SE519375C2 - Förfarande och system för styrning av metallflöde - Google Patents

Description

o .uu- 10 15 20 25 30 35 519 375 2 matematisk modellering. Dessa metoder tar emellertid mest hänsyn till stationära förhållanden. I verkligheten kan markanta variationer i flödet uppstå på grund av exempelvis störningar från en flödesstyrande enhet, såsom en stoppare eller skivtärning, asymmetri i flödet, varierande nivå i gjutlådan och igensättning av röret.

Vanligtvis sprutas någon form av gas, såsom argon, in i gjutröret för att man skall förhindra igensättning.

Detta har emellertid bieffekten att flödet då kan komma att ändras.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och ett system för styrning av metallflödet genom ett avgränsat utrymme, vilka löser ovan nämnda problem.

Ovan nämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen med ett förfarande och ett system som har de särdrag som definieras i de bifogade kraven.

Enligt en aspekt av uppfinningen àstadkommes således ett förfarande för styrning av ett gasinnehållande dolt flöde av smält metall i ett av ett rörformigt organ avgränsat utrymme, företrädesvis inuti ett gjutrör.

Förfarandet innefattar stegen: att för åtminstone ett bestämt skikt av metallflödet i utrymmet mäta åtminstone en storhet som är representativ för åtminstone en flödesfaktor i nämnda skikt, att utifrån den uppmätta storheten erhålla värden som ger en indikation om flödets utseende i nämnda skikt genom jämförelse med lagrade, företrädesvis empiriskt fastställda, värden, och att utifrån resultatet från jämförelsen styra åtminstone en flödespåverkande parameter, såsom gastillförsel och/eller metalltillflöde, så att en önskad flödestyp àstadkommes åtminstone i nämnda skikt. 10 15 20 25 30 35 519 375 3 Enligt en annan aspekt av uppfinningen àstadkommes ett system för styrning av ett gasinnehållande dolt flöde av smält metall i ett av ett rörformigt organ avgränsat utrymme, företrädesvis inuti ett gjutrör. Systemet innefattar en detekteringsanordning en detekterings- anordning vilken är avsedd att anordnas vid det rörformiga organet för att för åtminstone ett bestämt skikt i utrymmet mäta åtminstone en storhet som är representativ för åtminstone en flödesfaktor i nämnda skikt. En utvärderingsanordning är kopplad till detekteringsanordningen för mottagande av värden som erhållits från den uppmätta storheten, och som ger en indikation om flödets utseende i nämnda skikt, varvid utvärderingsanordningen jämför dessa mottagna värden med lagrade, företrädesvis empiriskt fastställda, värden. En styranordning är kopplad till utvärderingsanordningen och är anordnad att utifrån resultatet av jämförelsen styra åtminstone en flödespåverkande parameter, såsom gastillförsel eller metalltillflöde, så att nämnda önskad flödestyp åstadkommes i åtminstone nämnda skikt.

I denna ansökan är flödesfaktor ett uttryck för i det avgränsade utrymmet verksamma komponenter, såsom metallinnehåll, gasinnehåll, etc., vilka var för sig eller tillsammans formar ett eller flera flödestillstånd i utrymmet.

Uppfinningen grundar sig således på insikten att kännedom om materialinnehållet, dvs. materialfördelningen i form av metall och gas, i valda delar av utrymmet, kan ge information om den aktuella flödestypen däri. Genom mätning av en storhet som är representativ för en flödesfaktor, såsom metallinnehållet, erhålls en indikering av metall- och gasfördelningen i utrymmet.

Indikeringen av metall- och gasfördelningen, dvs. flödets utseende, erhålls med fördel genom beräkning eller bestämning av ett indikeringsvärde, som grundar sig på de utförda mätningarna, och som jämförs med lagrade, beräknade eller empiriskt fastställda värden. 10 15 20 25 30 35 519 375 4 Med flödestyp avses i denna patentansökan ett visst identifierat utseende, dvs. en viss fördelning av gas och metall, i åtminstone någon del av ett flöde. Genom att man konstaterat gasinnehållet eller -sammansättningen i ett visst parti av det avgränsade utrymmet kan man avgöra vilken flödestyp som är aktuell i detta parti. Därefter kan man reglera tillförsel av flytande metall och/eller exempelvis gas till det avgränsade utrymmet för att modifiera flödesbilden i detta parti. Detta innebär således stor skillnad mot den kända tekniken, där man får göra grova uppskattningar och där vissa ändrade förhållanden kan ändra flödesbilden avsevärt, utan att det upptäcks direkt.

En fördel med föreliggande uppfinning är således att den kontinuerligt kan ta hänsyn till förändringar och reglera flödespàverkande parametrar därefter. Exempelvis kan en begynnande igensättning upptäckas pà ett tidigt stadium och snabbt motverkas innan störningen blivit för stor.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen används således ett flödesstyrande system enligt ovan till att detektera om inneslutningar/slagg, som medföljer metallen, byggs upp på eller igensätter ett gjutrör, och till att vidta åtgärder som motverkar sådan beläggnings- uppbyggnad/igensättning.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att man utnyttjar ett direkt förfaringssätt genom att man mäter på det faktiska flödet, till skillnad fràn den kända tekniken då man använder sig av ett indirekt förfaringssätt i form av modellering.

Man har kunnat identifiera huvudsakligen tre flödestyper och kombinationer därav för flytande metall i ett gjutrör, i de fall då flytande metall strömmar genom röret och icke-metalliskt material, såsom gas också är närvarande. Dessa tre flödestyper är: (1) bubbelflöde (bubbly flow), 2) ringformigt centrerat flöde (annular centered flow), och 3) ringformigt icke-centrerat flöde 10 15 20 25 30 35 519 375 5 (annular non-centered flow). I ett bubbelflöde är tillförd gas spritt i metallen. Ett ringformigt centrerat flöde uppträder huvudsakligen i form av en sammanhängande metallstråle som omges av gas. Det omvända gäller för ett ringformigt icke-centrerat flöde där metallflödet huvudsakligen följer rörets väggar och en gas finns vid rörets centrumaxel. Det kan vara önskvärt med en viss flödestyp i en viss del av röret. Det har bland annat visat sig vara fördelaktigt att ha bubbelflöde i nedre delen av gjutröret då detta är ett väsentligen konstant flöde in i kokillen, vilket gynnar gjutprocessen.

