Устройство управления скоростью разливки металла

 

СО(ОЗ CGBETCHHX

О И; ЛИСТИЧЕСКИ>;

РЕСПУБЛИК (5 4 в 22 D 37,00

k» ":

ОПИ4АЙИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

10СУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2! ):!174-13 3 > 3i - .12

; "2 ()4.(l j ..(37, -1!> i,30.! )l>.((!1. Ьк>,1. Л>> 24 ! 7 j,l (н н > f) 1> I (. f и f t f i(TÈT >, T 3 Hit ci l l Il (> i i ! 0 l О .>j>I! >();)(>c тj)0(. l>и>!

j » i3. »Г. 1j3в!!!>с>в, Т. В. 30(!ычена. (.. (Г>. rj. «в,!св If !. (,. jj;1fftl f („3 1>2 j 3 0.,3 f (08>3. >3 ! >(>> jj Гс !! (- П!7(" j(tj(30(32, кл. j3 22 !) 37, О!), j!37-j. (,>1 > У(:Tj ()j j(: ВО;71 j j AH., II; j jf j5j (КО» () (! Ь !О j >. (:3, 1И В | ; И .> 11 Г Т>(;1 Л >( (;)7! j j !0(>j>(гcllll(01носится к 06,!(1 T!I управв. Ii пни j)11:1. 11I Iil(()!t fl.) f(овп13 в . I llте!1н Ы( фор пы, I(, .Ib изовр(, ffilя - !loBblll c:> !е точП (> С i I I, 1(> 3 И Р (> В ГП П 5 l i > К () 11 0. I l Я Л 11 Г И 1) >, !О . I I I I X

100! I f,(> К 1 i (10 1> Оf) bl!! I (If ii >I ТО I I ÎÑÒ . 1 I3,1(„„SU„„1405960 А 1 )(il ll я ci(oj)0(! п p33, инки >I cT3л, 13, (x п(еcT3(:- зооретения закл(очается в том, что в npoll(.(ñ(подъема м(талл» ь литейной форме о оп")(,(сляе) ся ско,)0(. и подъема металла с no l(>fi! bI() x cTj>oIjc! ва, состоящего из высокоч(1(! ()тlio: о оолмч;11(. лЯ 1-Г. 0, Iof(3 Ь изм(.P(.IIII>f .) (. .! (>! i 1i if(i l() li I!1(I от Ы, (11.1 1 1 Т(. г1 Я ), ко. !13 j>(1т»па j !), ген(р:)гор;1 11 .;1 TUTbl отсчетов. фор> if j>(>!! 3T (. I я 2>, иере(. тp3 !11>3(.мого е) ысоко>I3cT(); !!Of 0 I c,fcj);IT>)j)3 !;3, олока 6 псресчеT«i ооъема. В зависимости от величины curl l 3, I 1> I f 3 и Ы ко. I (. 0, 1 о к и 6 () 10 1(((Г) 1 н к (и О н 3,1 пи Ы." 11,1 ОР !1Т(10 В ИЗ МЕН ЯЕТ ПОД(1Ч1 М ЕТЗ,Ъ13 113 ко:)п13 j с:!Омон(ыо вентильного мекннизма 2 li o (3÷ легиру!о!пик прис!1.10 К (. IIO>10lllf>10 Э I Cl(Òj>OII j) f1BO(3 О .(033TOP3.

3 lf,!.

1405960

Изобретение относится к устройствам фля управления скоростью разливки металЛа из ковша в литейные формы и может

«рь«ть использовано при экономном легирова««ии сплава путем подачи соответствующих

KoMïoíåHòoâ в струю расплавленного метал..«а.

Цель изобретения — повышение точности

; озирования и экономии легирующих доба«ок за счет повышения точности измерения корости разливки металла. 10

На фиг. 1 приведена блок-схема устройтва управления скоростью разливки метал. а; на фиг. 2 — блок измерения резонансой частоты; на фиг. 3 — структура блока пеесчета объема.

