NO845073L - PROCEDURE AND DEVICE FOR AA DETERMINE AND REGULATE A METAL MELT LEVEL. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bestemme og regulere nivået for en metallsmelte i en støpeform, før-ingsrenne eller lignende ved måling av virvelstrømmer som ved hjelp av en målespole induseres i metallsmelten og utgjør et mål for målespolens avstand til smelteoverflaten. Oppfinnelsen gjelder også en anordning for utførelse av denne fremgangsmåte . For å kunne oppfylle de nåværende fordringer til metallbehandling med henblikk på metallstruktur og overflate-egenskaper, er det under støpeprosessen helt nødvendig å ha kjennskap til metallnivået i støpeformen med stor nøyaktighet. Særlig ved støpning med elektromagnetisk kokille avhenger overflatekvaliteten direkte av stabiliteten av metallnivået i støpeformen. The present invention relates to a method for determining and regulating the level of a metal melt in a mould, guide chute or the like by measuring eddy currents which are induced in the metal melt by means of a measuring coil and constitute a measure of the measuring coil's distance to the melting surface. The invention also applies to a device for carrying out this method. In order to be able to meet the current requirements for metal processing with regard to metal structure and surface properties, it is absolutely necessary during the casting process to have knowledge of the metal level in the casting mold with great accuracy. Especially when casting with an electromagnetic mould, the surface quality depends directly on the stability of the metal level in the mould.

Fra for eksempel CH-PS 599.541 er det kjent en innretning for avføling av overflatenivået for smeltet metall i en streng-støpeform med et avfølingsorgan som omfatter et varmefølsomt magnetisk legeme, hvis magnetiske egenskaper forandres i avhengighet av temperaturen og som er anordnet på et passende sted i støpeformens sidevegg. Denne innretning kan imidlertid ikke finne noen anvendelse ved støpning i elektromagnetisk kokille, da avfølingsorganet påvirkes på ukontrollerbar måte av den elektromagnetiske kokille selv. Videre har denne innretning vist seg alt for lite fleksibel, da den alltid befinner seg på samme sted i støpeformen og derfor gjør en fleksibel utførelse av metallnivåets måling umulig. From, for example, CH-PS 599,541, a device is known for sensing the surface level of molten metal in a string casting mold with a sensing means comprising a heat-sensitive magnetic body, the magnetic properties of which change depending on the temperature and which is arranged in a suitable place in the side wall of the mold. This device cannot, however, find any application when casting in an electromagnetic mould, as the sensing element is affected in an uncontrollable way by the electromagnetic mold itself. Furthermore, this device has proved far too inflexible, as it is always located in the same place in the mold and therefore makes a flexible implementation of the metal level measurement impossible.

US-PS 4.160.168 viser en anordning for å kontrollere overflaten av et metallbad, og hvor metallnivået utledes på elektro-optisk vei. Denne målemetode er imidlertid altfor unøyaktig, da den blant annet avhenger av høyden av den kant-menisk som dannes av metallsmelten. US-PS 4,160,168 shows a device for controlling the surface of a metal bath, and where the metal level is deduced electro-optically. However, this measuring method is far too inaccurate, as it depends, among other things, on the height of the edge meniscus formed by the metal melt.

Det er således et formål for oppfinnelsen å utvikle en fremgangsmåte og en anordning av ovenfor angitt art, og som til-later måling av en metallsmeltes overflatenivå på enkel måte og likevel med høyeste nøyaktighet. Herunder legges det særlig vekt på fleksibel anvendelse av anordningen som helhet og å oppnå uavhengighet av foreliggende temperaturvekslinger innenfor arbeidsområdet. It is thus an object of the invention to develop a method and a device of the type indicated above, and which allows the measurement of the surface level of a metal melt in a simple way and yet with the highest accuracy. Here, particular emphasis is placed on flexible use of the device as a whole and achieving independence from existing temperature changes within the working area.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte av ovenfor angitt art og hvorunder virvelstrømmer induseres i metallsmeltens overflate, og deres størrelse sammenlignes med en tilsiktet verdi, og tilførselsmengden av metallsmelte reguleres i samsvar med forskjellen mellom de sammenlignede størrelser. This is achieved by a method of the type stated above and during which eddy currents are induced in the surface of the metal melt, and their size is compared with an intended value, and the supply amount of metal melt is regulated in accordance with the difference between the compared sizes.

