力被電磁線圈加到模子中的熔化金屬上時，以脈沖的形式提供了一種交變磁場。由于前述作用，該電磁力在此粉末澆鑄方法中被間歇地提供給熔化金屬，從而使?jié)茶T件的表面特性能夠得到進一步的改善。進一步地，國內(nèi)再公開的PCT國際公開第8-805926號公布了以下形成連續(xù)澆鑄方法。為了提供一個電磁力，交變電流的幅度以與提供給模子的振蕩頻率相同的方式得到改變。當模子的頻率(fm)和交變磁場的頻率(fp)被適當?shù)卦O(shè)定，以滿足表達式0.69≤ln(fp/fm)≤9.9，其中l(wèi)n是一個常數(shù)，彎月形部分被穩(wěn)定地產(chǎn)生，且澆鑄的坯件的表面特性能夠得到進一步穩(wěn)定。
關(guān)于熔化金屬的液面的檢測方法，已經(jīng)開發(fā)和實施了各種方法。用于檢測熔化金屬的液面的方法的例子有一種傳統(tǒng)的方法，其中采用了一個浮漂；光學方法(光電轉(zhuǎn)換法)；采用超聲波或輻射射線的方法；采用浸漬電極的方法；采用熱耦的方法；以及，電磁感應法。進一步地，如日本未審查專利公開(Kokai)第3-122526、3-138536、4-187355和4-238661中公布的，開發(fā)了一種方法，其中由于渦流電流的改變而引起的接收線圈的阻抗的改變作為相位的改變而得到測量。日本未審查專利公開(Kokai)第4-238661公布了一種方法，其中熔化金屬表面液面的改變范圍被分成了多個部分，并由多個檢測器進行測量，且當這些檢測器被改變時，熔化金屬的液面能夠得到連續(xù)的測量。
然而，當上述現(xiàn)有技術(shù)被實際應用到其中包含了電磁感應加熱裝置的連續(xù)澆鑄設(shè)備時，不可能準確地檢測模子中的熔化金屬的表面液面高度。當熔化金屬表面液面高度的檢測精度降低時，難于控制熔化金屬表面液面高度。因此，難于穩(wěn)定地形成熔化金屬的彎月形液面。其結(jié)果，澆鑄的坯件的表面特性惡化了。
另一方面，作為用于連續(xù)澆鑄設(shè)備的熔化金屬表面液面高度檢測裝置，經(jīng)常采用一種渦流型熔化金屬表面液面高度測量計，其中如上所述地應用了由交變磁場產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象。除了上述渦流式熔化金屬表面液面高度測量計之外，還提供了一種其中采用了嵌在模子中的熱耦的方法和一種其中采用了γ射線的滲透率型檢測器的方法。然而，從改善測量精度和響應特性的觀點看，渦流式檢測器是最好的檢測器。因此，渦流式檢測器在連續(xù)澆鑄中得到了廣泛采用。然而，只要在連續(xù)澆鑄設(shè)備中采用了電磁線圈，電磁線圈所產(chǎn)生的交變磁場就作為噪聲作用在渦流式熔化金屬表面液面高度檢測器上。因此，不可能準確檢測熔化金屬表面液面高度，且進一步地測量精度惡化了，這是一個很大的問題。以下具體描述該問題。例如，當渦流式檢測器被用在其中強度不小于1000高斯且頻率為200Hz的連續(xù)電磁感應澆鑄的磁場中時，信號輸出電壓達到飽和，且進行測量是不可能的。在脈沖電磁感應澆鑄的磁場中，信號輸出電壓在磁場被接通時達到飽和。因此，在這種飽和條件下不可能測量熔化金屬表面液面高度，這在熔化金屬表面液面高度的測量中是一個嚴重的問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明人對以下的方面給予了極大的注意。在其中通過產(chǎn)生脈沖磁場而對澆鑄的坯件的表面特性進行改善的連續(xù)澆鑄設(shè)備中，一種高強度噪聲在其中提供脈沖(磁場被接通)的時期里作用在渦流式熔化金屬表面液面高度檢測器上，然而，噪聲在其中脈沖中斷(磁場被關(guān)斷)的時期里幾乎不作用在渦流式熔化金屬表面液面高度檢測器上。從以上觀點，本發(fā)明實現(xiàn)了以下方面。其中磁場被接通的時期以及其中磁場被關(guān)斷的時期是周期地重復的并被輸入到渦流式熔化金屬表面液面高度測量計或模子內(nèi)裝式液面高度計的信號處理裝置中。在此信號處理裝置中，熔化金屬表面液面高度只在其中磁場被關(guān)斷的時期得到檢測，且熔化金屬表面液面高度在其中磁場被接通的時期里不被檢測。由于前述原因，就可以穩(wěn)定而準確地檢測熔化金屬表面液面高度，而不會受到電磁線圈產(chǎn)生的磁場噪聲的影響。本發(fā)明的要點概述如下(1)一種用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，包括一個電磁線圈，它以這樣的方式被設(shè)置在一個模子中的熔化金屬的周圍，使得電磁線圈圍繞著該模子；一個電源單元，用于周期性地給電磁線圈提供其中單相交流電流的根均方值高的情況和其中單相交流電流的根均方值低的情況；一個檢測器系統(tǒng)，用于檢測熔化金屬的表面；以及一個介質(zhì)，用于在其中電源單元所周期地產(chǎn)生的單相電流的根均方值高的情況下向檢測器系統(tǒng)發(fā)送信息且在其中電源單元周期產(chǎn)生的單相電流的根均方值低的情況下向檢測器系統(tǒng)發(fā)送信息。