Ett fördelaktigt sätt för mätning av den aktuella flödestypen är att man mäter på ett antal skikt eller snitt i det avgränsade utrymmets tvärriktning för att få reda på hur materialfördelningen ser ut i dessa skikt.

Det är alltså fråga om en sorts tomografi. Med hjälp av mätinformationen som erhålles för respektive skikt kan man skapa sig en bild av flödet i valda partier av det avgränsade utrymmet och således bestämma den aktuella flödestypen för respektive parti. Det skall förstås att ett skikt kan vara både tvärgående det rörformiga organet, dvs. ett horisontellt skikt, och längsgående, dvs. ett vertikalt skikt. Ett ytterligare alternativ är diagonala skikt genom det rörformiga organet.

Uppfinningen är synnerligen användbar vid gjutprocesser, vid vilka flytande metall tillförs från en gjutlàda till ett gjutrör för tappning till en kokill.

Gjutröret i sådana processer döljer metallflödet däri.

Avsaknaden av insyn och brist på goda övervaknings- möjligheter kompenseras därför med föreliggande uppfinning som ger information om materialfördelningen i ett skikt av flödet i gjutröret.

Såsom tidigare nämnts åstadkommes en önskad flödestyp genom styrning av åtminstone en flödespåverkande parameter. Med flödespåverkande parametrar avses i denna ansökan sådana parametrar som kan påverka typen av flöde, och skall därför inte 10 15 20 25 30 35 519 375 6 begränsas till flöde i betydelsen volym per tidsenhet, utan skall avse flödets utseende som sådant. Exempelvis kan gas tillföras på ett bestämt sätt så att flödets utseendet eller flödestypen ändras, utan att mängden metall som strömmar genom utrymmet per tidsenhet ändras.

Förutom styrning av gastillförseln är styrning av metalltillflödet ett alternativt sätt att ändra eller bibehålla en viss flödestyp.

Flödestypen kan således påverkas genom ändrat tillflöde av metall till det avgränsade utrymmet. Således kan riktningen eller vinkeln i vilken den flytande metallen tillförs ändras. Alternativt kan större eller mindre metallvolym per tidsenhet tillföras genom utnyttjande av en flödesstyrande eller -påverkande enhet av lämpligt slag. Vid gjutning är en möjlig flödesstyrande enhet en höj- och sänkbar stoppare. När stopparen är nedsänkt tätar den inloppet till det rörformiga organet, dvs. ett gjutrör, varvid metall hindras att flöda från en behållare, såsom skänk eller gjutlåda, till gjutröret. När stopparen är upphöjd medges däremot metallen att flöda till gjutröret, varvid volymen är beroende av stopparens vertikala läge. En annan möjlig flödesstyrande enhet är en skivtärning, vilken innefattar på varandra anordnade, hålförsedda plattor, som förskjuts eller roteras i förhållande till varandra. När således ett hål i en övre platta åtminstone delvis överlappar ett hål i en nedre platta medges metallflöde genom dessa till gjutröret (ju större överlapp, desto större genomflöde av metall). Fackmannen inser att även andra motsvarande flödesstyrande enheter är möjliga och att dessa enheter kan styra såväl mängd som tillflödesriktning.

Metallflödet kan även påverkas genom att man exempelvis reglerar hur mycket flytande metall som finns i gjutlådan och hur snabbt ny metall tillförs gjutlådan.

Likaså kan flödestyper påverkas genom ändrad tillförsel av gas till det avgränsade utrymmet. Mängden gas som tillförs är varierbar, liksom med vilket tryck 10 15 20 25 30 35 519 375 7 tillflödet åstadkommes. Även position och riktning är faktorer som har betydelse, dvs. varifrån gasen tillförs och med exempelvis vilken vinkel mot huvudflödet eller väggarna som begränsar det avgränsade utrymmet. Gasen tillförs med fördel via en gasledning, vilken går genom den ovan beskrivna stopparen, som således även fungerar som munstycke. Gasen kan även sprutas in från en fästanordning som utnyttjas till att fästa ett gjutrör till en gjutlåda. Alternativt kan gjutlàdan eller gjutröret i sig vara försedda med gasinlopp i olika vinklar. Exempel på gaser som kan utnyttjas är ädelgaser, såsom argon, etc..

Ett utmärkande särdrag för uppfinningen är att mätningen och bestämningen av aktuell flödestyp sker beröringsfritt i förhållande till gas- och metallflödet.

Mätningen utförs från åtminstone en sida av det avgränsade utrymmet, såsom från en sida av ett rör som begränsar utrymmet. Det finns dock många möjliga konfigurationer, av vilka några kommer att beskrivas nedan.

För mätningen av en storhet som är representativ för metall- och gasinnehàllet i utrymmet kan man exempelvis utnyttja elektromagnetiska mätmetoder, varvid storheten, såsom en inducerad spänning, företrädesvis är relaterad till styrkan hos magnetfält. Ett annat alternativ är akustiska mätningar, såsom utnyttjande av ultraljud. Ännu ett alternativ är vibrationsmätningar. Ytterligare alternativ är olika former av strålningsmätningar, såsom exempelvis röntgen- eller gammamätningar. Andra alternativ är temperaturmätningar eller tryckmätningar.

Ett ytterligare alternativ är hastighetsmätning av metall- och gasflödet. Fackmannen inser att en kombination av ovan angivna mätmetoder också är ett alternativ.