Ved denne fremgangsmåte utledes metallsmeltens overflatenivå i avstand fra sideveggene og på metallsmeltens frie overflate. Målingen er da fri for tilfeldige vekslinger i meniskdannel-ser ved kanten av overflaten, som imidlertid inngår i alle hittil kjente fremgangsmåter for måling av metallnivåer ved hjelp av innretninger i kokillens sidevegg. Videre hindrer målingens utførelse på den frie metalloverflate, særlig ved elektromagnetisk støpning av aluminium, en forringelse av målingens nøyaktighet ved at måleprosessen påvirkes av magnetiske strømninger som utgår fra kokilleveggene. In this method, the surface level of the molten metal is derived at a distance from the side walls and on the free surface of the molten metal. The measurement is then free of random changes in meniscus formations at the edge of the surface, which are, however, included in all previously known methods for measuring metal levels using devices in the mold's side wall. Furthermore, carrying out the measurement on the free metal surface, particularly in the case of electromagnetic casting of aluminium, prevents a deterioration of the accuracy of the measurement by the fact that the measurement process is affected by magnetic currents emanating from the mold walls.

Ved en tilsvarende anordning for utførelse av fremgangsmåten er vedkommende målespole anordnet over metallsmelten og forbundet med en elektronisk enhet, som forsyner målespolen med den nødvendige vekselstrøm for å frembringe nevnte virvel-strøm, samt måler virvelstrømmenes størrelse, idet den elektroniske enhet er tilkoblet en reguleringsinnretning for sammenligning av den målte foreliggende verdi av virvelstrøm-mene med en tilsiktet verdi, og som er anordnet for styring av en enhet for å bestemme gjennomløpsmengden av metallsmelte gjennom et utløpsrør eller lignende. Herunder befinner målespolen seg fortrinnsvis på en bunnplate av et føringsrør som er opplagret i et hylster på en tverrbjelke over metallsmelten, samt er beskyttet av en hette av varmebestandig materiale. Denne sistnevnte hette kan for eksempel bestå av teflon. Da den elektroniske enhet også befinner seg inne i nevnte hylster, kan den på enkel måte og ved hjelp av en HF-kabel gjennom føringsrøret være forbundet med målespolen. Selve hylsteret sitter på tverrbjelken, idet det mellom hylsteret og tverrbjelken er anordnet et ytterligere isolasjonssjikt. Det består for eksempel av aluminium og er inn-vendig foret med isolasjonsmaterial. I driftsposisjon for-løper føringsrøret gjennom tverrbjelken. In a corresponding device for carrying out the method, the measuring coil in question is arranged above the metal melt and connected to an electronic unit, which supplies the measuring coil with the necessary alternating current to produce said eddy current, and also measures the size of the eddy currents, the electronic unit being connected to a regulation device for comparison of the measured current value of the eddy currents with an intended value, and which is arranged for controlling a unit to determine the flow rate of molten metal through an outlet pipe or the like. Here, the measuring coil is preferably located on a bottom plate of a guide tube which is stored in a sleeve on a cross beam above the metal melt, and is protected by a cap of heat-resistant material. This latter cap can, for example, consist of Teflon. As the electronic unit is also located inside said sleeve, it can be connected to the measuring coil in a simple way and with the help of an HF cable through the guide tube. The casing itself sits on the cross beam, as a further insulation layer is arranged between the casing and the cross beam. It consists, for example, of aluminum and is internally lined with insulating material. In the operating position, the guide pipe runs through the cross beam.

Det føringsrør som målespolen er fast forbundet med, bør i henhold til et særtrekk ved oppfinnelsen vært innstillbart i høyderetningen. Dette kan oppnås på enkel måte ved at en stift som er tilgjengelig fra utsiden av hylsteret, kan settes inn i en utboring i føringsrøret, som oppviser flere sådanne utboringer langs sin lengdeakse. I praksis har det vist seg at foreliggende måling av metallnivå optimalt bør finne sted ved en avstand på ca. 20 mm fra målehodet til metallsmelten. The guide tube to which the measuring coil is permanently connected should, according to a special feature of the invention, be adjustable in the height direction. This can be achieved in a simple way in that a pin which is accessible from the outside of the casing can be inserted into a bore in the guide tube, which exhibits several such bores along its longitudinal axis. In practice, it has been shown that the current measurement of the metal level should optimally take place at a distance of approx. 20 mm from the measuring head to the metal melt.

