RU2033890C1

RU2033890C1 - Method for measuring metal level in mold

Info

Publication number: RU2033890C1
Application number: RU92008997A
Authority: RU
Inventors: В.И. Лебедев; А.П. Щеголев; А.В. Дурнов; А.В. Кириков; В.А. Тихановский
Original assignee: Лебедев Владимир Ильич
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method involves delivery of liquid metal into mold, drawing ingot from mold at a varying rate, putting mold in reciprocating motion, delivering pulsed beam of ultrasonic wave to working walls of mold, and determining the value of reciprocating mold motion. Pulsed beam of surface ultrasonic wave is directed across the ingot over the perimeter of one of working walls. The width of pulsed beam of ultrasonic wave is set at 1.5-50.0 of mold reciprocating amplitude then the signal corresponding to current position of mold is subtracted from the amplitude of attenuated signal. EFFECT: improved quality of continuously-cast ingots achieved due to higher accuracy of measuring metal level in mold. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов. The invention relates to metallurgy, in particular to continuous casting of metals.

Известен способ измерения уровня металла в кристаллизаторе, включающий излучение и прием ультразвуковых колебаний. Прием излучения осуществляют импульсами, а принимаемые ультразвуковые колебания оценивают по их интенсивности. При этом пропускают объемный ультразвуковой сигнал нормально к поверхности слитка. A known method of measuring the level of metal in the mold, including radiation and receiving ultrasonic vibrations. Reception of radiation is carried out by pulses, and the received ultrasonic vibrations are estimated by their intensity. In this case, a volumetric ultrasonic signal is passed normally to the surface of the ingot.

Недостатком данного способа является неудовлетворительная точность измерения положения уровня металла в кристаллизаторе, составляющая +5 мм и более. Это объясняется тем, что пучок объемной ультразвуковой волны, взаимодействующий с границей раздела сред, имеет пространственную ширину, в пределах которой положение уровня металла не может быть однозначно определено. В результате неточного определения положения уровня металла в кристаллизаторе происходит колебание уровня металла при регулировании его расхода из промежуточного ковша, что приводит к браку слитков по качеству поверхности. The disadvantage of this method is the unsatisfactory accuracy of measuring the position of the metal level in the mold, component +5 mm or more. This is explained by the fact that a beam of a bulk ultrasonic wave interacting with the interface of the media has a spatial width within which the position of the metal level cannot be uniquely determined. As a result of inaccurate determination of the position of the metal level in the mold, the metal level fluctuates when its flow rate is controlled from the tundish, which leads to the rejection of ingots by surface quality.

Технический эффект при использовании предлагаемого способа заключается в улучшении качества непрерывно-литых слитков за счет повышения точности измерения положения уровня металла в кристаллизаторе. The technical effect when using the proposed method is to improve the quality of continuously cast ingots by increasing the accuracy of measuring the position of the metal level in the mold.

