Способ управления процессом непрерывной разливки металла и устройство для его осуществления (его варианты)

 

I. Способ управления процессом непрерьшной разливки металла путем формирования слитка с помощью электромагнитного поля индуктора, согласно которому измеряют напряжение на индукторе, о т л и ч аю щ и и. с я тем, что, с целью повышения точности изготовления слитка, дополнительно измеряют ток индуктора, преобразуют ток индуктора в напряжение, из которого формируют два опорных напряжения основной гармоники, сдвинутых по фазе одно относительно другого на 90 , выделяют напряжение индуктора, сдвинутое по фазе на 90°,- берут отношение этого напряжения к току и в соответствии с этим отношением изменяют мощность индуктора до совпадения отношения с заданной величиной . 2. Устройство для осуществления способа управления процессом непрерывной разливки металла, содержащее кристаллизатор, индуктор, источник питания индуктора, датчик напряжения индуктора и задатчик опорного сигнала, соединенный с входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с источником питания индуктора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности изготовления слитка, оно снабжено датчиком тока индуктора, преобразователем тока в напряжение, формирователем опорных квадратурных сигналов, двумя фазочувствительными выпрямителями, блоком деления, причем выход датчика тока соединен с входом преобразователя тока в напряжение , выход преобразователя тока в напряжение соединен с входом формирователя опорных квадратурных сигналов и первым входом первого фазочувствительного выпрямителя , второй вход которого соедннен с прямым (О выходом формирователя опорных квадратурных сигналов, выход датчика напряжения соединен с первым входом второго фазочувствительного выпрямителя, с вторым входом которого связан квадратурный

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (594 В 22 D 11 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕЙТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2696305/22-02 (22) 12.12.78 (31) 905889 (32) 15.05.78 (33) US (46) 30,01.86. Бюп. В 4 (71) Олин Корпорейшн (US) (72) Джон Колин Ярвуд, Айк Янг Ян, Дерек Эдвард Тайлер и Питер Йерген

Киндпманн (US) (53) 621.746.04:538.3(088.8) (56) Патент США NF 4014379, кл. В 22 D 11/02, опублик. 1977. (54 ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО

ВАРИАНТЫ ) (57) I. Способ управления процессом непрерывной разливки металла путем формирования слитка с помощью электромагнитного поля индуктора, согласно которому измеряют налряжение на индукторе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности изготовления слитка, дополнительно измеряют ток индуктора, преобразуют ток индуктора в напряжение, из которого формируют два опорных напряжения основной гармоники, сдвинутых по фазе о одно относительно другого на 90 выделяют напряжениЕ иидуктора, сдвинутое по фазе на 90 ; берут о отношение этого напряжения к току и в соответствии с этим отношением изменяют мощность иидуктора до совпадения отношения с заданной величиной.

2 ° Устройство для осуществления способа управления процессом непрерывной разливки металла, содержащее кристаллиэатор, индуктор, источник питания индуктора, датчик напряжения индуктора и эадатчик опорного сигнала, соединенный с входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с источником питания индуктора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности изготовления слитка, оно снабжено датчиком тока индуктора, преобразователем тока в напряжение, формирователем опорных квадратурных сигналов, двумя фазочувствительными выпрямителями, блоком деления, причем выход датчика тока соединен с входом преобразователя тока в напряжение, выход преобразователя тока в напряжение соединен с входом формирователя опорных квадратурных сигналов и первым входом первого фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с пря е м (О ) выходом формирова теля опорных квадратурных сигналов, выход датчика напряжения соединен с первым входом второго фазочувствительного выпрямителя, с вторым входом которого связан квадратурный (90 ) выход формирователя опорных квадратурных сигналов, выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей соединены с входами блока деления, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя.

3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что между входом дифференциального усилителя и блоком Деления введен дополнительный

1 блок деления, второй вход которого через масштабирующий блок и преобразователь частоты в напряжение соединен с первым входом первого фазочувствительного выпрямителя.

