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

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (11) 94 В 221)11 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ПАТЕЙТУ ной разливк кристаллиэатор питания индукт ния индуктора сигнала, соеди ференциального торого соедине(ця) Айк Ян Питер Йг Ян ерге ния 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 квадрату ных сигналов и первым входом первого фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с пряьым (О ) выходом формирователя 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. 8) 19 7, ОМУСТ(ЕГО Устройство по пю щ е е с я тем, чдифференциального уом Деления введен д 2, о тли то между вх силителя и ополнительный ом о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТ 1(72) Джон Колин ЯрвудДерек Эдвард Тайлер иКнндпманн (11 Б)(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕСС НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА И РОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВАРИАНТЫ )(57) . Способ управления процессом непрерывной разливки металла путем формирования слитка с помощью электромагнитного поля индуктора, согласно которому измеряют напряжение на индукторе, о т л и ч аю щ и й 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 фазео одно относительно другого на 90 выделяют напряжениЕ индуктора, сдвинутое по фазе на 90 ; берутоотношение этого напряжения к току и в соответствии с этим отношением изменяют мощность иидуктора до совпадения отношения с заданной величиной.2Устройство для осуществления способа управления процессом непреметалла, содержащееиндуктор, источника, датчик напряжеэадатчик опорногонный с входом дифсилителя, выход кос источником пита 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 209022регулятором напряжения и регулятором частоты, причем выход датчиканапряжения через первый фильтр соединен с входом преобразователя частоты в напряжение и первым "входомизмерителя мощности, датчик токаиндуктора через второй фильтр соединен с вторым входом измерителямощности, выход датчика уровня через линейный преобразователь, выход преобразователя частоты в напряжение и выход измерителя мощностисоединен с входом аналого-цифровогопреобразователя, соединенного свычислителем, выходы которого черезцифроаналоговый преобразовательсоединены с входами регулятора напряжения и регулятора частоты, выходы которых соединены с источникомпитания индуктора.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, масштабиру. ющий блок 17, преобразователь 18частоты в напряжение,Устройство для осуществленияспособа ( вариант 2 фиг. 4) со 5 держит источник 3 питания, индуктор2, датчик 9 тока индуктора, датчик6 напряжения индуктора, фильтры 19и 20, преобразователь 21 частоты внапряжение, измеритель 22 мощности,1 О датчик 23 уровня расплавленного металла, линейный преобразователь 24,аналого-цифровой преобразователь 25,вычислитель 26, цифроаналоговый преобразователь 27, регулятор 28 на 15 пряжения, регулятор 29 частоты.Кроме того, технологическая установка (см. Фиг, 1) содержитворонку ЗО для заливки расплавленного металла 31 в кристаллиэатор,Ю;а также блок 32 вытягивания слитка,Устройство для осуществленияспособа (вариант 1) работает следующим образом (фиг, 2 и 3).Расплавленный металл 31 непре 25 рывно подается в кристаллизаторчерез воронку ЗО.Переменный ток источника 3 создает в индукторе 2 магнитное поле,которое взаимодействует с расплав 3(1 ленной верхней частью металла 31, 2090221=К(2 Р-й ),где 1, - индуктивность индуктора,Б - диаметр индуктора,Й, - воздушный зазор между индуктором и слитком,К - коэффициент, учитывающийконфигурацию системы, уровень расплавленного металла,уровень границы эатвердевания, взятые по отношению киндуктору, электропроводность металла и частоту тока;К незначительно изменяетсяв зависимости от высоты Ь Х=2 Г 1,(2) у= -Э 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 остывании 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: расплавленного металла.Таким образом, индуктивность системы индуктор - слиток являетсяфункцией зазора йа реактивное сопротивление системы определяется уравнением где Х - индуктивное сопротивление,1 - индуктивность системы;Г - частота.