专利名称：测定双带连续铸造机熔池液位的方法
技术领域：
本发明涉及测定连续铸造机的工作状况的方法，这种连续铸造机具有一条限制注入连续铸造机进口的金属液的循环铸造带，更具体地说是涉及测定注入带式铸造机的进口区金属液的熔池的液位的方法。
连续铸造机用来直接从金属液铸出预定尺寸的长尺寸的金属带或扁坯。金属液限制在柔性的环形运动的金属带的前表面，在金属液从铸造机外的金属液源注入连续铸造机时所述的金属带与注入的金属一起运动。铸造带传送金属液，同时金属液凝固，同时在铸造带的背面施加高速的液体冷却剂流来冷却它，从贴近铸造带的金属中抽取热量，因而使凝固的金属形成连铸机中制成的带或坯。
往连续铸造机进口区导入金属液的速度要与铸造带运动速度所决定的铸造机的铸造速度实际上同步以把铸造机的进口区的金属液熔池的液位维持在要求的液位是很重要的。当进口的供料速度超过铸造速度时，熔池的液位将往上蠕升。当进口供料速度低于铸造速度时，熔池液位将降入铸造机内，使得金属液达到熔池前成瀑布降下一大段距离形成铸造机中的喷溅和湍流。这种喷溅和湍流造成铸造产品不均匀性和偏析。
当进口供料速度精确地和有控制地与铸造速度匹配时，这些带式连铸机可以连续地长期运行以成功和有效地铸出大批的带或扁坯产品。事实上，精确地测量金属液的供料速度和测定熔池液位都是很困难的，因为在大多数情况下金属液被铸造设备及铸机的进口区挡离在视线的范围外。
铸造带的连续运动和沿着铸造带背面流动的高速液体冷却剂流对于测定熔池液位又是一种障碍。由于金属液在注入熔池时温度最高，热通量最大，因而在铸造机的进口及熔池处强烈地连续冷却铸造带的背面是很重要的。
以前已经使用许多方法试图测定在这种连续铸造机中注入的金属液的熔池液位。例如，操作者用肉眼观察或用光电和热传感器(甚至建议用中子的幅射源的中子渗透来确定液位)。但是，包括肉眼观察等的现有技术通常是不很成功的。
美国专利3864973;3921697和4712602所公开的方法和设备得到改进的结果。本发明打算进一步改善用这些专利公开的方法和设备测定的熔池液位的分辩力及精度，并提供富裕度来增加精度和可靠性。
另外，将高温金属液例如钢水铸成薄截面产品时，熔池液位的测定是更困难的，因为进口区极窄并挡住肉眼的观察。当浇注薄截面时窄的垂直高度意味着往下流入熔池的注入的自由的金属液流通常是形成铸造产品的型腔的厚度(高度)的50%到70%。注入的金属液流或熔池入口的波或喷溅将迅速改变很热的金属和铸造带的接触而造成熔池液位测定中的不精确及干扰。因此，很需要增加分辩力和精度，特别在用高温金属液例如钢水浇注薄截面铸件时更重要。
因此，本发明的一个目的是提供一种测定连续铸造机进口中金属液的熔池液位的方法，这种铸造机具有至少一条柔性的环形的铸造带，它有一铸造表面同注入的金属相接触，这种方法比以前测定熔池液位的方法和设备提供了更大的分辨力。
本发明的另一个目的是提供一种新的改进的测定连续铸造机进口的金属液液位的方法，该方法测定熔池液位的精度更高，另外也提供了对液位的验证。
本发明还有一个目的是提供新的改进的测定双带连续铸造机金属液的液位的方法，该方法使用多个彼此间隔的温度传感器，当熔池液位处在传感器之间时，可用内插法求出在相邻的传感器之间的熔池液位。
在实施本发明时，在图解的一个实施例中提出了一种测定连续铸造机进口的金属液液位的方法，该种铸造机具有至少一条柔性的环形的旋转铸造带，它有一铸造表面同注入的金属相接触，还有一冷却的背面，用大体上连续的高速液态冷却剂流进行直接冷却，铸造表面涂以铸造带涂料使它和金属液隔开和保护起来，并控制金属液的冷却速率。这个方法包括预先确定在连续铸机进口薪鹗粢阂何灰蟮姆段В柚靡涣兄辽倨吒鋈却衅鳎胫齑脑硕睦淙幢趁娼哟ィ⑶掖酉嘤τ谥齑脑硕较虻纳嫌 下游间彼此间隔开成几个独立的位置而跨过所要求的预定的熔池液位的范围，确定一个预定的高于液态冷却剂的温度的温度门槛值，顺序监视来自各个热传感器的输出信号以了解传送带的运动的冷却的背面在这些传送器的各个上游-下游间位置上温度的改变。然后确认下两个相邻的传感器的温度是否超过门槛温度，再用一对相连的传感器之间之温度内插法来测定熔池的液位。