Detekteringsanordningen som är avsedd att ge information om aktuell flödesbild eller flödestyp och som utnyttjas i föreliggande uppfinning innefattar 10 15 20 25 30 35 519 375 8 företrädesvis en eller flera sensorer. Sensorerna för användning i samband med mätningarna kan anordnas att omge metallflödet helt eller delvis. Sensorerna kan vara anordnade i ett plan tvärs den flytande metallens huvudflödesriktning. Sensorerna kan dessutom vara arrangerade längs metallens huvudflödesriktning, dvs. i flera plan. Detta är fördelaktigt om man vill detektera och styra olika typer av flöde i olika delar av det avgränsade utrymmet. Genom en kontinuerlig mätning fås underlag för styrning därav. Det kan exempelvis vara viktigt i gjutsammanhang att veta var övergångszonen mellan centrerat flöde och bubbelflöde är i ett gjutrör, så att man kan säkerställa att flödet hinner bli ett ordentligt bubbelflöde innan metallen strömmar ut i en kokill.

En mätmetod som har visat sig vara särskilt fördelaktig innefattar utnyttjande av ett sensorarrange- mang med spolar som alstrar elektromagnetiska fält och som anordnats kring det avgränsade utrymmet, i vilket metallen flödar. Arrangemanget innefattar lämpligen en eller flera kombinationer av sändar- och mottagarspolar.

Varje spole anordnas med fördel vid sidan av eller omslutande runt det rörformiga organet. En eller flera sändare kan arbeta med en eller flera mottagare. Spolarna kan var och en arbeta med en eller flera frekvenser.

Således kan åtminstone en första sändarspole alstra ett elektromagnetiskt fält med en första frekvens, som åtminstone en första mottagarspole är avstämd mot, medan åtminstone en andra sändarspole alstrar ett fält med en andra frekvens, som åtminstone en andra mottagarspole är avstämd mot. Detta underlättar vid särskiljandet av olika placerade spoluppsättningar. Spolarna är företrädesvis så anordnade att omgivande störningar minimeras genom att några spolar motkopplas och därigenom tas grundsignalen, som kan innehålla störningar, bort. På detta sätt mäts huvudsakligen endast den signal som påverkats av det fysiska fenomen som skall mätas. 10 15 20 25 30 35 519 375 9 En grunduppställning är att ha en sändarspole och två mottagarspolar, där mottagarspolarna är placerade så att den ena väsentligen ej påverkas av skeende i mät- objektet, medan den andra är placerad så att den åtmins- tone delvis påverkas av händelser i mätobjektet. Genom att man motkopplar eller balanserar mottagarspolarna i ett tillstånd där ingen inverkan från mätobjektet sker, erhålls en nollsignal eller minimisignal som tjänar som bas, från vilken mätningar på de förändringar som sker i mätobjektet detekteras med låg störningsinverkan. För att man skall undvika risk för fasändringar mellan mottagar- spolarna vid ändring hos mätobjektet görs lämpligtvis motkopplingen sådan att en liten signal på ena sidan av balanspunkten erhålls.

Uppfinningen lämpar sig således för användning i samband med styrning av metallflöde genom gjutrör. I en grundkonfiguration anbringas således en sändarspole på ena sidan om gjutröret, för alstrande av ett elektro- magnetiskt fält. En första mottaggarspole anordnas på andra sidan om gjutröret så att denna skärmas av innehållet i röret. Gjutröret i sig påverkar väsentligen inte det elektromagnetiska fältet, eftersom gjutröret vanligtvis är tillverkat av ett keramiskt material. En andra mottagarspole anordnas så att det inte alls skärmas av gjutrörets innehåll. Skillnaden i styrka mellan de av de två mottagarspolarna detekterade elektromagnetiska fälten beräknas för fastställande av ett värde som vittnar om aktuell flödestyp. Det har visat sig att man får en distinkt signal redan med den ovan beskrivna grundkonfigurationen, så att en god indikation om flödets utseende erhålles, emellertid kan denna konfiguration byggas på med flera spolar. Spolarna kan följaktligen anordnas i olika positioner kring gjutröret och i kombinationer av en eller flera sändarspolar med en eller flera mottagarspolar, varigenom mer omfattande information om flödesbilden i gjutröret erhålls. lO 15 20 25 30 35 519 375 10 Som ett alternativ till stationärt anordnade spolar, är en möjlighet att utnyttja rörliga spolar. Exempelvis använder man en stationär sändarspole som är anordnad pà en sida om det rörformiga organet och en av metallflödet avskärmad mottagarspole som sveps längs ett avsnitt av en cirkelbana. Fackmannen inser att det omvända också är möjligt, dvs. en svepande sändarspole och en stationär mottagarspole. Ytterligare en möjlighet är att både sändar- och mottagarspolen sveps. Mottagarspolen kan liksom enligt tekniken ovan motkopplas med en icke avskärmad mottagarspole.

För kalibrering av mätutrustningen görs lämpligtvis en nollkalibrering och en fullflödeskalibrering, dvs. med endast luft respektive endast metall i det avgränsade utrymmet. Dessutom görs en kalibrering med avseende pà de tre typiska blandflödestyperna. Denna kalibrering kan göras i ett kallt tillstànd genom att man utnyttjar en i utrymmet införd metallstàng, som således representerar ringformigt centrerat flöde. Pà motsvarande sätt kan ett metallrör föras in i utrymmet för áterspegling av ring- formigt icke-centrerat flöde. För fallet med bubbelflöde kan man använda en metallkropp med icke-metalliska inneslutningar som motsvarar ett förväntat icke- metalliskt tillstànd, såsom ett gastillstànd. Detta kan åstadkommas med en metall eller metallegering, sàsom Woods metall, och däri ingjutna icke-metalliska kulor, sàsom glaskulor.

Vid mätning pà ett metallflöde i ett rörformigt organ är det säledes möjligt att erhàlla en indikation om flödets utseende, dvs fördelningen eller sammansättningen av gas och metall, genom jämförelse med lagrade värden, vilka med fördel är fastställda empiriskt enligt ovan.

Ett alternativ är att utnyttja genom beräkningar fastställda värden pà olika flödestyper.

Till detekteringsanordningen är en utvärderings- anordning kopplad. Denna utvärderingsanordning är avsedd att mottaga signaler fràn exempelvis i detekterings- lO 15 20 25 30 35 519 375 ll anordningen innefattade sensorer, varvid den aktuella flödestypen fastställes utgående från de mottagna signalerna. Utvärderingsanordningen innefattar företrädesvis lämplig konventionell elektronik, hårdvara och programvara.

