Устройство управления скоростью разливки металла

.Вс сОПИ 6 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3 С)СУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕСССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ)ени 51 скорОСги р)вг)ИВКИ )1 еталла. и)ест Во и:зб)етения здклОчдется в том, что в про)ЕССЕ НОИЛ Е)1 З .:Етд,)Л Ь ЛцтЕйНОй фОрЕ О )ир)иелясгся ско;)Ость по)Звена Яетлла с по- )ОИН)0 ) СТРОИС Вс), СОСТОЯЦЕГО ИВ ВЫСОКО - сс отн: о оол) и;)т).л 51 14, 0,)ок;з Ь и;(1 ег)еии)1 ,).(3).(с)3).:О с Зс)Ы, С)1,11 ТС ЛЯ , КО.11 Рс 1- тОП 1), ГЕНЕР; ГОРД1,)С ГОты ОтСЧЕтОВ, фОР- )с про 3)те.151 1 ), 31 срестрсз и вас.)ОГО езысокочдстотного генер;)тс)рд 1;), блока 16 1(ересс(е. т) О В е.)сз. В 3 д 1) и с и )Ос т)1 От В ег 1 и ч и н ы с 3 3 Г- наг и ис 1 1)ы)оце б,10 кд 16 1)лок ) ф н кцио)(ал ВНЫ.с 15)ГОРИТ)10 В ИВ)ЕН 51 ЕТ П 01 с)с М).ТЛГ)с) ИВ ко)и1 с ноои) в)0 В.Итил ы 10 0 )Е К 1 11 И В ) 3 2 11);) 3 Ч 1 ГЗ Е Г 1 Р 1 Ои 1.(1 Р И С 1- .10 К С ИО)301 ЦЬ)0 ЭЛЕКТРОПРИВО 3 О ЦО;(с)ТОР. ;) 31,1.,1 ля управления скоростью разливки металЛа из ковша в литейные формы и может4 ыть использовано при экономном легировации сплава путем подачи соответствующихкомпонентов в струю расплавленного метал.а.Цель изобретения - повышение точности; озирования и экономии легирующих доба ок за счет повышения точности измерениякорости разливки металла. 10На 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 отверстиеоторого снабжено вентильным механизом 2. При этом управление вентильым механизмом 2 осуществляется гидрориводом 3 затвора. Механизм 4 подачиегирующих присадок подключен к электрориводу 5 дозатора. Входы индикатора 6 скоости разлива и блока 7 функциональых алгоритмов объединены. Первый иторой выходы блока 7 функциональных алоритмов подключены соответственно к входу 25правления электроприводом 5 дозатора ивходу гидропривода 3 затвора. Выход блока 8измерения резонансной частоты, состоящего из переменного сопротивления и двух емкостей, подключен через усилитель 9 к компаратору 10. Генератор 11 частоты отсчетовчерез формирователь 12 подключен к входуперестраиваемого высокочастотного генера,тора 13, выход которого подключен к облучателю 14, эквивалентная схема которого пред(ставляет последовательно соединенные индуктивное и активное сопротивление, и входу,блока 8 измерения резонансной частоты, причем диаграмма направленности облучателя14 совмещена с внутренней полостью литейной формы 15. Первый и второй входыблока 16 пересчета объема подключены соответственно к выходу формирователя 12 ивыходу компаратора 10,Блок 16 пересчета обьема включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17,генератор 18 тактовых импульсов, регистр 19памяти, дешифратор 20 и схему 21 И, Структура измерительного моста дана на фиг, 2.В качестве соответствующих диагональныхэлементов могут быть использованы стандартные пассивные компоненты РЭА (резисторы, катушки индуктивности, переменные сопротивления и конденсаторы), Генератор 11целесообразно исполнить на микросхемах(ОУ) в режиме масштабного усиления, например, серий К 140, К 153, К 544 и т.п, Такойфункциональный элемент как компаратор 10следует реализовать на отечественных мик- уросхемах - компараторах типа 521 СА 1, 2, 3.В качестве генератора 11 частоты отсчетовможно использовать как МОП цифровые микросхемы, так и специализированные мультивибраторы серий К 218, К 219 и К 174. Формирователь 12 по физическим свойствам выходного сигнала является генератором линейного напряжения. Таким образом, целесообразно использование ОУ с соответствующей емкостной обратной связью, например, серий К 140, К 153, К 544. Структурная схема блока 16 пересчета дана на фиг. 3, которая включает в себя стандартные логические элементы микросхем, например, серии К 155, К 133, К 176, К 134, Перестраиваемый высокочастотный генератор 13 включает в себя активный полупроводниковый элемент и варикапы управления параметрами 1.С-контура. В качестве мощного ВЧ транзистора целесообразно использовать транзисторы типа КТ 904, а варикапов управления - Д 901, Д 902 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 доза- тора 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 гидро- приводом 3. Таким образом, в блоке 7 функциональных алгоритмов вводятся по каждому из двух управляющих выходов масштабные коэффициенты К.1 и К ., в соответствии с которыми образуются управляющие напряжения11 упр 1 = Кп ф 11 упр (Ъраап. );1 упр 2 = К 312 1 1 упр. (Ураза ),Программирование блока функциональных алгоритмов (задание коэффициентов Кп, и Кп,) необходимо проводить лишь при смене технологического процесса, например, при изменении марки стали.