Технический эффект достигают тем, что излучают и принимают ультразвуковые колебания, причем излучение осуществляют импульсами, а принимаемые ультразвуковые колебания оценивают по их интенсивности, дополнительно измеряют текущее положение кристаллизатора, ультразвуковые колебания формируют в виде поверхностной ультразвуковой волны и направляют их по поверхности одной из рабочих стенок кристаллизатора в направлении, перпендикулярном оси кристаллизатора, причем ширину излучения устанавливают в пределах 1,5-50,0 амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора и из амплитуды принимаемого ультразвукового сигнала вычитают сигнал, соответствующий текущему положению кристаллизатора. The technical effect is achieved by emitting and receiving ultrasonic vibrations, the radiation being carried out by pulses, and the received ultrasonic vibrations are evaluated by their intensity, the current position of the mold is additionally measured, ultrasonic vibrations are formed in the form of a surface ultrasonic wave and they are directed along the surface of one of the working walls of the mold in the direction perpendicular to the axis of the mold, and the radiation width is set within 1.5-50.0 amplitude reciprocating stupid motion of the mold and from the amplitude of the received ultrasonic signal subtract the signal corresponding to the current position of the mold.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие повышения точности измерения положения уровня металла в кристаллизаторе за счет направления пучка импульсов поверхностной ультразвуковой волны в поперечном к слитку направлении. В этих условиях пучок импульсов распространяется вдоль поверхности граней слитка, огибая продольные торцы рабочей стенки, что устраняет влияние на процесс измерения коробления оболочки слитка на мениске металла и локальных участков отхода оболочки слитка от поверхности рабочих стенок кристаллизатора. В этих условиях увеличивается точность весового расхода металла в кристаллизатор в зависимости от скорости вытягивания слитка, что устранит колебание уровня металла сверх допустимых значений и, как следствие, образование на поверхности слитка ужимин, поясов, заливин и т.д. The quality improvement of continuously cast ingots will occur due to an increase in the accuracy of measuring the position of the metal level in the mold due to the direction of the pulse beam of the surface ultrasonic wave in the direction transverse to the ingot. Under these conditions, the pulse beam propagates along the surface of the faces of the ingot, enveloping the longitudinal ends of the working wall, which eliminates the influence on the measurement process of warpage of the ingot shell on the meniscus of the metal and local sections of the ingot shell moving away from the surface of the mold working walls. Under these conditions, the accuracy of the mass flow rate of the metal into the mold increases depending on the speed of the ingot drawing, which will eliminate the fluctuation of the metal level above the permissible values and, as a result, the formation of bumps, belts, dips, etc.

Диапазон значений ширины пучка импульсов ультразвуковой поверхностной волны в пределах 1,5-50,0 амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора объясняется необходимостью повышения надежности и точности определения положения уровня металла в кристаллизаторе в условиях регулирования расхода металла из промежуточного ковша в зависимости от скорости вытягивания слитка. При меньших значениях возможен уход уровня металла из зоны действия пучка импульсов ультразвуковой поверхностной волны и, как следствие, будет невозможно определение фактического положения уровня металла. The range of pulse widths of the ultrasonic surface wave pulses in the range of 1.5-50.0 of the amplitude of the reciprocating motion of the mold is explained by the need to increase the reliability and accuracy of determining the position of the metal level in the mold under conditions of controlling the flow of metal from the intermediate ladle depending on the speed of the ingot. At lower values, the metal level can leave the zone of action of the pulsed beam of the ultrasonic surface wave and, as a result, it will be impossible to determine the actual position of the metal level.

Большие значения устанавливать не имеет смысла, так как колебания уровня металла практически не превосходят указанные величины. It does not make sense to establish large values, since fluctuations in the level of the metal practically do not exceed the indicated values.

Указанный диапазон устанавливают в обратно пропорциональной зависимости от амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора. Вычитание из ослабленного сигнала, соответствующего положению кристаллизатора, объясняется необходимостью определения точного положения уровня металла в кристаллизаторе. The specified range is set inversely proportional to the amplitude of the reciprocating motion of the mold. Subtraction from the attenuated signal corresponding to the position of the mold is explained by the need to determine the exact position of the metal level in the mold.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого способа с отличительными признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень". Analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinguishing features of the proposed method with the distinctive features of the known technical solutions. Based on this, it is concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показан вариант схемы устройства для осуществления способа измерения положения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке, продольный разрез, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вид Б на фиг.Б. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a method for measuring the position of a metal level in a mold during continuous casting, longitudinal section, section AA in FIG. 1; in Fig.3 view B in Fig.B.

Устройство для измерения положения уровня металла в кристаллизаторе состоит из рабочих стенок 1 и 2, разливочного стакана 3, излучательно-приемной головки 4, генератор 5 импульсов, блока 6 измерения временных сигналов, блока индикации 7. На фиг.2 показаны оболочка 8 слитка, уровень 9 металла, жидкий металл 10, направление (11) движения пучка импульсов поверхностных ультразвуковых волн, слой 12 шлаковой смеси, ширина В пучка импульсов, ослабленная величина В амплитуды ультразвуковой поверхностной волны. A device for measuring the position of the metal level in the mold consists of working walls 1 and 2, a pouring cup 3, a radiation receiving head 4, a pulse generator 5, a block 6 for measuring temporary signals, an indication unit 7. FIG. 2 shows an ingot shell 8, level 9 metal, liquid metal 10, the direction (11) of the pulse beam of surface ultrasonic waves, the slag mixture layer 12, the pulse beam width B, the attenuated amplitude value B of the ultrasonic surface wave.