Utvärderingsanordningen skickar information om den aktuella flödestypen till en ansluten regleranordning.

Till regleranordningen kan en användare mata in önskad flödestyp. En jämförelse kan således kontinuerligt göras mellan den aktuella och den önskade flödestypen. Om flödestyperna skiljer sig kan regleranordningen reglera åtminstone en flödespåverkande, dvs. flödestyppåverkande, parameter. Regleranordningen kan exempelvis skicka signaler till ventilanordningar eller dylikt.

Regleranordningen innefattar företrädesvis lämplig konventionell elektronik, hårdvara och programvara.

Eftersom föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande och ett system för styrning av ett gasinnehållande dolt flöde av metall, utesluter detta inte att uppfinningen används då gastillförseln sker passivt. Till skillnad från aktiv tillförsel av gas, när man själv väljer att spruta in gas till metallflödet, är det vanligt förekommande vid bland annat gjutrörs- kopplingar att luft eller andra gaser från omgivningen passivt läcker in i metallflödet. Om ett oönskat flöde uppstår vid exempelvis ett sådant läckage, regleras detta uppfinningsenligt med flödespåverkande parametrar, såsom genom aktiv tillförsel av gas och metall, så att önskad flödestyp erhålles.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. l visar schematisk delar av en gjutanläggning, varvid en utföringsform av föreliggande uppfinning utnyttjas.

Fig. 2 visar liksom Fig. 1 delar av en gjutanläggning, varvid en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning utnyttjas. 10 l5 20 25 30 35 519 375 12 Fig. 3a-3f visar olika alternativa konfigurationer för elektromagnetisk detektering.

Fig. 4 visar ytterligare en alternativ konfiguration för elektromagnetisk detektering.

Fig. 5 visar ett exemplifierande blockschema över mätning och styrning av gas- och metallinnehållet i ett flöd i ett gjutrör.

Fig. 6a-6c och Fig. 6a'-6c' illustrerar olika flödestyper för ett gasinnehàllande flöde av metall inuti ett rörformigt organ.

Fig. 7 visar ett diagram över hur de i Fig. 6 visade flödestypernas inverkan pà ett elektromagnetiskt fält varierar med frekvensen på det alstrade fältet.

Detaljerad beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar schematisk delar av en gjutanläggning 10, varvid föreliggande uppfinning utnyttjas. Av gjutanläggningen 10 visas en gjutlàda 12 som innehåller flytande metall, såsom flytande stàl. Till gjutlàdans 12 botten är ett vertikalt gjutrör 14 anordnat, genom vilket den flytande metallen kan flöda ned till en kokill 16.

Gjutröret 14 är nedsänkt i kokillen 16 och gjutrörets 14 nedre ände är under ytan av flytande metall. Vidare är gjutrörets 14 nedre ände försedd med utloppshål i form av sidoöppningar, medan dess ändyta 18 är stängd. Sido- öppningarna är avsedda att åstadkomma ett symmetriskt flöde i kokillen, så som pilarna 20 schematiskt illustrerar.

Runt gjutrörets 14 övre parti är en detekterings- anordning 22 som ingàr i systemet enligt uppfinningen anordnad. Detekteringsanordningen 22 är kopplad till en mottagande kringutrustning 24, som kan innefatta en utvärderingsanordning och en regleranordning. Kring- utrustningen 24 avgör utifrån den information som mottagits av detekteringsanordningen 22 om aktuell flödestyp är godtagbar eller om en flödespáverkande åtgärd mäste utföras. Man kan exempelvis önska detektera u: u - v. u 1. u v -- . 10 15 20 25 30 35 519 375 13 eventuell begynnande igensättning av gjutröret 14, varvid flödestypen i så fall ändras. Om en sådan ändring inträffar, utförs följaktligen en flödespåverkande åtgärd, genom att kringutrustningen 24 skickar signaler till en flödespàverkande anordning som i bilden illust- reras med en stoppare 26, vilken fungerar på känt sätt.

Stopparen 26 kan i ett nedsänkt läge bringas att tillsluta inloppet 30 till gjutröret 14, varvid metallflödet hindras från att strömma in i gjutröret 14.

Stopparen 26 kan i olika upplyfta lägen medge tillflöde av metall i olika mängder. En gasledning (ej visad) med ett gasutlopp är lämpligen anordnad i stopparen så att gas kan tillföras metallflödet, företrädesvis oberoende av stopparens 26 vertikala läge.

I Fig. 2 visas delar av en gjutanläggning 40, varvid en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning utnyttjas. De i denna gjutanläggningen 40 ingående delarna har givits samma hänvisningssiffror som motsva- rande delar i Fig. 1. Till skillnad från detekterings- anordningen 22 i Fig. 1 som bara var anordnat kring gjutrörets övre parti, innefattar detekteringsanordningen enligt den i Fig. 2 visade utföringsformen på flera platser längs gjutröret anordnade detekteringsorgan. Runt gjutrörets 14 övre parti visas således första detek- teringsorgan 42 vara anordnade och runt gjutrörets 14 nedre parti visas andra detekteringsorgan 44 anordnade.

För tydlighets skull illustreras bara dessa två uppsättningar detekteringsorgan. Fackmannen inser emellertid att det är möjligt att anordna flera detekteringsorgan längs gjutröret. Detekteringsorganen 42, 44 är, liksom detekteringsanordningen 22 i Fig. 1, kopplade till en mottaggande kringutrustning 24 som står i förbindelse med en flödespàverkande anordning 26. Med den i Fig. 2 visade utföringsformen kan således information om flödestyp erhållas på två ställen längs med gjutröret 14. Detta är fördelaktigt exempelvis då man vill säkerställa att flödestypen ändras längs med v..- -~ 10 15 20 25 30 35 519 375 14 gjutröret 14. Det kan vara önskvärt att ha ett ringformigt centrerat flöde i gjutrörets övre parti, varvid gasen som strömmar längs väggarna skyddar gjutröret fràn bland annat igensättning. Å andra sidan, för erhållande av ett jämnt flöde i kokillen 16, kan det vara önskvärt att ha ett bubbelflöde i gjutrörets 14 nedre parti. Den visade dubbla uppsättningen detek- teringsorgan kan även användas till att säkerställa att flödestypen är densamma längs med gjutröret 14, om detta är önskvärt.