(2)根據(jù)(1)項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)所產(chǎn)生的熔化金屬表面液面高度的值是由用于進行發(fā)送的介質(zhì)的信息確定的。
(3)根據(jù)(1)或(2)項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)所產(chǎn)生的熔化金屬表面液面高度的值只當一個單相交流電流低時被作為用于進行發(fā)送的介質(zhì)的信息而得到輸出。
(4)根據(jù)(1)至(3)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中用于進行發(fā)送的介質(zhì)是電信號導線。
(5)根據(jù)(1)至(4)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，該檢測器系統(tǒng)包括一個初級信號發(fā)生裝置；一個初級檢測器線圈，用于從初級信號的電流產(chǎn)生一個電磁場；一個次級檢測器線圈，用于當次級檢測器線圈跨過電磁場時產(chǎn)生一個次級電壓；以及一個次級信號處理裝置，用于處理次級檢測器線圈產(chǎn)生的次級電壓信號。
(6)根據(jù)(1)至(5)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中初級信號處理裝置的輸出根據(jù)用于進行發(fā)送的介質(zhì)的信息而被接通和關(guān)斷。
(7)根據(jù)(1)至(5)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中次級信號處理裝置的輸出被接通和關(guān)斷。
(8)根據(jù)(1)至(7)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中當電磁線圈的單相交流電流的強度低時電源單元的輸出為零。
(9)根據(jù)(1)至(8)項中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中一個周期T0為30≤T0≤300(ms)，其中T0是在電磁線圈的單相交流電流的強度高和低的情況下的一個周期，且單相交流電流的一個周期f為60≤f≤400(Hz)。


圖1是設(shè)置圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于連續(xù)澆鑄的熔化金屬表面液面高度測量計的輪廓。
圖2顯示了波形，其中(a)顯示了電磁發(fā)生裝置的電磁線圈的電流波形，且(b)顯示了屏蔽的波形。
圖3(a)顯示了頻率與電流之間的關(guān)系。
圖3(b)顯示了電流的接通/關(guān)斷的間距(T0)與澆鑄的坯件的表面粗糙度之間的關(guān)系。
圖4是流程圖，顯示了進行本發(fā)明的連續(xù)澆鑄定時器的操作過程。
圖5顯示了連續(xù)澆鑄設(shè)備中用于澆鑄熔化金屬以實現(xiàn)本發(fā)明的熔化金屬表面液面高度控制單元的總體設(shè)置。
圖6是框圖，顯示了本發(fā)明的一個實施例中采用的一種滑模裝置的設(shè)置，其中顯示了模MD的縱向截面；圖7是框圖，顯示了圖6顯示的電源電路的設(shè)置。
圖8是時序圖，按照時間順序顯示了至圖7顯示的電源電路的輸入Us、Vs、Ws，并按照時間順序顯示了電輸出控制信號Su、Sv、Sw。
圖9是框圖，顯示了在本發(fā)明的一個實施例中采用的另一種滑模裝置的電源電路的設(shè)置。
圖10是時序圖，按照時間順序顯示了至圖9顯示的電源電路的輸入Us、Vs、Ws，并按照時間順序顯示了輸出電壓U、V、W的改變。
以下結(jié)合附圖所示本發(fā)明的概況描述本發(fā)明。