提供了一种基于从温度跨过相应于运动铸造带所要求的熔池液位的温度传感器系列传来的输出信号提供的数据来自动测定熔池液位的算法。液体冷却剂温度维持在70°到90°F，门槛补偿温度约为40°F，因此提供了一个门槛温度范围为110°到130°F。
参照附图及下面的说明可以更好地了解本发明以及本发明其它的目的、特性、特征及优点。附图中
图1是一个双带连续铸造机的示意的侧视图，该铸造机设置了用来测定金属熔池液位的双列热敏探测器，与上带的背面相接触。
图2是表示在测定金属熔池液位的程序和算法的流程图，与图1相配合。
现在参见图1，一个连续铸造机15包括上铸造带12和下铸造带14，它们可沿箭头13的方向移动。连续铸机的详细结构已在以前的专利中公开并作了相应的说明，此处不再重复。要求铸成带或条坯的金属液例如钢水通过铸造机15的进口11注入，沿着箭头18的方向以一个自由流16往下流动，进入铸造区C，并在铸造区C形成金属液24的熔池22。铸造区C限制在由柔软的上铸造带12和下铸造带14的相隔开的平行的前表面之间。
柔软的上下铸造带12和14由钢或其它金属或合金制成，这些材料具有韧性、抗磨损性及抗物理损坏和抗铸造中热冲击及温差的性能。在铸造带的正面上的涂层将铸造带及金属液隔开，保护了金属带并且帮助控制金属液的冷却速率。例如，这种涂层可用美国专利4588021所公开的那种涂料。上铸造带12的背面12a用大体上连续的高速的液体冷却剂流(未示出)来冷却。这些冷却剂流在双带连续铸造机的技术中是公知的。在下铸造带14的背面14a也用同样类型的高速冷却剂流冷却。
为了测定在铸造机15的进口区11中金属液24的熔池22的液位P，设置了两列热敏传感器1a-10a及1b-10b。换言之，第一列传感器1a-10a包括十个传感器，第二列传感器1b-10b也包括十个传感器，它们分别邻近于第一列传感器，组成十个传感器站1-10用来提供安全裕度和提高精度。这两列热传感器和上铸造带12的冷却背面12a相贴合。这些传感器在上游-下游方向13分成十个传感器站，并定位，以便跨架铸造机的铸造区C中金属液24的熔池22的液位P中所要求的范围。
传感器1a-10a和1b-10b可以是任何能提供一个作为上铸造带12的背面12a被检测温度的已知的函数的输出信号的合适的传感器。例如，可以使用任何能把传感器固定在相对于铸造带表面12a的一个固定位置上的合适方法固定的热电偶来提供指示被检测温度的输出信号。在以前的专利中已经描述了合适的固定方式。每对传感器1a和1b，2a和2b，3a和3b等相互靠近并在横向排成一行，因而任一个横跨熔池液位P的范围的任一传感器站包包括两个紧靠在一起的温度传感器，因此提供了相应于最佳实施例中的方法的一个裕度和精度。在指定位置的两个传感器指示的最高温度总是供控制用。使用两列温度传感器使得即使在一个传感器站有一个传感器不工作或者因某些原因与铸造带12接触不良时仍可提供裕度和保证读数。
在解释如图2所示系统的算法前，先对相应于本发明的精确测定熔池液位的方法作一下一般的评论。如前所述，数对传感器把要求测量的熔池液位范围P跨架起来。采用双列的传感器的目的之一是可选择每一位置或每一站的两传感器中较高的温度以消除在测取实际温度时的许多误差。这些误差可以包括例如铸造带运动带来的改变，传感器贴在铸造带上的接触量或压力的改变，由于冷却剂高速流动而使传感器的底部瞬时滑水或打滑，在熔池22上游对着铸造带12的局部区域的热的金属液流16的局部喷溅或波峰23等，或这些情况的某些组合。
因此，在每个传感器站有两个衅鞑⑷∑渲懈叩拇衅魑露瓤商岣呔龋绻幸桓龃衅魇Я椋蛄硪桓龃衅魅匀豢筛龆潦５比鄢匾何坏奈恢肞处在两个传感器站之间时，可以用插入法来得到实际熔池液位P的更精确的位置。
本发明的另一个特征是紧跟着被测熔池液位的两个相连的传感器站必须起动以确证熔池液位确实在所测定的位置。
