Устройство для разливки металла в литейные формы

 

Изобретение относится к устройствам управления разливкой металла из ковша в литейные формы и может быть использовано при экономном легировании сплавов путем подачи легирующих компонентов непосредственно в струю расплавленного металла, когда требования к количественному составу компонентов и скорости подачи металла особенно велики, так как определяют качество продукции. Цель изобретения - увеличение стабильности технологического процесса разливки металла в литейные формы, экономия легирующих материалов путем повышения точности измерения массы разливаемого металла. При совмещении диаграммы направленности приемопередающей антенны 8 с одной из литейных форм в соответствии с установленной в блоке 15 программой разливки формируется сигнал начала разливки, который поступает на индикатор 17 скорости разливки и на вход блока 16 функциональных алгоритмов, вырабатывающего сигналы управления гидропривода 3 и электропривода 5 дозатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ())g В 22 D 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C\ (21) 43388?8/31-02 (22) 08,12.87 (46) 07 11 оО Бюл. !! 41 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В,М. Павликов, С.Ф. Яковлев, Л.С. Панич, А.С, Рязанов, С.И. Смольский и В.Ф. Соболев (53) 621.746.3(088,8) (56) Патент США !! - 40!9562, кл, В 22 D 37/ОО, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

В ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМ!! (57) Изобретение относится к устройствам управления разливкой металла из ковша в литейные формы и может быть использовано при экономном легирова— нии сплавов путем подачи легирующих компонентов непосредственно в струю расплавленного металла, когда требо2 вания к количественному составу компонентов « скорости подачи металла особенно велики, так как определяют качество продукции. Цель изобретенияувеличение стабильности технологического процесса разливки металла в литейные формы, экономия легирующих материалов путем повышения точности измерения массы разливаемого металла.

При совмещении диаграммы направленности приемно-передающей антенны 8 с одной из литейных форм в соответствии с установленной в блоке 15 программой разливки формируется сигнал начала разливки, который поступает на индикатор !7 скорости разливки « на вход блока 16 функциональных алгоритмов, вырабатывающего сигналы управления гидропривода 3 и электропривода дозатора 5. 1 з.п. ф .лы, 2 ил

1604498 т

Изобретение относится к устройствам для управления разливкой жидкого металла из ковша в литейные формы, Целью изобретения является увели5 чение стабильности технологического процесса разливки металла в литейные формы, экономия легирующих материалов путем повышения точности измерения массы разливаемого металла. 10

На фиг.1 показана схема устройства для разливки металла в литейные формы; на фиг.2 — временные диаграммы работы блока измерения скорости раз,ливки.

Устройство содержит ковш 1 с расплавленным металлом, выпускное отверстие которого снабжено вентильным механизмом 2, привод которого обеспечивается гидроприводом 3 вентиль- 20 ного механизма. Дозатор 4 легирующих присадок расположен в непосредственной близости к ковшу 1 с расплавленным металлом и сочленен с электроприводом дозатора 5. Литейные формы 6 че-25 реэ элементы литниковой воронки 7 образуют систему сообщающихся сосудов.

Диаграмма направленности приемно-передающей антенны 8 совмещена с нормалью к поверхности зеркала расплава в одной литейной форме 6. Трехплечевой циркулятор 9, фазовый детектор

10, фильтр 11 подавления частоты ком мутации, полосовой у< .илитель 12, двухуровневый компаратор 13, блок 14 измерения скорости разливки, блок 15

35 масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы и блок 16 функциональных алгоритмов соединены последовательно. Первый и второй входы инди- 40 катора 17 скорости разливки подключены соответственно к выходу блока 15 масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы и второму выходу блока 18 формирования импульсов управления, третий выход которого подключен к последовательно соединенным модулятору 19 и блоку 20 генератора

СВЧ-мощности. Выход блока 20 генератора СВЧ-мощности подключен к первому плечу трехплечевого циркулятора 9.

Второй выход модулятора 19 подключен к входу управления фильтра 11 подавления частоты коммутации. Вход блока .