I henhold til dette bør denne verdi benyttes som referanse-verdi for den etterfølgende reguleringsprosess. En tilsvarende kalibrering bør fortrinnsvis finne sted før nivåmåleren anbringes på tverrbjelken og ved måling av virvelstrømmer indusert i en stasjonær metallplate. Hvis senere senkning av metallnivået skulle være påkrevet, kan denne etterfølges av målespolen' ved en senkning av føringsrøret. Ved dette er nivåmåleanordningen meget tilpasningsdyktig til ønskede forandringer. Det er naturligvis også tenkelig at føringsrøret er fast anordnet i hylsteret og at hylsteret kan heves og senkes sammen med tverrbjelken. According to this, this value should be used as a reference value for the subsequent regulatory process. A corresponding calibration should preferably take place before the level gauge is placed on the cross beam and when measuring eddy currents induced in a stationary metal plate. If later lowering of the metal level should be required, this can be followed by the measuring coil' by lowering the guide tube. In this way, the level measuring device is highly adaptable to desired changes. It is of course also conceivable that the guide tube is fixedly arranged in the casing and that the casing can be raised and lowered together with the cross beam.

Da det hersker meget høye temperaturer i nivåmålerens arbeidsområde, bør i henhold til oppfinnelsen dens indre eller også det rom omkring målespolen som omsluttes av teflonhetten avkjøles ved hjelp av et kjølemedium. For dette formål kommer først og fremst luft på tale. As very high temperatures prevail in the level meter's working area, according to the invention its interior or also the space around the measuring coil which is enclosed by the Teflon cap should be cooled by means of a cooling medium. For this purpose, primarily air comes into play.

Hvis metallnivået forandrer seg for eksempel under støpe-prosessen så vil det opptre impedansforandringer i målespolen, da de induserte virvelstrømmer i måleobjektet gir seg til kjenne som ohmske tap. Verdien av disse impedansforandringer overføres gjennom den elektroniske enhet til en reguleringsinnretning, hvor den sammenlignes med den ovenfor angitte tilsiktede verdi. På grunnlag av en forskjell mellom den foreliggende verdi og den tilsiktede verdi styrer så denne reguleringsinnretning i sin tur vedkommende enhet for bestemmelse av gjennomløpsmengden av metallsmelte gjennom et utløps-rør eller lignende. I tilfelle det foreligger en forskjell settes en trinnmotor igang, som i sin tur driver en gjenget spindel som over en arm er forbundet med en plugg eller tapp. Ved hjelp av denne plugg kan tverrsnittet i et gjennom- If the metal level changes, for example, during the casting process, impedance changes will occur in the measuring coil, as the induced eddy currents in the object to be measured manifest themselves as ohmic losses. The value of these impedance changes is transmitted through the electronic unit to a regulation device, where it is compared with the intended value stated above. On the basis of a difference between the current value and the intended value, this control device in turn controls the relevant unit for determining the flow rate of molten metal through an outlet pipe or the like. If there is a difference, a stepper motor is started, which in turn drives a threaded spindle which is connected via an arm with a plug or pin. With the help of this plug, the cross-section in a through-

løp i avløpsrøret forandres, således at metalltilførselen for-høyes eller avstrupes. run in the drain pipe is changed, so that the metal supply is increased or throttled.

Anordningen som helhet er meget lite følsom for forstyrrelser og arbeider med høy nøyaktighet. The device as a whole is very insensitive to disturbances and works with high accuracy.

Ytterligere fordeler, særtrekk og enkeltheter ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av et foretrukket utførelseeksempel under henvisning til de ved-lagte tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en perspektivskisse som delvis i snitt viser en Further advantages, distinctive features and particulars of the present invention will be apparent from the subsequent description of a preferred embodiment with reference to the attached drawings, on which: Fig. 1 is a perspective sketch which partially shows a cross-section

anordning for regulering av en metallsmeltestrømning. device for regulating a metal melt flow.