圖1是設(shè)置圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于連續(xù)澆鑄的熔化金屬表面液面高度測量計的輪廓。在圖1中，在一個模子1的外側(cè)周邊上與模子1中的熔化金屬2的表面3相應的位置處，設(shè)置了一個磁發(fā)生器4。模子1中的熔化金屬2受到磁發(fā)生器4產(chǎn)生的交流電流的激勵，即在熔化金屬2中造成了對流。在熔化金屬2的表面3的正上方，設(shè)置了一個熔化金屬表面液面高度檢測器5，用于測量熔化金屬表面液面高度。通常，采用內(nèi)裝在模子中的液面高度計或渦流式液面高度計作為熔化金屬表面液面高度檢測器5。這種熔化金屬表面液面高度檢測器5由初級線圈7和次級線圈8構(gòu)成—這些線圈與熔化金屬表面平行地設(shè)置，且在初級線圈7與次級線圈8之間設(shè)置了一塊鐵磁物6。當在上述條件下用熔化金屬表面液面高度檢測器5測量熔化金屬表面液面高度時，可能會遇到以下問題。只要采用電磁線圈，在設(shè)置電磁發(fā)生器4中的電磁線圈所產(chǎn)生的交變磁場就會作為噪聲而作用在熔化金屬表面液面高度檢測器5上。因此，不可能準確地檢測熔化金屬表面液面高度，且測量精度惡化了。
為了除去上述噪聲并穩(wěn)定地測量熔化金屬表面液面高度，本發(fā)明人采取了以下應付措施。如圖2所示，電源單元產(chǎn)生的電流具有經(jīng)電磁線圈而在接通與關(guān)斷之間周期性地改變的波形。在接通狀態(tài)下，電磁線圈產(chǎn)生出交變磁場，且在關(guān)斷狀態(tài)下沒有交變磁場產(chǎn)生。本發(fā)明人注意到上述現(xiàn)象。因此，決定以接通和關(guān)斷的方式操作電磁發(fā)生器4。根據(jù)電磁發(fā)生器4的接通和關(guān)斷方式進行的操作，通/斷如(b)所示地以彼此平行的方式進行，即在電磁發(fā)生器4的接通狀態(tài)下，進行屏蔽；且只在電磁發(fā)生器4的關(guān)斷狀態(tài)下，熔化金屬表面液面高度檢測器5產(chǎn)生的信號得到處理以測量熔化金屬表面液面高度。即，一個電流被周期地提供給電磁發(fā)生器4中的電磁線圈。雖然該電流較好地是在電磁線圈的電流被接通時得到提供，旋轉(zhuǎn)磁場的方向在正常與相反方向之間改變。提供了任意數(shù)目的周期，其中電流被關(guān)斷。隨后，周期性的電流提供被重復進行。只在關(guān)斷的時期里，渦流式液面高度計或內(nèi)裝在模子中的液面高度計進行熔化金屬表面液面高度測量并輸出結(jié)果。以此方式，熔化金屬表面液面高度總是能夠得到準確的測量。進行測量所需的處理將在以下得到具體的描述。
一個初級信號從初級信號發(fā)生器9被送到熔化金屬表面液面高度檢測器5的初級線圈。這種初級信號可以間歇或連續(xù)地被傳送。該初級信號被導電鐵磁物質(zhì)6所放大并被發(fā)送到次級線圈8，且一個次級信號被發(fā)出。這種次級信號被送到次級信號處理裝置10被得到處理。次級信號處理裝置10包括一個放大濾波器10，用于放大該信號；一個探測器11，用于進行峰值探測或相位探測；RMS 12；以及，放大器13。這種次級信號處理裝置10對次級信號進行處理。進一步地，次級信號處理裝置10根據(jù)一種屏蔽信號進行信號處理。另一方面，從用于控制電磁線圈提供的電流的頻率的控制部分15，除了正常的正弦波形之外，一個接通區(qū)或關(guān)斷區(qū)的指令根據(jù)一種梯形波形而得到傳送。在本發(fā)明中，較好的是控制部分15重復進行這種方式的控制，從而使電磁線圈的電流在1至5個周期中被接通，且當電流被接通時，提供了任意數(shù)目的關(guān)斷時刻，且隨后電磁線圈的電流被接通1至5個周期。在此情況下，只有當電流被關(guān)斷時，控制才能夠開始。當電磁線圈的電流被關(guān)斷時，操作在這樣的條件下進行—即低強度的電流被接通，從而電磁線圈與渦流式液面高度計或內(nèi)裝模子中的液面高度計之間不發(fā)生相互作用。由于前述原因，可以在噪聲強度被進一步降低時測量熔化金屬表面液面高度?？刂撇糠?5的指令被進一步送到初級信號發(fā)生器9和RMS 12，且當電流被關(guān)斷時進行測量熔化金屬表面液面高度的信息處理。
特別地，在本發(fā)明中，較好的是在頻率(f)和提供電流的通/斷間距滿足關(guān)系60≤f≤400(Hz)和30≤T0≤300(ms)時電流被接通。如圖3(a)所示，在本發(fā)明中，根據(jù)頻率與電流之間的關(guān)系，當頻率大約為200Hz時噪聲的強度變?yōu)樽钚　．敐茶T件的表面粗糙度(Rmax)與提供電流的通/斷間距之間的關(guān)系在200Hz頻率下得到檢查時，如圖3(b)所示，當提供電流的間距(T0)為200ms時，澆鑄件的表面粗糙度得到了顯著的改善。因此，從改善澆鑄件的表面粗糙度的角度看，較好地是在提供電流的通/斷間距(T0)被保持在30至300ms的范圍內(nèi)的情況下使電流流動。在此方面，當T0不大于30ms或不小于300ms時，熔化金屬表面液面高度測量計不可能跟隨改變。因此，較好地是以上述方式設(shè)定通/斷間距。