18 формирования импульсов управления объединен с входом блока 14 измере55 ния скорости разливки, а первый выход цодключен к входу управления блока 14 измерения скорости разливки. Первый и второй выходы блока 16 функциональных алгоритмов подключены к входам управления электропривода дозатора 5 и гидропривода 3 вентильного механизма соответственно, Блок 14 измерения скорости разливки содержит последовательно соединенные генератор 21 тактовых импульсов, первый ключ 22, счетчик 23, цифроаналоговый преобразователь 24, второй ключ 25, первый интегратор 26, компаратор 27, четвертый ключ 28, второй интегратор 29 и шестой ключ 30. Выход блока 31 синхронизации подключен к входам управления первого ключа 22, второго ключа 25, третьего ключа 32, пятого ключа ЗЗ и шестого ключа 30.

Причем выходы третьего 32 и пятого

33 ключей подключены соответственно к входам управления первого 26 и второго 29 интеграторов. Вход блока 31 синхронизации, управляющий вход четвертога ключа 28 и выход шестого ключа 30 являются соответственно входом блока 14 измерения скорости разливки, его входом управления и выходом.

В качестве приемно-передающей антенны 8 можно использовать рупорные антенны (конические, пирамидальные), линейные размеры которых определяются исходя из реальных габаритов используемого литейного оборудования. При размере освещаемой поверхности расплава ahab расстоянии между антенной и зеркалом расплава 1 габариты рупорной антенны А, B u L могут быть определены иэ соотношения a/1=.25/(А+В), где — длина волны электромагнитного излучения. При использовании 3 см диапазона длины волн зондирующего сигнала в качестве трехплечевого циркулятора 9 целесообразно использовать изделие типа ЗЦВ-101. В качестве фазового детектора может работать практически любая детекторная секция соот" ветствующего диапазона например, дпя Q =3«10 м с диодом типа Д403, -2

Д405). В качестве источников СВЧ-мощ..ости следует применять твердотельные генераторы на полупроводниковых диодах Ганна, например, типа АА703, А722, АА726 и т.п. Фильтр 11 подавления частоты коммутации, полосовой усилитель 12, двухуровневый компаратор 13 реализуются на линейных интегральных микросхемах распространенных серий, например К140 К153

8 сов управления на вход модулятора 19 поступает импульсная последовательность с частотой f „ »fg „,(где

f 2U /ф; Ч вЂ” максимальное о„, „, „кс значение скорости подъема уровня металла в литейных формах), при этом модулятор 19 на своем первом выходе создает импульсный управляющий сигнал, который обеспечивает работу блока 20 генератора СВЧ-мощности в двухчастотном режиме, т.е. на выходе блока генератора СВЧ-мощности создается последовательность радиоимпульсов с частотами заполнения fð, и f при скважности каждой из парциальных составляющих Я 2. Этот СВЧ зондирующий сигнал поступает далее на первый вход трехплечевого циркулятора, где осуществляется развязка (разделение излученного и отраженного зеркалом расплава сигналов). Рассмотрим формирование инйормативной части отраженного сигнала при использовании указанного режима последовательного излучения

f и К. при условии, что (. f((+fppzz 02 <ра . 100 10 ;

Af срд

Л f=(foz -fo I) °

Как известно, отраженный сигнал является результатом интерференции элементарных рассеивающих площадок, как образующих поверхность расплава, так и вертикальных стенок. литейной формы. По мере изменения уровня металла (т.е. условий образов ния эхо4р сигналов ) изменяются условия отраже" ния от элементарных рассеивателей (фаза, амплитуда), а также их число (вследствие, например, эффекта затенения), В результате указанная деформация фазовой структуры эхосигнала приводит к тому, что на выходе преобразующего исходный спектр элемента — фазового детектора IO создаются условия для возникновения ложных пеpexopoB HbIxopHoro U»,> напряжения через нуль (чаще, чем следует из темпа поступления дискретов изменения реальной высоты уровня металла в форме,) либо для пропуска единичного сигнала. В том и,другом случаях про" исходит неконтролируемое накопление ошибки измерения, снижающее в конечном итоге точность измерения и достижимую стабильность технологическоS 160449 6

К548 и т.п. В качестве цифровой элементной базы, включающей счетчики, логику, регистры и ключи, могут использоваться серии типа К176 и аналоговые ключи типа К190.