Fig. 2 viser et forstørret snitt gjennom nivåmåleren i den Fig. 2 shows an enlarged section through the level gauge in it

viste anordning i fig. 1. device shown in fig. 1.

Fig. 1 viser en renne 1 med utløpsrør 2 for tilførsel av en metallsmelte S til en støpeform eller kokille 3. Fig. 1 shows a chute 1 with outlet pipe 2 for supplying a metal melt S to a mold or mold 3.

En tverrbjelke 4 som spenner over kokillen 3, bærer under mellomkobling av et isolersjikt 40 en nivåmåler 5 og er gjennomboret av føringsrøret 6 for en føler 10 og nivåmåleren 5. Sistnevnte er over en ledning 7 forbundet med en reguleringsinnretning 8, og denne er i sin tur over en ytterligere ledning 9. tilsluttet en enhet 11 for bestemmelse av gjennom-løpsmengde for metallsmelten S gjennom et utløpsrør 2 . Til en utragende arm 12 fra enheten 11 er det koblet en stav 14, som er anordnet for med sin ytterste spiss å forandre utløps-tverrsnittet for en åpning 15 i uttapningsrøret 2. A cross beam 4 which spans the mold 3, carries a level gauge 5 with an intermediate connection of an insulating layer 40 and is pierced by the guide pipe 6 for a sensor 10 and the level gauge 5. The latter is connected via a line 7 to a regulation device 8, and this is in its trip over a further line 9. connected to a unit 11 for determining the flow rate for the metal melt S through an outlet pipe 2. A rod 14 is connected to a projecting arm 12 from the unit 11, which is arranged with its outermost tip to change the outlet cross-section for an opening 15 in the discharge pipe 2.

I henhold til fig. 2 er en induktiv målespole 12 fast anordnet på bunnplaten 19 av føringsrøret 6, idet målespolen eller dannelsen av et bunnrom R er tildekket av en isolerende teflonhette 21. Oventil rager føringsrøret 6 inn i et hylster 23 for nivåmåleren 5 og som for eksempel består av aluminium med en indre isolasjonsforing 24, og holdes i stilling i hylsteret av en innstillingsstift 25 som er tilgjengelig fra utsiden. Ved hjelp av denne stift kan en ønsket avstand for føleren 10 fra overflaten av metallsmelten S innstilles, idet føringsrøret 6 for dette formål og langs sin lengdeakse oppviser ikke viste utboringer i bestemte innbyrdes avstander som stikkhull for stiften 25. According to fig. 2, an inductive measuring coil 12 is fixedly arranged on the bottom plate 19 of the guide tube 6, the measuring coil or the formation of a bottom space R being covered by an insulating Teflon cap 21. Above, the guide tube 6 projects into a casing 23 for the level gauge 5, which for example consists of aluminum with an inner insulating liner 24, and is held in position in the housing by a setting pin 25 which is accessible from the outside. With the help of this pin, a desired distance for the sensor 10 from the surface of the molten metal S can be set, as the guide tube 6 for this purpose and along its longitudinal axis has not shown bores at certain mutual distances as pin holes for the pin 25.

Målespol en 20 er over en HF—kabel 27 gjennom føringsrøret 6, og som er antydet ved strekpunkterte linjer, forbundet med en elektronisk enhet 28, hvis bestanddeler ikke er nærmere vist. Ved hjelp av denne enhet forsynes målespolen 20 med veksel-strøm av høyere frekvens, og som induserer virvelstrømmer i metallsmelten S. Størrelsen av de foreliggende strømmer i målespolen er avhengig av avstanden mellom målespolen 20 og metallsmelten S, og utgjør således et mål for denne avstand mellom de innbyrdes induktivt koblede elementer. Dette betyr at en demodulert, linearisert og forsterket impedansforandring i målespolen 20 bevirker en spenningsforandring som er direkte proporsjonal med forandringer i avstanden mellom smelte og målespole 20. A measuring coil 20 is over an HF cable 27 through the guide pipe 6, and which is indicated by dashed lines, connected to an electronic unit 28, the components of which are not shown in more detail. By means of this unit, the measuring coil 20 is supplied with alternating current of a higher frequency, which induces eddy currents in the molten metal S. The magnitude of the currents present in the measuring coil is dependent on the distance between the measuring coil 20 and the molten metal S, and thus constitutes a measure of this distance between the mutually inductively coupled elements. This means that a demodulated, linearized and amplified impedance change in the measuring coil 20 causes a voltage change that is directly proportional to changes in the distance between the melt and the measuring coil 20.