進一步地，在本發(fā)明中，當可變線圈和屏蔽裝置被加到渦流式液面高度計或內(nèi)裝在模子中的液面高度計的次級線圈側(cè)時，可以在不受電磁線圈產(chǎn)生的交變磁場噪聲的情況下準確地檢測熔化金屬表面液面高度。
圖4是流程圖，顯示了其中在交變磁場中沒有噪聲產(chǎn)生的連續(xù)澆鑄的高度準確的操作過程。
在根據(jù)本發(fā)明的熔化金屬表面控制方法中，為了從模子振蕩裝置產(chǎn)生一個振蕩觸發(fā)信號，用于振蕩模子的馬達的轉(zhuǎn)動位移得到檢測，且判定該轉(zhuǎn)動位移是否處于使振蕩觸發(fā)信號被接通的狀態(tài)。當轉(zhuǎn)動位移處于使振蕩觸發(fā)信號被接通的狀態(tài)時，振蕩觸發(fā)信號被接通。當轉(zhuǎn)動位移不處于使振蕩觸發(fā)信號被接通的狀態(tài)時，振蕩觸發(fā)信號被關(guān)斷。當振蕩觸發(fā)信號被關(guān)斷時，電源單元停止提供電流。當振蕩觸發(fā)信號被接通時，脈沖電流開始流動。對脈沖電流的檢測是在絕對值檢測電路中的檢測電流信號上進行的，且在計算中產(chǎn)生一種脈沖觸發(fā)信號。隨后，判定該脈沖觸發(fā)信號是被接通還是被關(guān)斷。當脈沖觸發(fā)信號處于接通狀態(tài)時，對液面信號進行取樣。另一方面，當脈沖觸發(fā)信號處于關(guān)斷狀態(tài)時，最后一次測量到的取樣值得到保持，且不進行取樣。如此獲得的熔化金屬表面液面高度的取樣和保持信號受到低通濾波處理和線性化處理，并隨后被傳送到下一個熔化金屬表面液面高度控制系統(tǒng)。以此方式，熔化金屬表面液面高度控制得以進行。
以下結(jié)合圖5，詳細描述本發(fā)明的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備的熔化金屬液面控制裝置的總體設(shè)置。
在圖5中，熔化金屬2從一個澆鑄噴嘴18被澆鑄到用于進行連續(xù)澆鑄的模子1中。在模子1中，提供了用于使模子1垂直振蕩的模子振蕩裝置19。設(shè)置了圍繞模子1的電磁線圈4。當使脈沖交變電流在電磁線圈4中流動時，一個電磁力被加到熔化金屬上并形成了一個穩(wěn)定的彎月形液面。另一方面，在熔化金屬表面的正上方，提供了電磁線圈4熔化金屬液面檢測器的頭部分5。模子中的熔化金屬表面的液面始終由頭部分5進行測量。
在本發(fā)明的熔化金屬表面液面高度控制裝置中，由模子振蕩裝置19產(chǎn)生一個振蕩觸發(fā)信號。為此，一個轉(zhuǎn)動編碼器20與模子振蕩裝置19的一個馬達轉(zhuǎn)軸(未顯示)相連，且馬達(圖中未顯示)的轉(zhuǎn)動位移由轉(zhuǎn)動編碼器20檢測。隨后，由與轉(zhuǎn)動編碼器20相連的一個計算裝置21根據(jù)一種比較計算，產(chǎn)生一種振蕩觸發(fā)信號22，其中在該比較計算中用必須輸出觸發(fā)信號的一個轉(zhuǎn)動位移處的已有數(shù)據(jù)同已經(jīng)取得的轉(zhuǎn)動位移的實際數(shù)據(jù)進行比較。這種振蕩觸發(fā)信號22被發(fā)送到電源單元23，后者啟動電磁線圈4的操作。隨后，根據(jù)振蕩觸發(fā)信號22，電源單元23的電源24使一種脈沖交變電流流過激勵線圈，從而產(chǎn)生脈沖磁場。
在電源24與電磁線圈4之間的一個電纜25上提供了一種電流檢測器26。由該電流檢測器26檢測一種電流信號。如此檢測到的電流信號在設(shè)置在脈沖觸發(fā)信號取得裝置27中的絕對值檢測電路28中受到絕對值檢測。進一步地，由計算裝置29產(chǎn)生一種脈沖觸發(fā)信號30，從而能夠在脈沖磁場被關(guān)斷時進行取樣，且如此產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號30被發(fā)送到一個熔化表面液面檢測器信號處理裝置31。這種熔化表面液面檢測器信號處理裝置31包括一個高頻放大器和濾波器32、取樣和保持電路33、低通濾波器34、以及線性化器35。這些單元根據(jù)脈沖觸發(fā)信號30取樣或保持信號。由于前述原因，熔化金屬表面液面高度信號中的時間信號被除去，該時間信號是由渦流式熔化金屬表面液面高度檢測器頭部分5檢測到的，并包含電磁線圈4產(chǎn)生的噪聲。以此方式從其中除去了噪聲的熔化金屬表面液面高度信號受到低通濾波器34和線性化器35的處理，從而能夠把準確的熔化金屬表面液面高度信號傳送到熔化金屬表面液面高度控制系統(tǒng)36。以此方式，能夠高度準確地控制熔化金屬表面液面高度。