4. Устройство для осуществления способа управления процессом непрерывной разливки металла, содержащее кристаллизатор, индуктор, источник питания индуктора, датчик напряжения индуктора, датчик уровня металла с линейным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изготовления слитка, оно снабжено двумя фильтрами, преобразователем частоты в напряжение, датчиком тока, измерителем мощности, аналого-,цифровым преобразователем, вычислителем„ цифроаналоговым преобразователем

209022 регулятором напряжения и регулятором частоты, причем выход датчика напряжения через первый фильтр соединен с входом преобразователя часто. ты в напряжение и первым "входом измерителя мощности, датчик тока индуктора через второй фильтр соединен с вторым входом измерителя мощности, выход датчика уровня через линейный преобразователь, выход преобразователя частоты в напряжение и выход измерителя мощности соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, соединенного с вычислителем, выходы которого через цифроаналоговый преобразователь соединены с входами регулятора напряжения и регулятора частоты, выходы которых соединены с источником питания инцуктора.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для непрерывной разливки металлов с индукционным нагревом, преимущественно для меди и ее сплавов.

Целью изобретения является повышение точности изготовления слитка.

На фиг. 1 изображена технологическая установка разливки Металла, на фиг. 2 — устройство для осуществления способа, вариант 1, на фиг. 3 то же, в случае работы с изменяемой частотой на фиг„ 4 — устройство, вариант 2.

Устройство для осуществления способа (вариант 1) содержит охладитель

1 и индуктор 2, образующие кристал-, лизатор, источник 3 питания индуктара, состоящий из генератора 4 и преобразователя 5, датчик 6 напряжения индуктора, задатчик 7 опорного сигнала, дифференциальный усилитель

8, датчик 9 тока индуктора, преобразователь 10 тока в напряжение,формирователь 11 опорных квадратурных сигналов, фазочувствительные выпрямители 12 и 13, блок 14 деления, согласующий усилитель 15, дополнительный блок 16 деления, масштабирующий блок 17, преобразователь 18 частоты в напряжение.

Устройство для осуществления способа (вариант 2,, фиг. 4) содержит источник 3 питания, индуктор

2, датчик 9 тока ин@уктора, датчик

6 напряжения индуктора, фильтры 19 и 20, преобразователь 21 частоты в напряжение, измеритель 22 мощности, датчик 23 уровня расплавленного металла, линейный преобразователь 24, аналого-цифровой преобразователь 25, вычислитель 26, цифроаналоговый преобразователь 27, регулятор 28 напряжения, регулятор 29 частоты.

Кроме того., технологическая установка (см. фиг. 1) содержит воронку ЗО для заливки расплавленного металла 31 в кристаллиэатор, Ю;а также блок 32 вытягивания слитка, Устройство для осуществления способа (вариант 1) работает следующим образом (фиг, 2 и 3).

Расплавленный металл 31 непрерывно подается в кристаллизатор через воронку ЗО.

Переменный ток источника 3 создает в индукторе 2 магнитное поле, которое взаимодействует с расплав3(1 ленной верхней частью металла 31, 1209022

L=K(2D-а,), (2) X„=2 fL, (4) создавая в нем вихревые токи. Эти вихревые токи, в свою очередь, взаимодействуют с магнитным полем, создавая силу магнитного давления, которая приложена к верхней части металла 31 и формирует при его otтывании желаемое поперечное сечение.. Охлаждение металла и формирование слитка осуществляют с помощью охладителя 1, вытягивание слитка — с помощью блока 32.вытягивания слитка.

Индуктивность индуктора зависит от величины зазора между индуктором и слитком следующим образом: где I- — индуктивность индуктора, D — диаметр индуктора, d воздушный зазор между индуктором и слитком, К вЂ” коэффициент, учитывающий конфигурацию системы, уровень расплавленного металла, уровень границы эатвердевания, взятые по отношению к индуктору, электропроводность металла и частоту тока, К незначительно изменяется в зависимости от высоты h расплавленного металла.

Таким образом, индуктивность системы индуктор — слиток является функцией зазора d,,à реактивное сопротивление системы определяется уравнением где Х вЂ” индуктивное сопротивление, L — индуктивность системы, f — частота.

Полное сопротивление нагрузки определяется уравнением где Z — полное сопротивление нагрузки;

R — активное сопротивление, а это сопротивление определяет ток, протекающий в контуре и обеспечивающий удержание расплавленной части металла, причем ток Z определяется уравнением где U — напряжение источника;

Z — полное сопротивление системы индуктор — слиток.