Способ измерения положения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке осуществляют следующим образом. The method of measuring the position of the metal level in the mold during continuous casting is as follows.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки металлов в рабочую полость кристаллизатора, образованную рабочими водоохлаждаемыми медными стенками 1 и 2 подают жидкий металл 10 марки 3 сп из промежуточного ковша через разливочный стакан 3 под уровень 9 металла, на который подают шлаковую смесь 12 на основе СаО-SiО₂-Al₂О₃. Из кристаллизатора вытягивают оболочку 8 слитка с переменной скоростью. Расход металла 10 из промежуточного ковша регулируют при помощи шиберного затвора в зависимости от изменения положения уровня 9 металла при данной скорости вытягивания слитка. На внешней поверхности одной из рабочих стенок кристаллизатора 2 неподвижно смонтирована излучательно-приемная головка 4. Кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное перемещение по синусоидальному закону.PRI me R. In the process of continuous casting of metals into the working cavity of the mold formed by the working water-cooled copper walls 1 and 2, liquid metal 10 of grade 3 cn is supplied from an intermediate ladle through a casting glass 3 to a metal level 9, to which a slag mixture 12 based on CaO-SiO ₂ is fed - Al ₂ About ₃ . From the mold is pulled the shell 8 of the ingot with a variable speed. The consumption of metal 10 from the intermediate ladle is controlled by a slide gate depending on the change in the position of the level 9 of the metal at a given speed of drawing the ingot. On the outer surface of one of the working walls of the crystallizer 2, a radiation-receiving head 4 is fixedly mounted. The mold is informed of a reciprocating movement according to a sinusoidal law.

В процессе непрерывной разливки генератор 5 ультразвуковых колебаний вырабатывает короткие электрические импульсы амплитудой 200 В с частотой заполнения 1,5 МГц, которые поступают на вход излучательно-приемной головки 4. Головка 4 возбуждает на поверхности рабочих стенок пучок импульсов поверхностной ультразвуковой волны шириной В. Импульсы поверхностной ультразвуковой волны поступают в поперечном к оболочке 8 слитка направлении 11 по периметру одной из рабочих стенок 2. Ширину пучка В импульсов ультразвуковой поверхностной волны устанавливают в пределах 1,5-50,0 амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора. По величине проходящего к головке 4 сигнала в виде величины В амплитуды пучка ультразвуковой волны определяют положение уровня 9 металла 10 в кристаллизаторе. Скорость распространения поверхностной ультразвуковой волны в меди составляет 2100 м/с. During continuous casting, the ultrasonic oscillation generator 5 generates short electrical pulses of amplitude 200 V with a filling frequency of 1.5 MHz, which are fed to the input of the radiation receiving head 4. The head 4 excites on the surface of the working walls a pulse beam of a surface ultrasonic wave B. Width ultrasonic waves arrive in the direction 11 transverse to the shell of the ingot 8 along the perimeter of one of the working walls 2. The beam width B of the pulses of the ultrasonic surface wave is set pour within the range of 1.5-50.0 amplitude of the reciprocating motion of the mold. The magnitude of the signal passing to the head 4 in the form of magnitude B of the amplitude of the ultrasonic wave beam determines the position of level 9 of metal 10 in the mold. The propagation velocity of a surface ultrasonic wave in copper is 2100 m / s.

Головка 4 преобразует приходящий сигнал поверхностной ультразвуковой волны в электрический импульс, который поступает на вход блока 6 измерения величины амплитуды ультразвуковой волны, где определяется разница величины (В-в). Полученный сигнал поступает в блок индикации 7. Далее из амплитуды ослабленного сигнала (В-в) вычитают сигнал, соответствующий текущему положению кристаллизатора. The head 4 converts the incoming signal of the surface ultrasonic wave into an electric pulse, which is fed to the input of the unit 6 for measuring the amplitude of the ultrasonic wave, where the difference in magnitude (B-c) is determined. The received signal enters the display unit 7. Next, the signal corresponding to the current position of the mold is subtracted from the amplitude of the attenuated signal (B-c).