以下描述本發(fā)明的設(shè)備中進行的滑模操作。滑模的目的，是通過提供一種周期性間距的力，而使粉末被均勻地傾注到模子中，并使振蕩標記的產(chǎn)生受到抑制或阻止。
圖6是其中包含了本發(fā)明的一個實施例的連續(xù)澆鑄模子MD的縱向截面圖。模MD由兩個彼此相對的長邊46、46和設(shè)置在兩個長邊之間的兩個短邊47、47構(gòu)成。熔化金屬經(jīng)過圖中未顯示的注入噴嘴而從頂部向底部地被傾注到模MD中。模子中的熔化鋼MM的一個彎月形液面(上表面)被用粉末PW所覆蓋。模MD由流入一個水箱和設(shè)置在模子中的一個水通道的冷卻水所冷卻。因此，傾注到模MD中的熔化鋼MM從它與模MD相接觸的表面開始逐漸地固化，且澆鑄的坯件SB被連續(xù)地拉出。然而，由于熔化鋼MM被連續(xù)地傾注到模子中，模子總是充滿了熔化鋼MM。
在這種模MD周圍，纏繞了六個電子線圈37至42，它們沿著z方向以這樣的方式分布—即六個電子線圈圍繞著縱軸(z)。當電能被提供給電子線圈37至42時，與各個線圈中流動的電流相應的收縮力(凝固力)作用在位于沿著各個線圈的縱向方向z的液面處的熔化金屬上。因此，沿著x和y方向的熔化金屬MM的分布，沿著指向z軸的方向發(fā)生收縮。由于熔化金屬MM的分布以上述方式發(fā)生的收縮，彎月形液面膨脹。因此，在收縮力作用于的液面(沿著z方向)處的外側(cè)的熔化金屬MM的固化殼與模子的內(nèi)表面之間，產(chǎn)生并延伸出了一個間隙。其結(jié)果，粉末進入到該間隙中。
在此實施例中，通過三相電源電路43，電子線圈37至42被加以與三相信號發(fā)生起48所產(chǎn)生的信號Us、Vs、Ws同步的三相脈沖電壓U、V、M。信號Us、Vs和Ws之間有120°的延遲。
三相信號發(fā)生器48提供表示具有交變電壓的各個半周期相角(相和0至179°)的電壓的數(shù)據(jù)。三相信號發(fā)生器48包括用于產(chǎn)生正弦波的半波的ROM；相位計數(shù)器；用于輸出信號Us、Vs、Ws的三個鎖存器；用于把得到鎖存以輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓的三個D/A轉(zhuǎn)換器；以及，讀取控制電路，用于根據(jù)相角計數(shù)器的時鐘脈沖計數(shù)值讀取半波電壓數(shù)據(jù)Us、Vs、Ws，并用于鎖存到三個鎖存器以輸出這些相位。
相位計數(shù)器是一種循環(huán)計數(shù)器，它以這樣的方式工作，即收縮控制器49所給出的時鐘脈沖從0開始計數(shù)，且當計數(shù)值成為360時，計數(shù)值被初始化且隨后計數(shù)操作在此時刻重新開始。
讀取控制電路的工作如下。當色彩脈沖產(chǎn)生且相角計數(shù)器完成了與色彩脈沖的產(chǎn)生相對應的計數(shù)值加1時，相角計數(shù)器得到檢查。當計數(shù)值處于從0至179的范圍內(nèi)時，與該計數(shù)值(相角)相應的電壓數(shù)據(jù)被從ROM讀出并鎖存到Us、Vs、Ws的三輸出鎖存器的第一相位Us。當計數(shù)值是180時，相關(guān)的鎖存被清除，且當計數(shù)值是181至360時，清除的狀態(tài)得到保持，即輸出值0得到保持。隨后，從計數(shù)值減去120的一個值得到檢查(當從計數(shù)值減掉120所得到的值是負時，把360加到該值上)。當這種值處于從0至179的范圍內(nèi)時，與減之后的值相應的電壓數(shù)據(jù)被從ROM讀出并得到鎖存，從而使它能夠被引到輸出鎖存器的第二相位Vs。當減之后的值是180時，該鎖存器得到清除，且這種清除狀態(tài)在從181至360的范圍中得到保持。隨后，當從計數(shù)值減240所獲得的值得到檢查時獲得的一個值(當減240所得到的值為負時，把360加到該值上)得到檢查。當該值處于從0至179的范圍時，與減之后的值相應的電壓數(shù)據(jù)被從ROM讀出并得到鎖存，從而能夠被引至輸出鎖存的第三相位Ws。當減之后的值是180時，該鎖存器得到清除，且這種清除狀態(tài)在從181至360的范圍中得到保持。
這些鎖存數(shù)據(jù)被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓—它們是圖8顯示的模擬信號Us、Vs、Ws—并被加到三相電源電路43上。