Fig. 3a-3f visar olika alternativa konfigurationer för elektromagnetisk detektering, som har visat sig vara fördelaktig i samband med styrning av metallflöde i ett avlångt utrymme, såsom ett gjutrör. I Fig. 3a-3f visas en sändarspole som en randigt ifylld ruta, och en mottagarspole som en icke ifylld ruta. De streckade linjerna i dessa figurer är endast avsedda att illustrera vilken eller vilka av de pà avstånd belägna mottagar- spolarna som respektive sändarspole kommunicerar med, och illustrerar alltsà inte de faktiska elektromagnetiska fältens utbredning, vilket skulle göra figurerna otydliga.

En grunduppställning illustreras i Fig. 3a, varvid ett gjutrör 50 visas schematiskt ovanifràn som en cirkel.

Pà ena sidan om gjutröret 50 är en sändarspole 52 anordnad att alstra ett elektromagnetiskt fält. Intill sändarspolen 52 är en första mottagarspole 54 anordnad att avkänna det elektromagnetiska fältet som sändarspolen 52 alstrar. Pà andra sidan om gjutröret 50 är en andra mottagarspole 56 anordnad, som även den är avsedd att avkänna nämnda elektromagnetiska fält. Pà grund av dess placering kommer emellertid gjutröret 50 med innehåll, såsom flytande metall, att delvis avskärma sändarspolen 52. Den andra mottagarspolen 56 kommer därför att detektera ett svagare fält än den första mottagarspolen 54. Genom att man motkopplar eller subtraherar signalerna fràn mottagarspolarna 54, 56 tas grundsignalen, som kan 10 15 20 25 30 35 519 375 15 innehålla störningar, bort. Således mäts huvudsakligen endast den signal som påverkats av flödestypen i gjutröret 50.

Fig. 3b visar en alternativ konfiguration, i vilken sändarspolen 52 är anordnad att alstra ett elektro- magnetiskt fält och fyra mottagarspolar 54, 56, 58, 60 är avsedda att mottaga fältet. Tvà av mottagarspolarna 54, 58 är anordnade i närheten av sändarspolen 52, varvid dessa inte är skärmade av gjutrörets 50 innehåll. De övriga två mottagarspolarna 56, 60 är anordnade på andra sidan om gjutröret 50, varav den ena mottagarspolen 56 är anordnad diagonalt mot sändarspolen 52 medan den andra mottagarspolen 60 är anordnad förskjuten åt höger i figuren. Om ena sidan av gjutröret 50 är av särskilt intresse att mäta på är detta således en fördelaktig uppställningen. Sändarspolen 52 kan alstra elektro- magnetiska fält med olika frekvenser, exempelvis genom att matas med flera frekvenser eller genom att man sveper över flera frekvensband, varvid mottagarspolarna är parvis avstämda (såsom 54-56 resp. 58-60) mot respektive frekvens så att man enkelt kan särskilja de av mottagar- spolarna detekterade fälten.

I Fig. 3c har ytterligare en intill sändarspole 52 anordnad mottagarspole 62 och en skärmad mottagarspole 64 tillkommit. Denna ytterligare skärmade mottagare är vänsterförskjuten i figuren i förhållande till de övriga skärmade mottagarspolarna 56, 60, vilkas uppställning motsvarar den i Fig. 3b. Med denna uppställning i Fig. 3c erhålls således en mer komplett bild av flödessnittet genom gjutröret 50. Alternativt kan de tre avskärmade mottagarspolarna 56, 60, 64 ersättas med en enda mottagarspole som sveper i en väsentligen delcirkelformad bana runt gjutröret 50.

För att man skall erhålla en ännu mer komplett bild av flödet kan man anordna ytterligare mottagarspolar. I Fig. 3d visas exempelvis fem vid sändarspolen 52 anordnade mottagarspolar 54, 58, 62, 66, 70 och fem av 10 15 20 25 30 35 519 375 16 gjutrörets 50 innehàll skärmade mottagarspolar 56, 60, 64, 68, 72.

Istället för att bara använda en sändarspole, är det möjligt att utnyttja flera sändarspolar, så som visas i Fig. 3e. I figuren visas tre sändarspolar 80, 82, 84.

Varje sändarspole alstrar ett elektromagnetisk fält, företrädesvis med en frekvens som är skild från de frekvenser med vilka de övriga två sändarspolarna alstrar fälten. Sex mottagarspolar är inbegripna i detta arrangemang, varav tre mottagarspolar 86, 88, 90 är avskärmade av gjutrörets 50 innehàll och tre mottagarspolar 92, 94, 96 är icke avskärmade. Varje sändarspole (80, 82, 84) har sàledes en respektive (92, 94 resp. 96) (86, sida av gjutröret 50, varvid dessa tvà mottagarspolar är anordnad intill sig och 90) pà diametralt motsatt mottagarspole en mottagarspole 88 resp. avstämda för det frekvensband som just den specifika sändarspolen använder.

I denna Fig. 3f visar ytterligare en konfiguration. konfiguration används en sändarspole 100, tvà icke avskärmade mottagarspolar 102, 104 och en avskärmad mottagarspole 106. De tvà icke avskärmade mottagar- spolarna 102, 104 är motkopplade den avskärmade mottagarspolen 106. Även om alla de i Fig. 3a-3f visade arrangemangen innefattar motkopplade mottagarspolar, inser fackmannen att om en godtagbar signal erhàlls även utan motkoppling, kan de icke avskärmade mottagarspolarna utelämnas.

Fig. 4 visar ytterligare en alternativ konfiguration för elektromagnetisk detektering. I den här figuren visas ett längsgående tvärsnitt genom ett gjutrörsavsnitt 110.