Устройство содержит ковш 1 с расравленным металлом, выпускное отверстие оторого снабжено вентильным механизом 2. При этом управление вентильым механизмом 2 осуществляется гидрориводом 3 затвора. Механизм 4 подачи

«егирующих присадок подключен к электрориводу 5 дозатора. Входы индикатора 6 скоости разлива и блока 7 функциональых алгоритмов объединены. Первый и торой выходы блока 7 функциональных алоритмов подключены соответственно к входу

1 правления электроприводом 5 дозатора и входу гидропривода 3 затвора. Выход блока 8 измерения резонансной част ты, состоящего из переменного сопротивления и двух емкостей, подключен через усилитель 9 к компаратору 10. Генератор 11 частоты отсчетов через формирователь 12 подключен к входу перестраиваемого высокочастотного генера,тора 13, выход которого подключен к облуча телю 14, эквивалентная схема которого пред ставляет последовательно соединенные индуктивное и активное сопротивление, и входу

,блока 8 измерения резонансной частоты, при чем диаграмма направленности облучателя

14 совмещена с внутренней полостью литейной формы 15. Первый и второй входы блока 16 пересчета объема подключены со- 40 ответственно к выходу формирователя 12 и выходу компаратора 10.

Блок 16 пересчета об.ьема включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, генератор 18 тактовых импульсов, регистр 19 памяти, дешифратор 20 и схему 21 И. Струк- 45 тура измерительного моста дана на фиг. 2.

В качестве соответствующих диагональных элементов могут быть использованы стандартные пассивные компоненты РЭА (резисторы, катушки индуктивности, переменные сопротивления и конденсаторы). Генератор 11 целесообразно исполнить на микросхемах (ОУ) в режиме масштабного усиления, например, серий К140, К153, К544 и т.п. Такой функциональный элемент как компаратор 10 следует реализовать на отечественных микросхемах — компараторах типа 521СА1, 2, 3.

В качестве генератора 11 частоты отсчетов можно использовать как МОП цифровые микросхемы, так и специализированные мультивибраторы серий К218, К219 и К174. Формирователь 12 по физическим свойствам выходного сигнала является генератором линейного напряжения. Таким образом, целесообразно использование ОУ с соответствующей емкостной обратной связью, например, серий К140, К153, К544. Структурная схема блока 16 пересчета дана на фиг. 3, которая включает в себя стандартные логические элементы микросхем, например, серии

К!55, К133, К176, К134. Перестраиваемый высокочастотный генератор 13 включает в себя активный полупроводниковый элемент и варикапы управления параметрами LC-контура. В качестве мощного ВЧ транзистора целесообразно использовать транзисторы типа КТ904, а варикапов управления — Д901, Д902 или подобные им по электрическим параметрам. Наиболее обоснованный выбор, соответствующий элементной базе устройства управления скоростью разливки металла при экономном легировании, возможен только на основе конкретных данных о входных параметрах управления, например гидроприводом затвора и электроприводом дозатора легирующих присадок, (управляющие сигналы в цифровой или аналоговой форме, разрядность или динамический диапазон напряжения, скорость обмена, постоянная времени запаздывания на реакцию механической системы и т.п.).

Устройство управления скоростью разливки металла работает следующим образом.

В блок 7 функциональных алгоритмов вводится программа, соответствующая выбранному режиму плавки, т.е. отвечающая на вопросы о том, какое количество легирующих присадок должно быть подано в струю расплавленного металла, поступающего из ковша 1 в литниковую воронку, и сколько металла должно поступать в литейную форму 15 за единицу времени. Указанная информация численно формируется априорно исходя из конкретных выходных параметров механизма подачи легирующих присадок с управляемым электроприводом 5 и соответствующего вентильного механизма 2 с гидроприводом 3. Таким образом, в блоке 7 функциональных алгоритмов вводятся по каждому из двух управляющих выходов масштабные коэффициенгь«К.«и К, в соответствии с которыми образуются управляющие напряжения

1-!улр « = Кн «Uy p (тралл. ); (!« ар2 = Keg. 1 !рпр. (Ъ раза ), Программирование блока функциональных алгоритмов (задание коэффициентов

К. «и Кмр) необходимо проводить лишь при смене технологического процесса, например, при изменении марки стали.

