способ измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке, включающий генерирование ультразвуковых колебаний искательной головкой и измерение той же головкой параметров отраженного сигнала, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества непрерывнолитых слитков за счет повышения точности определения положения уровня металла в кристаллизаторе, вдоль поверхности рабочей стенки кристаллизатора посылают импульсы поверхностной ультразвуковой волны и по величине времени прихода отраженных сигналов ультразвуковой волны определяют положение уровня металла в кристаллизаторе.

2. Устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке, содержащее блок индикации, искательную головку, вход которой соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества непрерывнолитых слитков путем повышения точности определения положения уровня металла в кристаллизаторе, оно дополнительно содержит блок измерения временных интервалов, первый вход которого соединен с генератором ультразвуковых колебаний, а второй вход - с искательной головкой, а выход блока временных интервалов соединен с блоком индикации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов.

Известен способ измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке, включающий генерирование ультразвуковых колебаний искательной головкой и измерение той же головкой параметров отраженного сигнала [1].

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является низкая точность измерения положения уровня металла в кристаллизаторе.

Технический эффект от применения изобретения заключается в улучшении качестве непрерывнолитых слитков за счет повышения точности определения положения уровня металла в кристаллизаторе.

Это достигается тем, что генерируют ультразвуковые колебания искательной головкой и измеряют той же головкой параметры отраженного сигнала.

При этом вдоль поверхности рабочей стенки кристаллизатора посылают импульсы поверхностной ультразвуковой волны и по величине времени прихода отраженных сигналов ультразвуковой волны определяют положение уровня металла в кристаллизаторе.

Устройство для осуществления способа измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке содержит блок индикации, искательную головку, вход которой соединен с выходом генератора.

Устройство дополнительно содержит блок измерения временных интервалов, первый выход которого соединен с генератором ультразвуковых колебаний, а второй выход - с искательной головкой, а выход блока временных интервалов соединен с блоком индикации.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков происходит благодаря устранению на поверхности слитков заливин, поясов, заворотов, ужимин и скоплений неметаллических включений из-за повышенной точности измерения уровня металла в кристаллизаторе и обеспечения постоянства его положения.

Устройство для осуществления способа измерения уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке включает кристаллизатор 1, разливочный стакан 2, слой 3 шлаковой смеси, жидкий металл 4, слиток 5, искательную головку 6, генератор 7, блок 8 измерения временных сигналов, блок 9 индикации ( - угол наклона призмы искательной головки; А, В, С, D, Е - точки пути распространения поверхностной волны).

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

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки металлов в кристаллизатор 1 подают сталь 4 марки 3сп из промежуточного ковша через разливочный стакан 2 под уровень металла, на который подают слой 3 шлаковой смеси на основе СаО-SiO₂-Al₂O₃. Из кристаллизатора 1 вытягивают слиток 5 сечением 250х1600 мм² со скоростью 1,0 м/мин. Расход металла из промежуточного ковша через разливочный стакан 2 регулируют при помощи шиберного затвора в зависимости от скорости вытягивания слитка.

В процессе непрерывной разливки медная рабочая стенка кристаллизатора 1 контактирует с жидким металлом 4 в точке Е. Жидкая составляющая 3 шлаковой смеси контактирует с указанной стенкой в точке D. Искательная головка 6 неподвижно смонтирована на внешней поверхности рабочей стенки кристаллизатора 1.

В момент времени _o генератор 7 ультразвуковых колебаний вырабатывает короткий электрический импульс амплитудой 200 В с частотой заполнения 1,5 МГц, который поступает на вход искательной головки 6. Искательная головка 6 возбуждает в стенке кристаллизатора 1 поверхностную ультразвуковую волну, которая распространяется по поверхности стенки по пути А-В-С-D-Е.