Et således frembragt signal føres over en strekpunktert ledning 30 til en klemmelist 31, som en ledning 7 er tilsluttet ved hjelp av en stikkontaktforbindelse 41. A signal produced in this way is carried over a dotted line 30 to a terminal strip 31, to which a line 7 is connected by means of a socket connection 41.

For nedkjøling av hele systemet er en slange 32 forbundet med en slangetilkobling 33 for innblåsning av luft eller et annet kjølemedium gjennom en dyse 34 i det indre 22 av hylsteret 23, hvorfra vedkommende luft eller lignende atter kan slippe ut gjennom et luftfilter 35. For cooling the entire system, a hose 32 is connected to a hose connection 33 for blowing in air or another cooling medium through a nozzle 34 in the interior 22 of the casing 23, from which the relevant air or the like can again escape through an air filter 35.

Ved hjelp av en tverrsnittinnsnevring i dysen 34 tilføres også luft gjennom en ytterligere, avgrenende dyse 36, et slange-stykke 37, og en stiplet antydet strømningskanal 38 i førings-røret 6 samt gjennom målespolen 20 til bunnrommet R, hvorfra luften atter kan slippe ut gjennom utboringer 39. By means of a cross-sectional constriction in the nozzle 34, air is also supplied through a further, branching nozzle 36, a piece of hose 37, and a dashed flow channel 38 in the guide tube 6 as well as through the measuring coil 20 to the bottom space R, from which the air can again escape through borings 39.