Устройство для разливки металла в литейные формы работает следующим образом.

При совмещении диаграммы направленности приемно-передающей антенны 8 с открытым отверстием одной из связанных в группу литейных форм 6 в блок 15 масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы вводится 15 внешняя команда начала процесса. В соответствии с предварительно установленной в блоке 15 программой разливки (учитывающей количество подключенных литейных форм, их геомет.Рическую форму и требуемое по технологическим условиям время разливки, весовое количество легирующих присадок и их распределение по высоте отливки), на выходе блока 15 масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы формируется сигнал начала

S процесса разливки, который поступает на индикатор 17 скорости разливки, обеспечивая индикацию начала процес- 30 са, и на вход блока функциональных

1 алгоритмов, где производится формирование управляющих напряжений, регулирующих работу гидропривода 3 нентильного (например, шиберного,1 механизма и производительность электропривода дозатора 5. Таким образом, в результате исходной команды производится открытие вентильного механизма 2 и расплавленный металл начинает поступать через сообщающиеся литники в литейные формы 6 единой геометрии.

Начальный период времени — время установки процесса (Т „д ) сопровождается появлением на поверхности расплава

-в формах волнения и фонтанирования, Такой процесс в известной мере неконтролируем и на.его продолжительность измерительная система остается выключенной (практически Т с составляет единицы секунд: Т„с„ц 10 с, и исключает из управляемого технологического процесса менее 0,5 конечной массы отливок), Спустя T „,„ц блок 18 формирования импульсов управления на своих выходах создает управляющие сигналы, разрешающие работу устройства в основном режиме. С третьего выхода блока 18 формирования импуль1604498 го процесса. Выполнение условия и п »й, „ позволяет пренебречь коммутациойрымй и переходными помеховыми составляющими в снектре полезного сигнала (c учетом подавляющих свойств фильтра 11 подавления частоты коммутации) и рассматривать работу данного фрагмента устройства в квазистатическом состоянии. Так как расстояние между приемно-передающей антенной 8 и максимально удаленным зеркалом расплава в литейной форме 6 невелико, so всяком случае никогда не превышает единиц метров, то изменение текущей высоты расплава (освещенной поверхности) приводит к существенному изменению соответствующих углов падения и отражения электромагнитных волн по мере заполнения формы. 20

Пусть вследствие движения зеркала расплава в литейной форме со скоростью 7„ напряжение, описывающее эхосигнал, запишется

U(c)((+ш$(й))Аосов(я й+(т ), где 0<ш<1;

А — амплитуда спектральной сосо тавляющей на частоте несущей; 30

M0

2нй - угловая частота; о

Я()- начальная фаза несущей.

При 7 4 0 и7„=сапе, S(t)=cosset, Наличие интерференции приводит к тому, что даже в условиях, когда центральная частота эхасигнала и частота гетерадина (частота зондирующего сигнала) совпадают, появляется про. извольный фазовый сдвигф, не связан- 40 ный с изменением высоты расплава в форме, т.е. можно записать следующим образом:

Up 8 (С) А созЯ, ;

U A1.cos(g,t+!н,), 45

В фазовом детекторе осуществляется операция перемножения этих сигналов

Up Up S (t)A(A>cosy,й соз (Яоt+Ê)

Б (Й ) . (co s I+co s (2 Яр t+ g ) J

Таким образом, отфильтрованная информативная часть сигнала оказывается пропорциональной косинусу разности фаз напряжений сигнала и гетеI родина.