На блок 8 измерения временных интервалов будут приходить четыре последовательных сигналов различной интенсивности соответственно от точек В, С, D, Е. При этом сигналы от точек В и С будут постоянными по времени, а сигналы от точек D и Е будут переменными по времени в соответствии с изменением положения уровней жидкого металла 4 и слоя 3 шлаковой смеси. В точке D в месте нахождения жидкой составляющей слоя 3 шлаковой смеси происходит изменение условий распространения поверхностной ультразвуковой волны. Часть энергии этой волны переизлучается в жидкий шлак в виде объемной волны. Другая часть энергии в виде поверхностной волны отражается в обратном направлении в сторону искательной головки 6 и достигает последней в момент ₁. Оставшаяся часть энергии поверхностной волны распространяется в направлении точки Е.

В точке Е на границе с жидким металлом 4 вновь происходит изменение условий распространения поверхностной волны, что вызывает появление отраженной поверхностной волны, которая проходит путь Е-D-С-В-А и принимается искательной головкой 6. Искательная головка 6 преобразует отраженную поверхностную волну в электрический импульс, который в момент ₂ поступает на вход блока 8 измерения временных интервалов. Блок 8 измеряет время между моментами времени _o и ₁ и ₂ и вычисляет длину пути L, пройденного поверхностной волной от точки А до точки Е и обратно в соответствии с выражением: L = 2 V_кр , где V_кр - скорость распространения поверхностной волны в материале рабочей стенки кристаллизатора (для меди V_кр = 2100 м/с).

Таким образом расстояние точки А искательной головки 6 до уровня жидкого металла (точка Е) или до уровня жидкой составляющей шлаковой смеси (точка D) составляет величину, равную L/2. Блок 8 измерения временных интервалов вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный или L/2, который поступает на вход блока 9 индикации.

Искательную головку 6 выполняют, например, из резины в виде клинового электроакустического преобразователя с углом наклона призмы , который рассчитывается по зависимости:

= arcsin V_пр/V_кр, где V_пр - скорость распространения поверхностной волны в материале призмы (для резины V_пр = 1500 м/с).

Контакт такой призмы со стенкой кристаллизатора может быть осуществлен посредством, например, клеевого соединения.

В нашем примере

= arcsin 1500/2100 = arcsin 0,714 = =45^о.

Расстояние АВ = 300 мм; ВС = 80 мм; ₁= 0,00024 с; ₂ = 0,00030 с.

При таких параметрах

L₁ = 2.2100.0,00024 = 1,008 м; L₁/2 = =0,504 м;

L₂ = 2.2100.0,00030 = 1,26 м; L₂/2 = 0,513 м. Расстояние уровня металла от верхнего торца кристаллизатора составляет

l_CE = L₂ - l_AB - l_BC = 0,513 - 0,3 - 0,08 = =0,133 м. Расстояние жидкой прослойки шлакового слоя от верхнего торца кристаллизатора составляет

l_CD = L₁ - l_AB - l_BC = 0,504 - 0,3 - 0,08 = =0,124 м.

Толщина слоя жидкой составляющей шлакового слоя составляет

l_CE - l_CD = 0,133 - 0,124 = 0,009 м.

Использование эффекта распространения поверхностных ультразвуковых волн, имеющих свойства распространяться вдоль свободной поверхности твердых тел, огибать искривления поверхности твердых тел, отражаться от неоднородностей на этой поверхности, позволяет достигнуть точности измерения уровня положения жидкого металла в кристаллизаторе до значений 0,5...1,0 мм. При этом появляется возможность одновременного измерения толщины жидкой прослойки шлакового слоя, что позволяет регулировать расход шлаковых смесей в кристаллизатор. Кроме того имеется возможность определения величины перемещения кристаллизатора в процессе его возвратно-поступательного движения.

В общем случае искательная головка 6 может быть установлена на поверхности рабочих стенок кристаллизатора 1 со стороны жидкого металла или на верхних торцах рабочих стенок.

Применение изобретения позволяет повысить точность регулирования расхода металла в кристаллизатор из промежуточного ковша, что обеспечивает постоянство положения уровня металла в кристаллизаторе и снижение брака слитков по качеству поверхности.