Полное сопротивление нагрузкиопределяется уравнением где Е - полное сопротивление нагрузки;Б - активное сопротивление, а это сопротивление Определяет ток, протекающий в контуре и обеспечивающий удержание расплавленной части металла, причем ток 1 определяется уравнением где Б - напряжение источника,Е - полное сопротивление системы индуктор - слиток. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Качество слитка определяетсяпостоянством поддержания зазора Йкоторое можно обеспечить установкой определенного напряжения навыходе источника 3 питания индуктора при постоянной частоте, установкой определенной частоты при по -стоянном напряжении или установкойопределенной частоты и напряженияв их сочетании. В соответствии сэтим требованием в системе управления процессом по вариантуопределяется реактивное сопротивлениеХ, зависящее от зазора с 1 , и этотпараметр используется как управляющий сигнал.Для этого с помощью датчика 6измеряют напряжение на индукторе 2,а ток индуктора 2 - с помощью датчика 9 тока, Выход датчика 9 токасоединен с преобразователем 1 О токав напряжение, сигнал с выхода которого поступает на первый входформирователя 11 опорных квадратурных сигналов и на первый фход фазочувствительного выпрямителя 3, Навторой вход последнего поступаетпрямой (О ) опорный сигнал от формирователя 11. На выходе фазочувствительного выпрямителя 13 выделяется сигнал на основе главной гармоники тока питания,Опорный сигнал, сдвинутый пофазе на 90 , с формирователя 11 поступает на второй вход фазочувствительного выпрямителя 12, на первый вход которого поступает сигналс датчика 6 напряжения. На выходефазочувствительного выпрямителя 12выделяется сигнал на основе главной гармоники напряжений, обусловленной реактивным сопротивлением(или индукцией). С выходов фазочувствительных выпрямителей 2 и 13сигналы поступают в блок 14 деления,с выхода которого сигнал, пропорциональный Х, поступает на вход дифференциальйого усилителя 8, на второй вход которого поступает сигналс 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 неговводят дополнительный блок 16 деления, масштабирующий блок 17 и преобразователь 8 частоты в напряжение,(8) (9) Х=Е эп 9;Ь=Х/2 И20 5Сигнал с выхода преобразователя 18частоты в напряжение через масштабирующий блок 17 поступает на вход дополнительного блока 16 деления, свыхода которого в систему управления поступает сигнал, пропорциональный индукции Ь.Устройство для осуществления способа (вариант 3) работает следующимобразом (Фиг. 4).С датчика 6 напряжения черезфильтр 19 сигнал поступает на входы преобразователя 21 частоты в напряжение и измерителя 22 мощности,на второй вход которого через фильтр20 поступает сигнал с выхода датчика 9 тока. Выходной сигнал с преобразователя 21, пропорциональныйчастоте, и выходные сигналы измерителя 22 мощности, пропорциональныесреднему квадратичному значениюнапряжения 11, квадратичному значениютока 1 и эффективной мощности КО,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. Выходывычислителя 26,соединенного с преобразователем 25, через цифроаналоговый преобразователь 27 соединены с входами регуляторов 28 напряжения и 29 частоты, выходы которых соединены с преобразователем5 источника 3 питания,ЬВ качестве вычислителя 26 можетбыть использован микропроцессортипа РДРФирмы "И 1;СвЗ. Е 9 и"ршеп 11 пс".Программа для вычислителя 26составляется таким образом, что попоступающим на его вход данным производят расчет кажущейся мощностиК 1 А, Фазового угла 6, полного со противления Е, реактивного сопротивлении Х и индукции Ь с использованием следующих соотношений;К 1 А=П 1; (5) 158 =соя ()(б) На основе формулы (1) вычисляют зазор Й С и сравнивают его с заданным значением й, разность с -й 25 используется в качестве управляющего сигнала.Устройство по варианту 2 обладает тем преимуществом, что оно можетработать на фиксированной частоте що беэ регулятора 29 частоты, на фиксированном напряжении без регулятора 28 напряжения, а также с возможностью регулирования по тому и другому параметру. Кроме того, сигналс датчика 23 уровня может быть отключен.1