En sändarspole 112 är anordnad runtomgàende gjutröret 110, och på motsvarande sätt är en nedanför denna placerad mottagarspole 114 anordnad kring gjutröret 110.

Ett elektromagnetiska fält B, 112, utbreder sig inuti gjutröret 110 och dämpas av innehållet, som alstras av sändarspolen innan fältet detekteras av mottagarspolen 10 15 20 25 30 35 519 375 17 114. Liksom i Fig. 3a-3f är det möjligt att inkludera en mottagarspole som detekterar det elektromagnetiska fältet utan påverkan fràn rörinnehàllet för att få en tydligare utsignal. Enligt uppställningen i Fig. 4 görs mätningen till skillnad fràn de i Fig. i vilka man mäter genom således i vertikala skikt, 3a-3f visade uppställningarna, gjutröret i horisontella skikt.

Fig. 5 visar ett exemplifierande blockschema över mätning och styrning av gas- och metallinnehàllet i ett flöd i ett gjutrör 120. som företrädesvis är av typen elektro- I blockschemat visas således en sensor 122, magnetisk sensor, akustisk sensor, sàsom ultraljuds- vibrationssensor, såsom sensor, stràlningsmätare, trycksensor röntgen- eller gammamätare, temperatursensor, eller hastighetsmätare, eller en kombination därav.

Sensorn 22 skickar vidare en flödesrelaterad mätsignal till en utvärderingsenhet 124, som omvandlar mätsignalen till tolkbara ärvärden. Dessa ärvärden matas till en styrenhet 126, eller användarenhet 128 angivna önskade börvärden, vilka som jämför ärvärdena med av en användare härletts empiriskt eller genom beräkningar. Styrenheten 126 styr sedan flödespàverkande parametrar utifrån resultatet av jämförelsen, sà att önskad flödestyp àstadkommes för det skikt där mätningen utförts. I blockschemat visas detta som en metallflödespàverkande enhet 130 och tvà gasflödespàverkande enheter 132, 134.

De tvà gasflödespàverkande enheterna kan exempelvis innefatta ett gasutlopp som är anordnat att spruta ut gas vid gjutrörets väggar respektive ett gasutlopp som är anordnat att sprutar ut gas centralt ovanför gjutröret.

Signalbehandlingen utgör i sig inte någon del av uppfinningen, utan är av sådan art att en fackman inom området kan genomföra de àtgärder som är lämpliga i sam- manhanget. Av denna anledning har inte heller någon större tonvikt lagts pà beskrivningen av signalbehand- lingen, varför denna endast har illustrerats schematiskt i exemplet ovan. 10 15 20 25 30 35 519 375 18 Fig. 6a-6c och Fig. 6a'-6c' illustrerar mycket schematiskt olika flödestyper för ett gasinnehàllande flöde av metall inuti ett avsnitt av ett rörformigt organ 140. Fig. 6a-6c visar ett längsgående tvärsnitt genom det rörformiga organet och Fig. 6a'-6c' visar för motsvarande flödestyp ett tvärgàende tvärsnitt genom det rörformiga organet. Metallen representeras av mörka partier och gasen representeras av ljusa partier.

I Fig. 6a, 6a' illustreras ett så kallat bubbelflöde, dvs. en gas 142 är utspridd i flytande metall 144, väsentligen i bubbelform. I Fig. 6b, 6b' illustreras ett ringformigt centrerat flödet, dvs. en väsentligen sammanhängande metallstràle 144 omges ringformigt av gasen 142. I Fig. 6c, 6c' illustreras ett ringformigt icke-centrerat flöde, dvs. metallflödet 144 följer huvudsakligen det rörformiga organets 140 väggar och omger en gasstràle 142 som strömmar i mitten av det rörformiga organet 140.

Fig. 7 visar ett diagram över hur de i Fig. 6 visade flödestypernas inverkan pà ett elektromagnetiskt fält varierar med frekvensen på det alstrade fältet. I diagrammet visas tre kurvor, varvid kurvan A illustrerar ett bubbelflöde, kurvan B illustrerar ett ringformigt centrerat flöde och kurvan C illustrerar ett ringformigt icke-centrerat flöde. Diagrammet visar hur, beroende på frekvens, ett metall- och gasflöde i ett rörformigt organ påverkar det elektromagnetiska fält som en mottagar- anordning detekterar och ger information om i form av en utsignal. Utsignalen visas i diagrammet som procentuell signalförändring mot en grundsignal vid 100 Hz. Med grundsignal menas i detta fall att det rörformiga organet är tomt, dvs. utan någon metall däri.

Som synes är det enkelt att urskilja kurvan B (ringformigt centrerat flöde) från de tvà övriga. Detta beror pà att metallstràlen i ett sådant centrerat flöde endast ger ett litet tvärsnitt för magnetfältet att tränga igenom och detta ger därför endast en liten 10 15 519 375 19 signalförändring jämfört med grundsignalen. Kurvorna A I båda fallen innehåller det rörformiga organet ett stort metalltvärsnitt, som medför och C liknar varandra. en stor skärmning av magnetfältet, vilket leder till stora signaländringar. Även om dessa båda kurvor liknar varandra uppvisar det betydande skillnader. Exempelvis skär de varandra vid ungefär 550 Hz, varefter kurvan C ligger högre än kurvan A. Detta beror på att bubblorna i ett bubbelflöde (kurva A) ger en bättre genomträngning för magnetfältet vid högre frekvenser än vad ett gasfritt homogent material gör. Även om vissa föredragna utföringsformer har beskrivits ovan, är uppfinningen inte begränsad till Det skall sålunda förstås att flertal modifikationer och variationer kan åstadkommas utan att dessa. fràngå ramen för föreliggande uppfinning som är definierad i de medföljande patentkraven.