В соответствии с временными диаграммами, приведенными на фиг.2, блок 14 измерения скорости разливки работает следующим образом. На выходе двухуровневого компаратора 13 формируется сигнал (фиг.2, график а). с периодичностью перехода через О, соответствующей интервалу смещения высоты расплава п + и /8. Каждым из положительных фронтов такого сигнала (например, t ) запускается ждущий мульти- . вибратор, вырабатывающий короткий импуль с 0 т 4 t например поря дк а

1-5 м/с чта многб меньше периода входного сигнала блока 14 (Т екоА = о-й ь0,5 с). Эти импульсы выполняют функцйи управляющих сигналов для ключей 22, 25, 32, 33 и 30. B частности, ключ 22 прерывает подачу тактовых импульсов с генератора 21 тактовых импульсов на вход счетчика 23 (фиг.2, график о), представляющего собой цепочку последовательно включенных триггеров в счетном режиме. К соответствующим разрядным выходам счетчика 23 подключены входы цифроаналога" вага преобразователя 24, выходной сигнал которого представлен графиком г (фиг.2). Таким образам, в моменты времени, соответствующие сигналам на выходе преобразователя 24, получаем напряжение Бн),(к„ен, равное

T. Ю

U()! i)(„= У = T )

Ттен,та кт.имп Ттен.такт.)(мп где T=t -т.. — период входного сигна2 -0 ла;

Т вЂ” период импульсной па ген.такт, ик(п следовательности, формируемой с помощью генератора 21; — дискрет квантования аналогового сигнала в преобразователе 24.

При отпирании ключа 25 выходное напряжение 11нн!)((t+} интегрируется иск интегратором в саатяетствии с выражением

C ""4 К(С," "цйп КСТ где R и С вЂ” постоянные йнтегриро! 1 вания, Далее полученное напряжение U т)ык1 подается на вход кампаратара 27, где путем сравнения с предварительно. ввеДенным порогом фикс.(руется момент достижения их равенства (фиг,2, график е). При этом-длительность полученного импульса

1604498

1О

Uo«К C

"вы«У1 . Т

-.- --- <

=const имеем длительность ов > =k —, вьэ т. е. обратно пропорциональную скорости подъема металла в форме.

Преобразование к аналоговому виду

/<.

<, в осуществляется следующим образом! О

Через ключ 28 осуществляется интегрирование интегратором 29 в течение времени . s<

1Ь а 0 оf По<<в Rq C< Тгв«так<.«м<<1

" "" =, Р.,С, R С,Ди

С помощью ключа 30 напряжение с выхода второго интегратора Г<<ы« передается на интервал времени (<. -14) на соответствующий элемент m памяти (например, конденсатор), где и хранится в виде постоянного напряжения до прихода следующего синхроимпульса, осуществляющего перезапись информации. Ключи 32 и 33 выполняют. функции обнуления потенциала на соответствующих элементах интеграторов в пределах каждого из периодов измерения. Это достигается использованием задних фронтов синхроимпульсов. !

В задачу блока 18 формирования импульсов управления входит обеспечение соответствующих временных сдвигов между выходными импульсными сигналами на основе сигнальной поспедова35 тельности, поступающей с выхода двухуровневого компаратора, а именно: первый выход обеспечивает своевременное включение аналогового ключа 28 в составе блока 14 измерения скорости 40 разливки, второй выход дает разрешение на перезапись показаний в индикаторе

17 скорости разливки (в соответствии с темпом поступления информации о перемещении контрольного уровня рас- 45 плава на величину дискрета высоть< металла в изложнице g h+%/8), третий выход обеспечивает разрешающий сигнал для работы модулятора 19 (здесь обеспечивается начальная задержка процесса-О измерения в двухчастотном режиме h< на время неконтролируемого волнения и фонтанирования металла в первые секунды процесса разливки, Напряже" ние с выхода блока 14 измерения ско- . рости разливки поступает на вход блока 15 масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы, где на основании конкретных геометрических размеров используемых литейных форм осуществляется трансформация сигнала с, тем, чтобы выходной сигнал блока 15 масштабных.коэффициентов пересчета формы изложницы соответствовал не темпу изменения высоты расплава в форме, а количеству вводимой массы распла<ва. Блок 15 может быть выполнен, например, в виде управляемого делителя напряжения.