因此，在本方法中选择了一个“门槛温度”，该温度超过用于冷却铸造带的冷却剂的“液态冷却剂温度”一个补偿温度。“液态冷却剂温度”被限定为施加到上铸造带的背面12a之前在贮藏器中的液态冷却剂的温度。“门槛温度”定在高于“液态冷却剂”的一个温度水平上以提供一个和铸造带12的铸造边贴近或接触的熔池的指示。因此，“门槛温度”等于“液态冷却剂温度”加上“补偿值”，该门槛温度用来测定金属熔池22的位置P。为便于说明起见，假设“液态冷却剂温度”是约70°-90°F，而“补偿值”定为40°F，则“门槛温度”约为110-130°F。例如，当液态冷却剂温度约为85°F，而门槛温度比其高40°F，也就是等于125°F，这对铸造机工作条件来说是很典型的。
现在参见图2，它示出熔池液位指示器的算法，其中的术语如下X＝传感器位置(传感器站号)
门槛值THRESHOLD＝“液体冷却剂温度”(或水温“WT”)+补偿值OFFSETPLI＝熔池液位指示器(传感器)Xa＝在a列中传感器的位置Xb＝在b列中传感器的位置T＝在一个特定位置的传感器的温度该系统的工作是从上传感器1a，1b往下扫描，也就是顺序对传感器对1a，1b到10a、10b的输出取样。相应地，图2中扫描步骤32监视传感器对1a、1b等的输出。函数方框34表明从任一有效传感器Xa或Xb来的输出信号必须高于水温(“WT”)加上补偿值(OFFSET)，例如在说明中所选的为110°F到130°F。然后继续扫描步骤32并把一个传感器信号施加到(如箭头35所示)第一比较器36上，在该处测定传感器位置Xa的温度是否超过传感器位置Xb的温度。相应地，在比较步骤36，确定了每对传感器中更高的温度。如果Xa高于Xb，把信号施加到比较器38上确定该更高温度的信号是否超过门槛温度。
如果传感器对Xa中的该更高温度超过门槛温度，那么本系统转到下面要说明的确认步骤。同样，如果Xb温度是在比较器36中得出的更高温度，而且经比较器40测定该温度超过门槛温度，那么本系统转到确认步骤。
如果没有任一温度超过门槛温度，那么如42和44所示继续扫描一直到比较器38-40比较出某一站的某一传感器具有比相邻的传感器更高的温度，并且该温度超过门槛温度。当有一个传感器温度超过门槛温度时，那么逻辑程序也转到确认步骤，如标号46所示。如果具有高于门槛温度的特定传感器是在传感器站10的传感器10a或10b，那么可知熔池液位P偏下靠近“液位标R”47的零位置，即在要求的熔池液位P的范围中的低限位置，则稍微增加金属液供料18的速度或者稍微减慢铸造带的运动速度13，或者把这两个措施都用上，以把熔池液位P提高到中等位置(如液位标R中50所示)。
如果比较器38回答是首定的，而扫描步骤46进展不到传感器站10，那么下一步的确认在步骤48进行，在48中检查下一个紧挨着的传感器位置以确定在该紧挨着的传感器站的两个传感器中是否有一个传感器的指示值高于门槛温度。
从图1所示情况更可了解到需要的确认步骤，图中示出了注入的金属液流16偶然产生一个波或喷溅23，与上铸造带12相接触。在这种情况下，至少有一个传感器2a或2b很可能指示高于门槛温度的温度。因而，在扫描中，在传感器站2出现指示温度超过门槛温度的情况下，操作将转到确认步骤以确定在相接着的两个传感器站3和4是否也指出高于门槛温度的温度。在传感器站2出现波或喷溅23的情况下，在传感器站3和4的传感器指示的温度并不超过门槛温度。因而可确定在传感器站2指示的高出门槛温度的温度，并不表示熔池液位P。
在图1所示的情况下，传感器对6a，6b中至少有一个指示的温度会高于门槛温度。扫描将一直进行到扫描到传感器6a和6b。这些传感器6a和6b即相当于图2中的熔池液位指示器(PLT)的传感器Xa和Xb。由于具有更高温度的传感器Xa或Xb将指示出高于门槛温度的温度，逻辑程序就转到如46所示的确认步骤，其中传感器X+1a和X+1b即相应于传感器7a和7b，而传感器X+2a和X+2b就相应于传感器8a和8b。确认步骤的目的是要确定是否传感器站7的一个传感器及传感器站8中的一个传感器的指示温度都超过门槛温度，从而来确认熔池液位P是在或高于传感器站6的位置。因此，确认步骤是一个两步过程，要求在下两个紧接着的传感器站都指示出高于门槛温度的温度才能断定所确认的位置是正确的。