Claims (37)

10 15 20 25 30 35 519 375 20 PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av ett gasinnehàllande dolt flöde av smält metall i ett av ett rörformigt organ avgränsat utrymme, företrädesvis inuti ett gjutrör, innefattande stegen: att för àtminstone ett bestämt skikt av metallflödet i utrymmet mäta àtminstone en storhet som är representativ för àtminstone en flödesfaktor i nämnda skikt, att utifrån den uppmätta storheten erhålla värden som ger en indikation om flödets utseende i nämnda skikt genom jämförelse med lagrade, fastställda, att utifrån resultatet fràn jämförelsen styra företrädesvis empiriskt värden, och àtminstone en flödespàverkande parameter, sàsom gastillförsel och/eller metalltillflöde, flödestyp av önskat utseende ástadkommes àtminstone i så att en nämnda skikt.

2. Förfarande enligt krav 1, vid vilket nämnda önskad flödestyp är något av följande: bubbelflöde, varvid gasen är utspridd i metallflödet, centrerat flöde av smält metall, varvid gasen huvudsakligen omger metallflödet, ringformigt icke-centrerat flöde av smält metall, varvid metallflödet huvudsakligen omger den centrerade gasen.

3. Förfarande enligt nàgot av kraven 1 - 2, vid vilket nämnda flödesfaktor innefattar metallinnehàllet i nämnda skikt.

4. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, vid vilket nämnda flödesfaktor innefattar gasinnehàllet i nämnda skikt. 10 15 20 25 30 35 519 375 21

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 4, vid vilket steget att mäta nämnda storhet innefattar att man mäter i ett skikt i flödets tvärriktning för att erhålla en indikering om metallens och gasens fördelning över nämnda flödesskikt.

6. Förfarande enligt krav 5, vid vilket man mäter i flera skikt och utifrån de utförda mätningarna erhåller en indikering om flödets utseende i respektive skikt genom jämförelse med lagrade värden, varvid man utifrån resultatet fràn de olika jämförelserna styr àtminstone en flödespàverkande parameter sà att en för respektive skikt önskad flödestyp àstadkommes, varvid samma flödestyp eller en kombination av olika flödestyper àstadkommes i utrymmet.

7. Förfarande enligt något av kraven l - 6, vid vilket nämnda àtminstone en parameter innefattar direkt eller indirekt tillförsel av gas, till utrymmet, företrädesvis med avseende pà volym, tryck, riktning eller position.

8. Förfarande enligt krav 7, vid vilket gasen tillförs uppströms det av det rörformiga organet dolda metallflödet.

9. Förfarande enligt något av kraven 7 - 8, vid vilket gas tillförs direkt till det avgränsade utrymmet och det däri strömmande metallflödet, företrädesvis väsentligen vinkelrätt mot huvudflödesriktningen.

10. Förfarande enligt något av kraven 7 - 8, vid vilket gas tillförs indirekt till det avgränsade utrymmet och det däri strömmande metallflödet, företrädesvis före utrymmets början och väsentligen i huvudflödesriktningen. 10 15 20 25 30 35 519 375 22

11. Förfarande enligt något av kraven 1 - 10, vid vilket steget att mäta nämnda storhet genomförs beröringsfritt i förhållande till gas- och metallflödet från åtminstone en sida av det avgränsade utrymmet.

12. Förfarande enligt något av kraven 1 - 11, vid vilket steget att mäta nämnda storhet genomförs kontinuerligt, varvid styrning av nämnda åtminstone en flödespåverkande parameter utförs vid behov.

13. Förfarande enligt något av kraven 1 - 12, vid vilket man mäter på ett metallflöde i ett gjutrör, varvid mätningarna av nämnda storhet utförs åtminstone vid ett av gjutrörets ändpartier.

14. Förfarande enligt nàgot av kraven 1 - 13, vid vilket steget att mäta nämnda storhet genomförs med hjälp av elektromagnetiska mätningar, varvid nämnda storhet, såsom inducerad spänning, företrädesvis är relaterad till styrkan hos ett elektromagnetiskt fält.

15. Förfarande enligt krav 14, vid vilket steget att mäta nämnda storhet innefattar: att alstra, vid sidan om det avgränsade utrymmet och nämnda skikt, ett elektromagnetiskt fält, att detektera, i ett läge där det avgränsade utrymmet med innehåll åtminstone delvis avskärmar det alstrade fältet, nämnda elektromagnetiska fält som påverkats av metall- och gasinnehàllet i nämnda skikt, varvid steget att fastställa den aktuella flödestypen innefattar: att utgående från det detekterade elektromagnetiska fältet fastställa ett värde som indikerar en viss flödestyp.

16. Förfarande enligt krav 14, vid vilket steget att mäta nämnda storhet innefattar: 10 15 20 25 30 35 519 375 lïíë 23 att alstra, vid sidan om det avgränsade utrymmet och nämnda skikt, ett elektromagnetiskt fält, att detektera, i ett läge där det avgränsade utrymmet med innehåll åtminstone delvis avskärmar det alstrade fältet, nämnda elektromagnetiska fält som påverkats av metall- och gasinnehållet i nämnda skikt, att detektera nämnda elektromagnetiska fält väsentligen utan påverkan av metall- och gasinnehållet i det avgränsade utrymmet, varvid steget att fastställa den aktuella flödestypen innefattar: att beräkna skillnaden i styrka hos de två detekterade fälten, indikerar en viss flödestyp. för fastställande av ett värde som

17. Förfarande enligt något av kraven 15 - 16, vid vilket nämnda avskärmade läge är diametralt motsatt den sida som nämnda fält alstras från.

18. Förfarande enligt något av kraven 15 - 16, vid vilket nämnda avskärmade läge är icke-diametralt anordnad i förhållande till den sida om utrymmet som nämnda fält alstras från.

19. Förfarande enligt något av kraven 1 - 18, vid vilket nämnda åtminstone en parameter innefattar tillflöde av metall till det avgränsade utrymmet, företrädesvis med avseende på volym eller riktning.

20. Förfarande enligt något av kraven 1 - 19, vid vilket man detekterar beläggningsuppbyggnad på/igensättning av ett gjutrör med inneslutningar/slagg som medföljer metallen, varvid åtgärder vidtas för motverkande av beläggningsuppbyggnaden/igensättningen.