模擬信號Us、Vs、Ws只是相應的三相交變信號的相位電壓的正半波。這種三相交變電流的頻率是時鐘脈沖的頻率的1/360，即這種三相交變電流的頻率由時鐘脈沖的頻率確定。當這種時鐘脈沖，當收縮控制器49與已經(jīng)由操作者經(jīng)過控制面板50輸入的驅(qū)動頻率相應地產(chǎn)生它時，被提供給三相信號發(fā)生器48。在此情況下，(時鐘脈沖頻率)＝(操作者指定的驅(qū)動頻率)×360。
圖7顯示了三相電源電路43的設(shè)置。用于從交流至直流的整流的可控硅橋51與三相交變電源相連?？煽毓铇?1的一個輸出，即可控硅橋51的脈沖電流受到電感54和電容器55的平滑。如此平滑的直流電壓被加到功率晶體管切換電路56上，以輸出三相脈沖。從功率晶體管切換電路56輸出的三相脈沖的U相電壓脈沖被加到圖6顯示的電子線圈37、38上，且V相電壓被加到電子線圈38、41上，且W相電壓被加到電子線圈39、42上。
線圈電壓指令VdcA從收縮控制器49被提供給相角α計算器53。相角α計算器53計算與指令VdcA相應的一個連續(xù)相角α(可控硅觸發(fā)相角)。表示這種連續(xù)相角α的一個信號被提供給門電路驅(qū)動器52。門電路驅(qū)動器52在各個相的零交叉點開始相位計數(shù)，且各個相位的可控硅在相角α得到觸發(fā)，從而實現(xiàn)電連續(xù)性。由于前述原因，指令VdcA顯示的直流電壓被加到切換電路56上。
另一方面，由三相信號發(fā)生器48提供的相位電壓Us、Vs、Ws被提供給比較器58。一個閾值電壓(模擬電壓)由D/A轉(zhuǎn)換器59提供給該比較器58。閾值數(shù)據(jù)由控制器49提供給D/A轉(zhuǎn)換器59。D/A轉(zhuǎn)換器59把這種閾值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓。
當U相信號Us不小于該閾值電壓時，比較器58向U相(向用于輸出U相的晶體管)輸出一個高電平H信號(晶體管被接通)，且當U相Us低于閾值電壓時，比較器58向U相(向用于輸出U相的晶體管)輸出的低電平L的信號(晶體管被關(guān)斷)。關(guān)于V相信號Vs和W相信號Ws，進行相同的操作。在此實施例中，為了防止三相切換晶體管(其數(shù)目不少于兩個)同時被接通，提供了“與”門Au、Av和Aw。在其中在信號Us、Vs、Ws的高電平H造成了重疊的的情況下，正弦波信號Us、Vs、Ws被形成脈沖信號SU、Sv、Sw并被提供給門電路驅(qū)動器57，從而使在以后變成H的一個信號，在以前已經(jīng)變成H的一個信號被改變到L之后，之后變成H。
根據(jù)如此形成的三相脈沖信號Su、Sv、Sw，門電路驅(qū)動器57只在信號為H時接通相應的切換晶體管(56)。由于前述原因，三相脈沖電壓的U相脈沖電壓被輸出到電源電路43的電源連接端U。相同的V相脈沖電壓被輸出到電源連接端V，且相同的W相脈沖電壓被輸出到電源連接端W。這些脈沖電壓的電平由線圈電壓指令VdcA確定。
在此方面，門電路驅(qū)動器57根據(jù)收縮控制器49給出的電源輸出的通/斷信號輸出一個電壓，即當該信號表示接通時，該電壓如上所述地得到輸出。然而，當該信號表示關(guān)斷時，沒有電壓輸出。
再看圖6，收縮控制器49與操作面板50相連，操作面板50在操作者輸入數(shù)據(jù)時得到使用，并在數(shù)據(jù)被輸出給操作者時得到使用。收縮控制器49是主要由CPU構(gòu)成的計算機系統(tǒng)。由操作者輸入到操作面板50上的、其頻率為(驅(qū)動頻率)×360的一個時鐘脈沖，被提供給三相信號發(fā)生器48。一個電源輸出通/斷信號、線圈電壓指令VdcA和閾值數(shù)據(jù)被提供給三相電源電路43。
收縮控制器49與一個計算機(主計算機)相連，以經(jīng)過通信線路控制澆鑄操作(未顯示)。收縮控制器49接收來自該主計算機的振蕩同步脈沖，并向主計算機及操作面板50輸出收縮是否受到驅(qū)動的數(shù)據(jù)，并在收縮受到驅(qū)動的情況下向主計算機輸出顯示驅(qū)動狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
在此方面，一個未顯示的振蕩裝置與模MD相連。主計算機命令該振蕩，從而使模子能夠振蕩，且一個振蕩同步信號由該振蕩裝置提供給收縮控制器49。該振蕩同步信號是一個脈沖信號，其電平在從模MD開始被向上驅(qū)動至當模MD返回到一個較低位置(初始位置)的時期中為高電平H。H的一個脈沖表示了其中模MD沿著z方向往復運動的一個周期。H的脈沖中的L代表了其中模子被進行上下運動的振蕩停止時期。