1О

S0

Качество слитка определяется постоянством поддержания зазора Й которое можно обеспечить установкой определенного напряжения на выходе источника 3 питания индуктора при постоянной частоте, установкой определенной частоты при по— стоянном напряжении или установкой определенной частоты и напряжения в их сочетании. В соответствии с этим требованием в системе управления процессом по варианту l определяется реактивное сопротивление

Х„, зависящее от зазора Й, и этот параметр используется как управляющий сигнал.

Для этого с помощью датчика 6 измеряют напряжение на индукторе 2, а ток индуктора 2 — с помощью датчика 9 тока. Выход датчика 9 тока соединен с преобразователем 10 тока в напряжение, сигнал с выхода которого поступает на первый вход формирователя Il опорных квадратурных сигналов и на первый фход фазочувствительного выпрямителя 13. На второй вход последнего поступает прямой (0 ) опорный сигнал от формирователя ll. На выходе фазочувствительного выпрямителя 13 выделяется сигнал на основе главной гармоники тока питания.

Опорный сигнал, сдвинутый по фазе на 90, с формирователя II поступает на второй вход фазочувствительного выпрямителя 12, на первый вход которого поступает сигнал с датчика 6 напряжения. На выходе фазочувствительного выпрямителя 12 выделяется сигнал на основе главной гармоники напряжений, обусловленной реактивным сопротивлением (или индукцией). С выходов фазочувствительных выпрямителей 12 и 13 сигналы поступают в блок 14 деления, с выхода которого сигнал, пропорциональный Х, поступает на вход дифференциальйого усилителя 8, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 7 опорного сигнала.

С выхода дифференциального усилителя 8 сигнал через согласующий усилитель 15 поступает на преобразователь 5, управляющий генератором 4, В случае работы устройства с изменяемой частотой (фиг. 3) в него вводят дополнительный блок 16 деления, масштабирующий блок 17 и преобразователь 18 частоты в напряжение.

1209022

Z=—

I (7) (8) (9) X=Z sin 8;

L=X/27ii, 20

Сигнал с выхода преобразователя 18 частоты в напряжение через масштабирующий блок 17 поступает на вход дав полнительного блока 16 деления, с выхода которого в систему управления поступает сигнал, пропорциональный индукции L.

Устройство для осуществления способа (вариант 3) работает следующим образом (фиг. 4).

С датчика 6 напряжения через фильтр 19 сигнал поступает на входы преобразователя 21 частоты в напряжение и измерителя 22 мощности, на второй вход которого через фильтр

20 поступает сигнал с выхода датчика 9 тока. Быходной сигнал с преобразователя 21, пропорциональный частоте, и выходные сигналы измерителя 22 мощности, пропорциональныесреднему квадратичному значению напряжения U, квадратичному значению тока 2 и эффективной мощности KV, подаваемой в индуктор 2, поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 25, куда через линейный преобразователь 24 поступает также сигнал с датчика 23 уровня расплавленного металла. Выходы вычислителя 26,соединенного с преобразователем 25, через цифроаналоговый преобразователь 27 соединены с входами регуляторов 28 напряжения и 29 частоты, выходы которых соединены с преобразователем

5 источника 3 питания.

Ь

Б качестве вычислителя 26 может быть использован микропроцессор типа РДР-8 фирмы "Digital Equipment

Inc .

ПРограмма для вычислителя 26 составляется таким образом, что по поступающим на его вход данным производят расчет кажущейся мощности

KUA, фазового угла 8, полного со10 противления Z, реактивного сопротивлении Х и индукции L с использованием следующих соотношений: KUA=U Z (5)

6 =«s („,) (6) На основе формулы (1) вычисляют зазор ЙС и сравнивают его с заданным значением d,, разность d. -d

25 используется в качестве управляющего сигнала.

Устройство по варианту 2 обладает тем преимуществом, что оно может работать на фиксированной частоте

gg беэ регулятора 29 частоты, на фиксированном напряжении без регулятора 28 напряжения, а также с возможностью регулирования по тому и другому параметру. Кроме того, сигнал с датчика 23 уровня может быть отключен.

1209022! 209022 (15 ! ! !

I !

Фиа 4

ВНИИПИ Зака„з 305/б1 Тираж 757 Подписное

Филйаг ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4