Signalet fra den elektroniske enhet 28 avgis gjennom ledningen 7 til reguleringsinnretningen 8 og omvandles der til et styre-signal for enheten 11 til å fastlegge gjennomstrømningsmengden for metallsmelten S. I enheten 11 settes da for dette formål en trinnmotor igang, som over en skruespindel kan bevege armen 12 med staven 14 oppover og nedover for tverrsnittsforandring av gjennomløpsåpningen 15 og eventuelt åpning og lukking av denne . The signal from the electronic unit 28 is transmitted through the line 7 to the regulation device 8 and is there converted into a control signal for the unit 11 to determine the flow rate for the metal melt S. In the unit 11, a stepper motor is then started for this purpose, which can move over a screw spindle the arm 12 with the rod 14 upwards and downwards for changing the cross-section of the passage opening 15 and possibly opening and closing it.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for nivåovervåkning av en metallsmelte som tilføres gjennom et utløpsrør eller lignende til en støpe-form, føringsrenne eller lignende, ved måling av induserte virvelstrømmer i metallsmelten ved hjelp av en målespole og som mål for målespolens avstand fra metallsmelten, idet virvelstrømmenes størrelse ved metallsmeltens overflate sammenlignes med en tilsiktet verdi, karakterisert vedat den tilførte mengde metallsmelte reguleres i samsvar med forskjellen mellom den tilsiktede og foreliggende verdi.1. Procedure for level monitoring of a metal melt which is supplied through an outlet pipe or the like to a casting mould, guide chute or the like, by measuring induced eddy currents in the metal melt using a measuring coil and as a measure of the measuring coil's distance from the metal melt, the size of the eddy currents at the surface of the metal melt is compared to a target value, characterized in that the added amount of molten metal is regulated in accordance with the difference between the intended and present value. 2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det ved hjelp av en demodulert, linearisert og forsterket impedansforandring i målespolen frembringes en spenningsforandring som er direkte proporsjonal med avstandsforandringer mellom metallsmelte og målespole.2. Method as stated in claim 1, characterized in that by means of a demodulated, linearized and amplified impedance change in the measuring coil, a voltage change is produced which is directly proportional to distance changes between the molten metal and the measuring coil. 3. Anordning for nivåovervåkning av en metallsmelte som til-føres gjennom et utløpsrør til en støpeform, føringsrenne eller lignende, ved måling av induserte virvelstrømmer i metallsmelten ved hjelp av en målespole og som mål for avstanden mellom målespolen og metallsmelten, idet målespolen er anordnet over metallsmelten og forbundet med en elektronisk overvåkningsenhet, karakterisert vedat en elektronisk enhet (28) er forbundet med en reguleringsinnretning (8) for sammenligning av den målte foreliggende verdi av virvelstrømmenes størrelse med en tilsiktet verdi, og hvorved tverrsnittet av en gjennomløpsåpning (15) fra utløpsrøret (2) kan forandres ved hjelp av en ytterligere enhet (11) for innstilling av gjennomløpsmengden av metallsmelte (S).3. Device for level monitoring of a metal melt which is supplied through an outlet pipe to a mould, guide chute or the like, by measuring induced eddy currents in the metal melt using a measuring coil and as a measure of the distance between the measuring coil and the metal melt, the measuring coil being arranged above the metal melt and connected to an electronic monitoring unit, characterized in that an electronic unit (28) is connected to a control device (8) for comparing the measured present value of the size of the eddy currents with an intended value, and whereby the cross-section of a passage opening (15) from the outlet pipe (2) can be changed by means of a further unit (11) for setting the flow rate of molten metal (S). 4. Anordning som angitt i krav 3,karakterisert vedat målespolen (20) er an- bragt på en bunnplate (19) i et føringsrør (6) opplagret i et hylster (23) over metallsmelten (S), samt beskyttet av en hette (21) av varmebestandig material.4. Device as specified in claim 3, characterized in that the measuring coil (20) is placed on a bottom plate (19) in a guide tube (6) stored in a sleeve (23) above the metal melt (S), and protected by a cap ( 21) of heat-resistant material. 5. Anordning som angitt i krav 4,karakterisert vedet bunnrom (R) som opptar målespolen (20) og er forbundet med den omgivende atmosfære gjennom utboringer (39).5. Device as stated in claim 4, characterized by a bottom space (R) which occupies the measuring coil (20) and is connected to the surrounding atmosphere through bores (39). 6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5,karakterisert vedat føringsrøret (6) er anordnet for varierende høydeinnstilling i hylsteret (23).6. Device as specified in claim 4 or 5, characterized in that the guide tube (6) is arranged for varying height adjustment in the casing (23). 7. Anordning som angitt i krav 3-6,karakterisert vedat det isolerte hylster (23) er anordnet på en tverrbjelke (4) med mellomkobling av et isolasjonssjikt.7. Device as stated in claims 3-6, characterized in that the insulated sleeve (23) is arranged on a cross beam (4) with an intermediate connection of an insulation layer. 8. Anordning som angitt i krav 3-7,karakterisert vedat det indre (22) av hylsteret (23) og/eller bunnrommet (R) utsettes for et kjøle-medium.8. Device as stated in claims 3-7, characterized in that the interior (22) of the casing (23) and/or the bottom space (R) is exposed to a cooling medium. 9. Anordning som angitt i krav 3-8,karakterisert vedat nevnte ytterligere enhet (11) oppviser en trinnmotor anordnet for å drive en skruespindel, som i sin tur er montert for å påvirke en arm (12) såvel som en aksialt forskyvbar stav (14) som er påhengslet armen og er anordnet for å føres inn i tverrsnittet av gjen-nomløpsåpningen (15) for utløpsrøret (2).9. Device as stated in claims 3-8, characterized in that said additional unit (11) has a stepper motor arranged to drive a screw spindle, which in turn is mounted to actuate an arm (12) as well as an axially displaceable rod ( 14) which is hinged to the arm and is arranged to be inserted into the cross-section of the through-flow opening (15) for the outlet pipe (2). 10. Anvendelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, henholdsvis en anordning som angitt i krav 3-9, for støpning av aluminium i elektromagnetisk kokille.10. Application of a method as stated in claim 1 or 2, respectively a device as stated in claim 3-9, for casting aluminum in an electromagnetic mould.