當電源被接通時，收縮控制器49把內(nèi)部寄存器、計數(shù)器、定時器、以及輸入和輸出端口設(shè)定在等候狀態(tài)，并在控制面板50上顯示出“準備好”，并通知主計算機“準備好”并等候數(shù)據(jù)或控制指令輸入。當數(shù)據(jù)已經(jīng)被輸入時，它被容納在與數(shù)據(jù)類型相應的寄存器中。隨后，收縮控制器49等候啟動指令的到達。
當操作者或主計算機提供了收縮驅(qū)動啟動指令時，收縮控制器49把從控制面板50或主計算機輸入的驅(qū)動狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給三相信號發(fā)生器48和三相電源電路43，并啟動時鐘脈沖的輸出并使三相電源電路43接通電功率輸出。響應于這種指令，三相電源電路43把三相脈沖電壓加到電子線圈37至42上。由于前述原因，電子線圈37至42向模子中的熔化鋼MM施加一個收縮力。在收縮驅(qū)動開始之后，收縮控制器49與一個振蕩同步脈沖同步。當該振蕩同步脈沖從L改變到H時，提供給電源電路43的門電路驅(qū)動器52、52的通/斷信號被改變到關(guān)斷指令的電平。當振蕩同步脈沖從H改變到L時，該通/斷信號被改變到接通指令的電平。
圖8以時間順序的形式顯示了三相電源電路11的輸入信號Us、Vs、Ws(三相信號發(fā)生器48的輸出信號)，并以時間順序顯示了門電路驅(qū)動器57的輸入信號Su、Sv、Sw的改變。在此方面，當信號Su為H時，電容器55的一個電壓(輸出電壓U)被加到電子線圈37、40上。當信號Sv為H時，電容器55的一個電壓(輸出電壓V)被加到電子線圈38、41上。當信號Sw為H時，電容器55的一個電壓(輸出電壓W)被加到電子線圈39、42上。在此實施例中，三相脈沖電壓的相位U、V和W的脈沖電壓以此順序被加到電子線圈37至39上。因此，收縮力沿著-z方向(它是熔化金屬MM的深度方向)被重復移動。這種收縮驅(qū)動在模MD振蕩時停止(沿著垂直方向z的一個往復運動；振蕩同步信號是H)如圖8中的影線區(qū)所示。
因此，在此實施例中，當模MD振蕩了沿著z方向的一個往復運動時，模MD相對在熔化金屬和在熔化金屬表面上的一個固化殼沿著垂直方向運動了一個往復運動。因此，包括固化殼的熔化金屬和模彼此分離。在此之后，熔化金屬MM立即被加上一個收縮力并沿著-z方向移動。由于上述原因，熔化金屬MM進行向下的振蕩運動。借助模MD的端部的振蕩，被留在模子與熔化金屬之間的粉末和位于彎月形液面的切面和模子的下表面上的粉末進入到模子的內(nèi)面與熔化金屬之間的邊界，且模子被向下驅(qū)動。借助熔化金屬MM的振蕩運動，位于模子的內(nèi)表面與熔化金屬之間的邊界上的粉末能夠比較均勻地沿著-z方向分布，即能夠提供使粉末分布均勻的效果。
另一實施例的結(jié)構(gòu)的輪廓與圖6顯示的實施例的相同。唯一的不同點在于三相電源電路43的結(jié)構(gòu)如圖9所示。在此實施例中，在圖9顯示的三相電源電路43中，沒有提供在上述實施例中提供的“與”門Au、Av、Aw，且一個鋸齒波發(fā)生器59被用來代替D/A轉(zhuǎn)換器59。這種鋸齒波發(fā)生器59向比較器58提供鋸齒波電壓。當三相半波信號Us、Vs、Ws不低于鋸齒波電壓時，比較器58產(chǎn)生被引向3kHz的U、V、W的相位的高電平HPWM脈沖，且當三相半波信號Us、Vs、Ws低于鋸齒波電壓時，比較器58產(chǎn)生引向3kHz的U、V、W的相位的低電平L的PWM脈沖。如此產(chǎn)生的PWM脈沖被提供給門電路驅(qū)動器57。以與第一實施例中相同的方式，當通/斷信號處于造成接通的電平時，在引向相位U的PWM脈沖為H時門電路驅(qū)動器57接通引向切換晶體管電路56的相位U的晶體管，且當引向相位U的PWM脈沖為L時門電路驅(qū)動器57關(guān)斷引向切換晶體管電路56的相位U的晶體管。關(guān)于相位V和W，進行相同的操作。
然而，由于PWM脈沖的H占空比，即(部分H中的時間)/(3kHz的一個周期)，與三相半波電壓Us、Vs、Ws的電平成正比，加到電子線圈上的電壓U、V、W的平均值大體上畫出正弦曲線。即，它們基本上是正弦曲線。
圖10根據(jù)時間順序顯示了三相電源電路43(圖9所示的)的輸入信號Us、Vs、Ws(三相信號發(fā)生器48的輸出信號)，并根據(jù)時間順序顯示了加到電子線圈37至42上的電壓U、V、W(平均值)。
在此實施例中，交變?nèi)喟氩妷罕患拥诫娮泳€圈37至42上。因此，收縮力能夠并上述實施例更為平滑地沿著-z方向移動。即，熔化金屬的振蕩運動在上述實施例中是以步進方式進行的，而在本實施例中熔化金屬的振蕩運動是連續(xù)地進行的。