Технико-экономические преимущества устройства для разливки металла в литейные формы при экономном легировании заключаются в увеличении стабильности технологического процесса разливки металла в литейные формы при .экономном легировании непосредственно в струю расплава. При известных сгособах управления технологическим процессом велики погрешности в измерении текущей высоты зеркала в форме эа счет неизбежных диффракционных пропаданий информативной части эхосигнала, а также отсутствия соответствующей коррекции информации на реальную форму изложниц (например, конусность). Кроме того, ограниченное число отсчетов в единицу времени не позволяет реализовать оперативное (в едином масштабе времени ) управление исполнительными механизмами л<еталлургического комплекса, что существенно снижает стабильность процесса (точность. поддержания состава и свойств продукции, диапазон возможных комбинаций марок стали и т.п,). Введение двухчастотного режима измерения и соответствующей компенсации погрешностей, возникающих в связи с реальной формой изложниц позволяет не менее, чем на порядок, сйизить абсолютную величину средней ошибки измерения вводимой в изложницы массы металла, Таким образом, увеличение стабильности технологического процесса разливки металла в литейные формы достигается повышением точности измерения массы вводимого расплава и исключением провалов информационной части эхосигнала за счет дифракционных искажений поля внутри объема изложницы путем использования многочастотного режима зондирования и соответствующей обработки сигнала.

1604498

Формула изобретения

1. Устройство для разливки метал- ла в литейные формы преимущественно из ковша с вентильным механизмом и подачей присадок из доватора, содержащее электропривод дозатора, гидропривод вентильного механизма, инди" катор скорости разливки, блок функ" циональных алгоритмов, первый выход которого подсоединен к. входу электропривода дозатора, а второй выход че- . рез гидропривод — к вентильному механизму ковша, при этом входы индикатора скорости разливки и блока функциональных алгоритмов объединены, а также последовательно соединенные приемно-передающую антенну, трехплечевой циркулятор и фазовый детектор, последовательно соединенные полосовой усилитель и двухуровневый компаратор, блок генератора СВЧ"мощности, выход которого подсоединен к первому плечу трехплечевого циркулятора, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения стабильности технологического процесса разлива металла в литейные формы, экономии легирующих материалов за счет повышения точнос- ЗО ти измерения массы разливаемого металла, устройство дополнительно содержит фильтр подавления частоты коммутации, последовательно соединенные блок формирования импульсов управ.35 ления, блок измерения скорости разливки и блок масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы, модуля гор, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к входу блока„ генераторов СБЧ-мощности и входу фильтра подавления частоты коммутации, сигнальные входы блока измерения скорости и блока формирования импульсов управления объединены и подсоединены к выходу двухуровневого компаратора, выход блока масштабных коэффициентов пересчета формы изложницы подсоединен к входу блока функциональных алгоримов, при этом второй и третий выходы блока формирования импульсов управления подсоединены к входу управления индикатора режима разливки и входу модулятора, выход фильтра подавления частоты коммутации соединен с входом полосового усилителя, а вход — с выходом фазового детектора.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок измерения скорости разливки содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый ключ, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, второй ключ, первый интегратор, компаратор, четвертый ключ, второй интегратор и шестой ключ, выход которого является выходом блока измерения скорости разливки, блок синхрониза" гора, вход которого является входом блока измерения скорости разливки, а выход подсоединен к входам управления первого, второго, третьего, пятого и шестого ключей, выходы третьего и пятого ключей подсоединены к входам управления первого и второго интеграторов соответственно, причем вход управления четвертого ключа является входом управления блока измерения скорости разливки.

1604498

Составитель А. Абросимов

Техред Л.Сердюкова Корректор Р, Ципле

Тираж 622 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор О. 10рковецкая

Заказ 3417

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101