Использование эффекта распространения поверхностной ультразвуковой волны, имеющей свойство распространяться вдоль поверхности твердых тел, огибать искривления поверхности и углы позволяет достигнуть точности измерения положения уровня металла в кристаллизаторе до значений ±0,4-0,8 мм. При этом появляется возможность определения величины перемещения кристаллизатора в процессе его возвратно-поступательного движения. Using the propagation effect of a surface ultrasonic wave, which has the property of propagating along the surface of solids, to bend around surface curvatures and angles, one can achieve the accuracy of measuring the position of the metal level in the mold to values of ± 0.4-0.8 mm In this case, it becomes possible to determine the amount of movement of the mold in the process of its reciprocating motion.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами. The table shows examples of the method with various technological parameters.

В первом примере ширина пучка импульсов поверхностей ультразвуковой волны будет излишней. В пятом примере ширина пучка импульсов ультразвуковой волны будет недостаточной для надежного измерения положения уровня металла в кристаллизаторе в условиях колебания уровня металла. В шестом примере (прототип) невозможно измерять положение уровня металла в кристаллизаторе вследствие направления пучка импульсов ультразвуковой волны нормально к уровню поверхности жидкого металла в кристаллизаторе вдоль слитка. In the first example, the width of the pulse beam of the surfaces of the ultrasonic wave will be excessive. In the fifth example, the pulse width of the ultrasonic wave pulses will be insufficient to reliably measure the position of the metal level in the mold under conditions of fluctuation of the metal level. In the sixth example (prototype), it is impossible to measure the position of the metal level in the mold due to the direction of the ultrasonic wave pulse beam normal to the surface level of the liquid metal in the mold along the ingot.

В примерах 2-4 будет происходить измерение положение уровня металла в кристаллизаторе с точностью ±0,4-0,8 мм во всем диапазоне колебания уровня металла в кристаллизаторе. In examples 2-4, the position of the metal level in the mold will be measured with an accuracy of ± 0.4-0.8 mm over the entire range of fluctuation of the metal level in the mold.

В общем случае возможно направлять пучки импульсов поверхностной ультразвуковой волны как в горизонтальной плоскости перпендикулярно к продольной оси слитка, так и под углом к ней. Кроме того, возможно устанавливать излучательно-приемные головки по всем четырем граням кристаллизатора, а также устанавливать головки по несколько штук по высоте кристаллизатора. In the general case, it is possible to direct the pulsed beams of a surface ultrasonic wave both in a horizontal plane perpendicular to the longitudinal axis of the ingot and at an angle to it. In addition, it is possible to install the radiation-receiving heads on all four faces of the mold, and also to install heads several pieces in height of the mold.

Применение способа измерения положения уровня металла в кристаллизаторе позволяет снизить брак слитков по качеству поверхности на 3,5% за счет устранения колебания уровня металла в кристаллизаторе и точного регулирования весового расхода металла в кристаллизаторе. The application of the method of measuring the position of the metal level in the mold allows to reduce the marriage of ingots by surface quality by 3.5% by eliminating fluctuations in the level of the metal in the mold and precise control of the mass flow rate of the metal in the mold.

Claims

METHOD FOR MEASURING THE METAL LEVEL IN THE CRYSTALIZER, which includes radiation and receiving a signal of ultrasonic vibrations, the radiation being carried out by pulses, and the received ultrasonic vibrations are evaluated by their intensity, characterized in that the signal corresponding to the current position of the mold is additionally measured, ultrasonic vibrations are formed in the form of a surface ultrasonic wave and direct them along the surface of one of the working walls of the mold in the direction perpendicular to the axis of the mold, moreover, the radiation width is set within 1.5 to 50.0 of the amplitude of the reciprocating motion of the mold and the signal corresponding to the current position of the mold is subtracted from the amplitude of the received ultrasonic signal.