如上所述，在本發(fā)明中，當交變電流在電磁線圈中流動時，該交變電流的通/斷間距得到控制，即較好地是當該交變電流被接通時，進行正常和反向的轉(zhuǎn)動，且提供了任意數(shù)目的關(guān)斷時期。由于上述原因，可以獲得穩(wěn)定的表面特性，且可以提供連續(xù)的澆鑄設(shè)備，其電子設(shè)備的成本是低的。
當收縮力向下移動時，不僅粉末均勻地分布，而且粉末的拉動得到了便利，而且熔化金屬和澆鑄件的向下運動得到了便利。因此，本發(fā)明適合于其中澆鑄速率增大或粉末被傾注的連續(xù)澆鑄操作。另一方面，在其中收縮力向上移動的實施例中，向上移動的收縮力不僅使得粉末分布均勻，而且抑制了粉末的注入和熔化金屬和澆鑄件的向下運動。因此，其中收縮力向上移動的實施例適合于澆鑄速率減小或者粉末的注入受到抑制的的情況。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，包括一個電磁線圈，它以這樣的方式被設(shè)置在模子中的熔化金屬的周圍，使得電磁線圈圍繞著模子；一個電源單元，用于周期性地向電磁線圈提供其中單相交流電流的根均方值高的情況和其中單相交流電流的根均方值低的情況；一個檢測器系統(tǒng)，用于檢測熔化金屬熔化金屬的表面；以及一個介質(zhì)，用于在其中由電源單元周期地產(chǎn)生的單相電流的根均方值高的情況下向檢測器系統(tǒng)發(fā)送信息，并在其中由電源單元周期性地產(chǎn)生的單相電流的根均方值低的情況下也向檢測器系統(tǒng)發(fā)送信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)產(chǎn)生的熔化金屬表面液面高度值由用于進行傳送的介質(zhì)的信息確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中由檢測器系統(tǒng)產(chǎn)生的熔化金屬表面液面高度值只在單相交變電流低時被作為用于進行發(fā)送的介質(zhì)的信息而得到輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中用于進行發(fā)送的介質(zhì)是電信號導線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)包括一個初級信號發(fā)生裝置；一個初級檢測器線圈，用于從初級信號的電流產(chǎn)生一個電磁場；一個次級檢測器線圈，用于當次級檢測器線圈橫過電磁場時產(chǎn)生一個次級電壓；以及一個次級信號處理裝置，用于處理由次級檢測器線圈產(chǎn)生的次級電壓的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中初級信號處理裝置的輸出根據(jù)用于進行發(fā)送的介質(zhì)的信息而被接通和關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中次級信號處理裝置的輸出被接通和關(guān)斷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中當電磁線圈的一個單相交流電流的強度低時電源單元的輸出為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一項的用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備，其中一個周期T0為30≤T0≤300(ms)，其中T0是其中電磁線圈的一個單相交流電流為高和低的情況下的一個周期，且單相交流電流的周期f是60≤f≤400(Hz)。
全文摘要
一種用于連續(xù)澆鑄熔化金屬的連續(xù)澆鑄設(shè)備,更具體地說,一種用于當連續(xù)澆鑄熔化金屬時控制熔化金屬的表面高度的方法和設(shè)備,其特征在于連續(xù)澆鑄設(shè)備包括:一個模子,其中熔化金屬得到傾注和固化;一種渦流式熔化金屬表面液面高度檢測器,用于檢測模子中的熔化金屬表面液面高度;圍繞模子而設(shè)置的電磁線圈;以及用于給電磁線圈通電以產(chǎn)生脈沖磁場的電源,其中提供了用于從電源提供與脈沖磁場相應的脈沖觸發(fā)信號的裝置,以及用于根據(jù)脈沖觸發(fā)信號控制熔化金屬液面檢測器的高度檢測時序的裝置。
文檔編號B22D11/20GK1246817SQ98802365
公開日2000年3月8日 申請日期1998年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月8日
發(fā)明者藤崎敬介, 和嶋浩, 松田秀樹, 谷雅弘 申請人:新日本制鐵株式會社