Таким образом, в исходном состоянии управляющие напряжения U>«p«и Uv.pz на выходах блока 7 функциональных алгоритмов обеспечивают начало разливки металла в

1405960

h формы. С помощью облучателя 14 внутренняя полость литейной формы 15 облучается высокочастотными электромагнитными колебаниями. Причем частота этих колебаний изменяется во времени 11=11(t) в диапазоне

Дf = f макс — f Оиии, Анализ физических и геометрических свойств используемых литейных форм позволяет с большой достоверностью с точки зрения радиотехники представлять такие изделия как специфические объемные резонаторы. Литейная форма представляет собой конструкцию высокой строительной точности; наружная облицовка является металлической и дает незначительное затухание для электромагнитных волн метрового и дециметрового диапазонов; внутренняя поверхность футерована обезвоженными огнеупорными материалами, имеющими в силу этого низкие значения потерь; донная часть рассматриваемой литейной формы в процессе разливки образуется поверхностью расплава металла и характеризуется минимальными значениями неровности и затухания радиоволн на поверхности. Таким образом, достаточно поставить во взаимооднозначное соответствие объем внутренней полости V литейной формы и скорость его изменения U, = dv/dt с какой-либо частотой максимального электрического отклика такого резонатора, как можно реализовать измерение искомой скорости разлива металла раалиа.. Зная площадь сечения S литейнои формы в зависимости от ее высоты h;, можно записать

,и

V = f S;(h) dh.

Объем внутреннеи полости V литейной формы 15 связан со значением резонансной частоты 1р, через переходную функцию Fc (4, 11), где д — обобщенный коэффициент формы внутренней полости литейной формы, h — высота (от «зеркала» металла до верхнего среза) незаполненной части литейной формы. Таким образом, легко осуществим однозначный переход (как в общем виде, так и в виде ряда чисел) из области резонансных частот f ; - h к количеству вливаемого в форму металла в единицу времени m. Указанный алгоритм обработки аппаратурно осуществляется следующим образом. Генератор 11 частоты отсчетов формирует на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов со скважностью Q = 2 и частотой Q, которая связана с заданной точностью отсчета и минимальной ожидаемой эквивалентной добротностью Qа, т.е. минимально необходимое число отсчетов и скорости V; на высоте

h; равно

h; и= —

"о

С другой стороны, максимальное число отсчетов и,„(Q- = - — . Следовательно, численное значение выбирается исходя из соотношения о

ho

Формирователь 12 под действием выходной последовательности импульсов генератора частоты отсчетов создает на своем выходе линейно изменяющееся напряжение с периодом Та = 1/Q и диапазоном изменения

6Usy

UBHX = U0+ I1dt.

С

1-о иХе

50 где Ка, 1, С вЂ” внутренние параметры резонатора; и — степень связи (форма, размер и положение зонда) .

Таким образом, в момент времени, когда выполняется условие резонанса, на выходе блока 8 измерения резонансной час55

20 В состав перестраиваемого высокочастотного генератора 13 входит цепь управления частотой на управляемых емкостях (варикапах). Управляющее напряжение U.. формирователя 12 вызывает перестройку частоты генератора 13 при нормированной амплитуде колебаний. В результате входное сопротивление Х.. возбудителя 14 является уже функцией не только значений объема незаполненной части литейной формы 15, но и частоты надводных ВЧ-колебаний. Таким образом,за период полного цикла Та перестройки частоты ВЧ-генератор 13 величина Хаи один раз обязательно становится чисто активной величиной, т.е. наблюдается резонансный отклик. Численные значения максимального и

З5 минимального значений выходной частоты

ВЧ-генератора 13, а также диапазон перестройки определяются априорно исходя исключительно из геометрических размеров используемых литейных форм. Так, для литейной формы квадратного или прямоугольного сечения для работы на основной волне типа Hip размеры внутренней полости связаны с резонансной частотой отклика f„. следующим соотношением:

Rn и-

1405960 тоты образуется сигнал балансировки, который усиливается в усилителе 9 до уровня, необходимого для уверенной работы компаратора 10, в результате этого на выходе компаратора 10 формируется двухуровневый сигнал, который поступает на вход блока 16 пересчета объема, где формируется в цифровом виде информация, описывающая значение объема в каждый из моментов разрешающего сигнала компаратора 10. Информация о численном значении текущего объема металла V; в литейной форме выводится ыа индикатор 6 скорости разлива, где она представляется оператору в соответствующем конкретном виде, а также поступает в блок 7 функциональных алгоритмов, где осуществляется трансформация выходного сигнала в соответствии с априорно введенными масштабными коэффициентами. Как уже указывалось выше, численные значения масштабных коэффициентов Км1к определяются требованиями к входным управляющим сигналам соответственно электропривода 5 дозатора легирующих присадок и гидропривода 3 вентильного механизма. Необходимое согласование входных сопротивлений и усиление данных управляющих сигналов по мощности производится в блоке 7 функциональных алгоритмов. Структура блока 16 пересчета объема и алгоритм его функционирования хорошо виден из анализа (фиг. 3). Здесь в блоке 17 АЦП осуществляется представление в цифровом виде значения управляющего напряжения, существующего на выходе формирования 12. В момент выдачи единичного импульса с выхода компаратора 10 (резонансный отклик литейной формы) происходит измерение этого напряжения. Так как априорно каждому значению управляющего напряжения соответствует строго детерминированное значение частоты перестраиваемого ВЧ-генератора 13 (a следовательно, и единственный отклик объемного резонатора — литейной формы), то значение указанного напряжения (представленного в данном случае в цифровом виде — параллельный двоичный код) соответствует измеряемой величине — текущему значению массы металла в форме.

Технико-экономические преимушества устройства управления скоростью разливки металла заключается в увеличении помехозащищенности канала измерения скорости подачи металла в литейную форму в условиях вибрационных и иных колебательных воздействий на элементы конструкции как собственно измерителя, так и вследствие деформации поверхности «зеркала» расплава.

В предлагаемом устройстве единственным каналом возникновения ошибок измерения является разброс размеров литейной формы.

Так как получаемые слитки используются в дальнейшем технологическом процессе, связанным с их прокатом на станах, допускаемый разброс в геометрических размерах не превышает 1Я, что фактически и определяет достижимую точность измерения. Кроме того, отсчеты текущего значения скорости разливки металла в литейные формы не связа5 ны с протяженностью литеиного участка характеристики фазового детектора (и длиной волны зондирующего сигнала), а выбираются в соответствии с задаваемой точностью измерения, что позволяет осуществлять работу устройства без «прогноза» значений скорости в интервалах времени между отсчетами.

Таким образом, увеличение точности измерения скорости разливки металла в форму в устройстве достигается за счет использования алгоритма измерения, позволяющего фиксировать истинное, абсолютное значение текущего объема заполнения литейной формы, что ведет не к накоплению ошиб20 ки измерения в каждом новом цикле регистрации, а к снижению дисперсии погрешности, что особенно важно в условиях вибрационных воздействий, неизбежно сопровождающих реальное линейное производство.

Формула изобретения

Устройство управления скоростью разливки металла, содержащее облучатель, усилитель, компаратор, перестраиваемый высокочастотный генератор, соединенный с облучателем индикатор скорости разливки и блок функциональных алгоритмов, первый выход которого подсоединен к входу управления электропривода дозатора, а

35 второй выход через гидропривод затвора— к вентильному механизму ковша с металлом, при этом -входы индикатора скорости и блока функциональных алгоритмов объединены облучатель установлен над литейной формой, а усилитель и компаратор соединен

4О последовательно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дозирования и экономии легируюших добавок за счет повышения точности измерения скорости разливки металла, оно снабжено генератором час45 тоты отсчетов, формирователем, блоком пересчета объема и блоком измерения резонансной частоты, выход которого подсоединен к усилителю, генератор частоты отсчетов, формирователь и перестраиваемый высокочастотный генератор соединены последовательно, первый вход блока пересчета объема подсоединен к выходу формирователя, второй вход — к выходу компаратора, а выход посоединен к входу блока функциональных алгоритмов, причем вход блока измерения резонансной частоты и вы55 ход перестраиваемого высокочастотного генератора объединены, а облучатель выполнен в виде широкополосного возбудителя колебаний.

1405960 сне 2

Составитель А. Абросимов

Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 3140/13 Тираж 740 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д, 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4