Таким образом, в исходном состоянии управляющие напряжения Ь р 1 и 1.)упр 2 на выходах блока 7 функциональных алгоритмов обеспечивают начало разливки металла в3формы. С помощью облучателя 14 внутрен. няя полость литейной формы 15 облучается высокочастотными электромагнитными колебаниями. Причем частота этих колебаний изменяется во времени 11=11(1) в диапазоне Д 1 =1 иакс - 1 дмин,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 Ч литейной формы и скорость его изменения 11, = дч/й с какой-либо частотой максимального электрического отклика такого резонатора, как можно реализовать измерение искомой скорости разлива металла Чразлив Зная площадь сечения 5; литейнои формы в зависимости от ее высоты Ь;, можно записатьч = д 8;(ь) дь.Объем внутреннеи полости Ч литейной формы 15 связан со значением резонансной частоты 1 р, через переходную функцию Рп (й, й), где д - обобщенный коэффициент формы внутренней полости литейной формы, Ь - 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 1 р, Ь к количеству вливаемого в форму металла в единицу времени т, Указанный алгоритм обработки аппаратурно осуществляется следующим образом. Генератор 11 частоты отсчетов формирует на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов со скважностью Я = 2 и частотой й; которая связана с заданной точностью отсчетаи минимальной ожидаемой эквивалентной добротностью Яэ, т.е. минимально необходимое число отсчетов и скорости Ч; на высоте Ь; равноС другой стороны, максимальное число отсчетов пад( Яэкв = - Ъ - . Следователь но, численное значение выбирается исходя изсоотношенияо И(Д -Формирователь 12 под действием выход ной последовательности импульсов генератора частоты отсчетов создает на своем выходе линейно изменяющееся напряжение с периодом Та = 1/Й и диапазоном изменения 61-1 вых = 1-1 вьщ насс - 11 зъе мин, например, на основе использования интегрирующей цепи в соответствии с выражением= 11 О +- - )1 с 11.С20 В состав перестраиваемого высокочастотного генератора 13 входит цепь управления частотой на управляемых емкостях (варикапах). Управляющее напряжение 11.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 5, но и частоты 30 надводных ВЧ-колебаний. Таким образом,запериод полного цикла Та перестройки частоты ВЧ-генератор 13 величина Х один раз обязательно становится чисто активной величиной, т.е. наблюдается резонансный отклик. Численные значения максимального и 35 минимального значений выходной частотыВЧ-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 Но размеры внутренней полости связаны с резонансной частотой отклика 1 следующим соотношением:К и 4550где Кэ, 1 э, С - 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 час 1405960тоты образуется сигнал балансировки, который усиливается в усилителе 9 до уровня, необходимого для уверенной работы компаратора 10, в результате этого на выходекомпаратора 10 формируется двухуровневыйсигнал, 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 Ч; 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 Кмк 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 (а 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 1 Я, что фактически и определяет достижимую точность измерения, Кроме того, отсчеты текущего значения скорости разливки металла в литейные формы не связаны 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 ошиб ки измерения в каждом новом циклерегистрации, а к снижению дисперсии погрешности, что особенно важно в условиях вибрационных воздействий, неизбежно сопровождающих реальное линейное производство.25Формула изобретенияУстройство управления скоростью разливки металла, содержащее облучатель, усилитель, комп аратор, 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 4 О последовательно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дозирования и экономии легируюших добавок за счет повышения точности измерения скорости разливки металла, оно снабжено генератором частоты 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 вы ход перестраиваемого высокочастотного генератора объединены, а облучатель выполнен в виде широкополосного возбудителя колебаний.1405960суиГ ГСоставитель 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 открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 415Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4