21. System för styrning av ett gasinnehållande dolt flöde av smält metall i ett av ett rörformigt organ 10 15 20 25 30 35 519 375 Ilëëšíë 24 avgränsat utrymme, företrädesvis inuti ett gjutrör, innefattande: en detekteringsanordning vilken är avsedd att anordnas vid det rörformiga organet för att för åtminstone ett bestämt skikt i utrymmet mäta åtminstone en storhet som är representativ för åtminstone en flödesfaktor i nämnda skikt, en utvärderingsanordning som är kopplad till detekteringsanordningen för mottagande av värden som erhållits från den uppmätta storheten, och som ger en indikation om flödets utseende i nämnda skikt genom jämförelse med lagrade, företrädesvis empiriskt fastställda, värden, en styranordning som är kopplad till utvårderings- anordningen och som är anordnad att utifrån resultatet av jämförelsen styra åtminstone en flödespåverkande parameter, såsom gastillförsel eller metalltillflöde, så att en flödestyp av önskat utseende åstadkommes åtminstone i nämnda skikt.

22. System enligt krav 21, i vilket nämnda önskad flödestyp är något av följande: bubbelflöde, varvid gasen är utspridd i metallflödet, centrerat flöde av smält metall, varvid gasen huvudsakligen omger metallflödet, ringformigt icke-centrerat flöde av smält metall, varvid metallflödet huvudsakligen omger den centrerade gasen.

23. System enligt något av kraven 21 - 22, i vilket nämnda flödesfaktor innefattar metallinnehållet i nämnda skikt.

24. System enligt något av kraven 21 - 23, i vilket nämnda flödesfaktor innefattar gasinnehållet i nämnda skikt. 10 15 20 25 30 35 519 375 ,{ä;â 25

25. System enligt något av kraven 21 - 24, i vilket detekteringsanordningen innefattar en första uppsättning organ för mätning i ett första skikt i flödets tvärriktning för erhållande av en indikering om metallens och gasens fördelning över nämnda flödesskikt. i vilket detekteringsanordningen även innefattar en andra

26. System enligt krav 25, uppsättning organ för mätning i ett andra skikt, varvid utvärderingsanordningen är anordnad att utifrån de utförda mätningarna erhåller en indikering om flödets utseende i respektive skikt genom jämförelse med lagrade värden, varvid styranordningen utifrån resultatet från de olika jämförelserna styr åtminstone en flödespàverkande parameter sà att en för respektive skikt önskad flödestyp ástadkommes, varvid samma flödestyp eller en kombination av olika flödestyper àstadkommes i utrymmet.

27. System enligt något av kraven 21 - 26, i vilket organ för reglering av tillflödet av metall till utrymmet, företrädesvis med avseende på volym eller riktning, är anordnade uppströms utrymmet, vilka organ styrs av styranordningen.

28. System enligt något av kraven 21 - 27, i vilket organ för reglering av tillförsel av gas till utrymmet, företrädesvis med avseende pà volym, tryck, riktning eller position, är anordnade uppströms utrymmet, vilka organ styrs av styranordningen.

29. System enligt krav 28, i vilket nämnda organ för reglering är anordnade i direkt anslutning till utrymmet och det däri strömmande metallflödet. 10 l5 20 25 30 35 519 375 äßäå* 26

30. System enligt krav 28, i vilket nämnda organ för reglering är anordnade i indirekt anslutning till utrymmet och det däri strömmande metallflödet.

31. System enligt något av kraven 21 - 30, i vilket detekteringsanordningen innefattar en eller flera elektromagnetiska sändare och mottagare, varvid nämnda storhet, såsom inducerad spänning, företrädesvis är relaterad till styrkan hos ett elektromagnetiskt fält.

32. System enligt krav 31, i vilket detekteringsanordningen innefattar första organ som är anordnade vid sidan om det avgränsade utrymmet och nämnda skikt, för alstring av ett elektromagnetiskt fält, andra organ som är anordnade i ett läge där det avgränsade utrymmet med innehåll åtminstone delvis avskärmar det alstrade fältet, för detektering av nämnda elektromagnetiska fält, som påverkats av metall- och gasinnehållet i nämnda skikt, varvid utvärderingsanordningen innefattar: organ för att utifrån det detekterade elektromagnetiska fältet fastställa ett värde som indikerar en viss flödestyp.

33. System enligt krav 31, i vilket detekteringsanordningen innefattar första organ som är anordnade vid sidan om det avgränsade utrymmet och nämnda skikt, för alstring av ett elektromagnetiskt fält, andra organ som är anordnade i ett läge där det avgränsade utrymmet med innehåll åtminstone delvis avskärmar det alstrade fältet, för detektering av nämnda elektromagnetiska fält, som påverkats av metall- och gasinnehållet i nämnda skikt, 10 15 20 25 30 519 375 . q uooooo o o a. 27 tredje organ som är anordnade att detektera nämnda elektromagnetiska fält utan påverkan av metall- och gasinnehàllet i det avgränsade utrymmet, varvid utvärderingsanordningen innefattar: organ för att beräkna skillnaden i styrka hos de två detekterade fälten, för fastställande av ett värde som indikerar en viss flödestyp.

34. System enligt något av kraven 32 - 33, i vilket nämnda andra organ är anordnade diametralt motsatt den sida som nämnda första organ är anordnade.

35. System enligt något av kraven 32 - 33, i vilket nämnda andra organ är ”icke-diametralt anordnade i förhållande till den sida om utrymmet som nämnda första organ är anordnade.

36. System enligt krav 31, i vilket var och en av nämnda elektromagnetiska sändare och mottagare är anordnad runtomgàende det rörformiga organet, och i vilket nämnda elektromagnetiska sändare och mottagare företrädesvis är anordnade på skilda platser längs med det rörformiga organet,

37. Användning av ett system enligt något av kraven 21 - 36, för att detektera beläggningsuppbyggnad på/igensättning av ett gjutrör med inneslutningar/slagg som medföljer metallen, och för att vidta åtgärder som motverkar beläggningsuppbyggnaden/igensättningen.