способ измерения уровня металла в кристаллизаторе

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, включающий излучение и прием сигнала ультразвуковых колебаний, причем излучение осуществляют импульсами, а принимаемые ультразвуковые колебания оценивают по их интенсивности, отличающийся тем, что дополнительно измеряют сигнал, соответствующий текущему положению кристаллизатора, ультразвуковые колебания формируют в виде поверхностной ультразвуковой волны и направляют их по диагонали одного из углов гильзы кристаллизатора, принимают сигнал ультразвуковых колебаний в направлении диагонали соседнего угла по граням гильзы, 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке металлов.

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 [1]

Недостатком известного способа является низкая точность измерения положения уровня металла в кристаллизаторе. Это объясняется тем, что формирующаяся оболочка слитка в районе мениска металла в кристаллизаторе по его периметру периодически отходит от поверхности рабочих стенок вследствие неравномерной усадки, толщины оболочки, ее деформации и т.д. В этих условиях пучок импульсов поверхностной ультразвуковой волны может не отражаться от границы сред, что не дает возможности стабильно контролировать и измерять положение уровня металла в кристаллизаторе и регулировать расход металла из промежуточного ковша в необходимых пределах. В результате происходит колебание уровня металла в кристаллизаторе сверх допустимых значений, что вызывает брак слитков по качеству поверхности из-за образования на ней заливин, поясов, ужимин и других дефектов.

Цель изобретения улучшить качество слитков за счет повышения точности измерения положения уровня металла в гильзовом кристаллизаторе.

Для этого излучают и принимают ультразвуковые колебания, причем излучения 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 диагонали одного из углов гильзы кристаллизатора, принимают сигнал ультразвуковых колебаний в направлении диагонали соседнего угла по граням гильзы, 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.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие повышения точности измерения положения уровня металла в гильзовом кристаллизаторе за счет направления пучка импульсов поверхностной ультразвуковой волны по грани слитка в поперечном к слитку направлении. В этих условиях пучок импульсов распространяется вдоль внутренней поверхности рабочих стенок гильзового кристаллизатора, что устраняет влияние на процесс измерения коробления оболочки слитка на мениске металла и локальных участков отхода оболочки слитка от поверхности рабочих стенок гильзы кристаллизатора. В этих условиях увеличивается точность массового расхода металла в кристаллизатор, что устраняет колебание уровня металла сверх допустимых значений и, как следствие, образование на поверхности слитков ужимин, поясов, заливин и т.д.

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 массового расхода металла из промежуточного ковша. При меньших значениях возможен уход уровня металла из зоны действия пучка импульсов ультразвуковой поверхностной волны и, как следствие, невозможность определения физического положения уровня металла.

Большие значения устанавливать не имеет смысла, так как колебания уровня металла практически не превосходят указанные величины.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания слитка.

Вычитание из ослабленного сигнала, соответствующего текущему положению кристаллизатора, объясняется необходимостью определения точного положения уровня металла в кристаллизаторе.

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".

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления способа измерения уровня металла в гильзовом кристаллизаторе при непрерывной разливке, поперечный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе состоит из корпуса 1, гильзы 2, выступов 3, генератора импульсов 4, блока приема импульсов 5, излучателя импульсов (головка) 6, приемника импульсов 7 и блока индикации 8. Позицией 9 обозначен разливочный стакан 10, слой шлаковой смеси, 11 жидкий металл, 12 слиток, 13 уровень жидкого металла, 14 направление распространения пучка поверхностных ультразвуковых волн, В ширина пучка импульсов, в ширина ослабленного пучка импульсов.

Способ измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки металлов в рабочую полость гильзы 2 кристаллизатора подают сталь 11 марки 3 сп из промежуточного ковша через разливочный стакан 9 под уровень 13, на который подают слой шлаковой смеси 10 на основе СаО-Siо₂-Al₂О₃. Из кристаллизатора вытягивают слиток 12 с переменной скоростью. Расход металла 11 из промежуточного ковша регулируют при помощи шиберного затвора в зависимости от изменения положения уровня металла 13. Гильза 2 смонтирована в корпусе 1 кристаллизатора и центрируется при помощи выступов 3, которые образуют зазор между внешней поверхностью гильзы 2 и внутренней поверхностью корпуса 1. В этот зазор подается под давлением охлаждающая вода.

Кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное перемещение с переменными частотой и амплитудой по синусоидальному закону. В углах гильзы 2 одной из ее граней, смонтированы излучатель 6 и приемник 7 импульсов поверхностной ультразвуковой волны.

В процессе непрерывной разливки генератор 4 ультразвуковых колебаний вырабатывает короткие электрические импульсы амплитудой 200 В с частотой заполнения 1,5 МГц, которые поступают на вход излучателя 6. Головка 6 возбуждает в теле угла гильзы 2 пучок объемных ультразвуковых волн, который частично затухает в теле гильзы, а частично трансформируется в пучок поверхностной ультразвуковой волны шириной В, распространяющийся в поперечном к слитку направлении 14. Ширину пучка В импульсов поверхностной ультразвуковой волны устанавливают в пределах 1,5-5,0 амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора.

Импульсы поверхностной ультразвуковой волны посылают по диагонали одного из углов гильзы кристаллизатора и принимают сигнал также в направлении диагонали соседнего угла по грани гильзы.

По величине приходящего к приемнику 7 сигнала в виде уменьшенной амплитуды "в" пучка поверхностной ультразвуковой волны определяют положение уровня 13 металла в гильзовом кристаллизаторе. Приемник 7 преобразует приходящий сигнал поверхностной ультразвуковой волны в электрический импульс, который поступает на вход блока 5, где определяется разница (В-в). Полученный сигнал поступает на блок индикации 8. Далее из амплитуды ослабленного сигнала (В-в) вычитают сигнал, соответствующий текущему положению кристаллизатора.

Использование эффекта распространения поверхностных ультразвуковых волн, имеющих свойство трансформироваться из объемных ультразвуковых волн, распространяться вдоль поверхности твердых тел, огибать искривления поверхности и углов, позволяет достигнуть точности измерения положения уровня жидкого металла в гильзовом кристаллизаторе до значений 0,4-0,8 мм. При этом появляется возможность определения величины перемещения кристаллизатора в процессе его возвратно-поступательного движения.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В примере 1 ширина пучка импульсов поверхностной ультразвуковой волны будет излишней. В примере 5 ширина пучка импульсов ультразвуковой волны будет недостаточной для надежного измерения положения уровня металла в кристаллизаторе. В примере 6 (прототипе) невозможно измерять положение уровня металла в кристаллизаторе вследствие направления пучка импульсов поверхностной ультразвуковой волны нормально к уровню поверхности жидкого металла в кристаллизаторе.

В примерах 2-4 изменяют положение уровня металла в гильзовом кристаллизаторе с точностью 0,4-0,8 мм во всем диапазоне колебания уровня металла в кристаллизаторе.

Применение предлагаемого способа измерения уровня металла в кристаллизаторе позволяет снизить брак непрерывно-литых слитков по качеству поверхности на 3,2% за счет устранения колебания уровня металла в гильзовом кристаллизаторе и точного регулирования массового расхода металла.