再注意图2，如果在步骤48比较，传感器X+1a具有更高的温度，该程序就进行到第一确认比较步骤50，在该步骤将传感器X+1a的温度与门槛温度相比较。如果传感器X+1a的温度超过门槛温度，就完成了第一步确认，逻辑程序就转到如52所示的第二确认阶段。
如果刚好传感器X+1b具有更高的温度，且该温度高于门槛温度，也完成了第一步确认，逻辑程序转到如图中52所示的第二确认步骤。
如果50或54的门槛比较都没有被确认，则逻辑又转回到进一步扫描，如42或44所示。
如果在第一确认步骤50或54得到肯定的答复，操作就进行到第二确认步骤52。如果确认扫描前进到传感器站9，那么可知熔池液位P偏下靠近液位标R47上的第10位置，靠近熔池液位P的要求的范围的下限。则稍微增加金属液的注入速度18，或者稍微减慢铸造带的运动速度13，或者把两个措施都用上，以把熔池液位P提高到如液位标R47中50所示的中等位置。
如果确认扫描的进展已经不是在传感器站9，那么第二确认步骤将在56进行比较传感器X+2a和X+2b的温度如果比较器56指出传感器X+2a具有更高的温度，在比较器58中指出该温度超过门槛温度，那么也就完成了确认，然后如函数方框62所示，逻辑程序转到确定熔池液位P，这一点将在下面解释。
如果比较器56表明传感器X+2b具有更高的温度，且比较器60表明该温度高于门槛温度，那么就可以确认，并用方框62所示公式来确定熔池液位P。如果在比较器58或60中没有一个被确认，那么系统就转回到如42和44所示的初始扫描步骤。
当如图1所示，传感器站6具有高于门槛温度的温度，且在传感器站7和8的温度读数也高于门槛温度已被确认，那么熔池液位用图2中方框62所示的方式计算。该公式是熔池液位＝(100-10X)+〔 (T(X-1)-WT)/(OFFSET(补偿值)) 〕(1)式中X表示一个确认的传感器站号，在图1所示实例中，X代表传感器站6作为确认的传感器站。因而，从公式的前半部可以看出，熔池液位至少取决于100-10X，这里就等于100-60，即40。也就是说，确定熔池液位至少在液位标R47的40高度上。
公式的第二部分是一个插入值以更精确地确定相对于确认的传感器站6的熔池液位P。该插入值包括T(X-1)，该部分表示在确认的传感器站6之上的下一个传感器站也就是传感器站5的温度。该插入值还包括水温(WT)，例如85°F，还有补偿温度例如40°F。例如，由具有更高温度的传感器5a或5b中所检测到的温度T(X-1)是100°F那么该插入值为10( (100°-85°)/(40°) )＝10( (15°)/(40°) )＝3.75(2)把该插入值3.75加到已确认的液位40得出在熔池液位标R47上最终熔池液位P值为43.75。因此，本系统很有利地可允许在不是预先可知的传感器站之间的熔池位置的插入，因而允许更精确地确定熔池液位P的实际位置。
本系统很有利地可允许在传感器站之间插入在说明例中从所证明的邻近的上游的前一个传感器的温度得出的基值，同时也提供了利用在一个预定的传感器站的一对传感器中的更高温度读数的富裕度。本系统也提供了对两个相邻的传感器站高于门槛温度的信号的两次确认以确定熔池液位P的实际位置。
液位计算器62的测出值可以用于手工或自动控制金属液位注入速度18以维持铸造机15的连续操作。
在上面的实施例中，20个传感器1a，1b到10a、10b例如包括热电偶，每个传感器的反应时间为1-2秒。该反应时间意味着在任一传感器站铸造带表面12a如发生一个温度变化，其输出信号将在约1～2秒内改变。扫描速率约为每传感器1毫秒，因而每个传感器的信号可在1秒钟内反复扫描或取样数百次。
对于控制使用注射送料喷嘴(未示出)的注射型铸造的双带铸造机15，本发明也很有利在开始浇注时，熔池液位P远离注射喷嘴(未示出)的出口端。本发明用来监控熔池液位P以稳定熔池液位。然后，逐步提高熔池液位直到熔池液位对着注射喷嘴的出口端。据此，本发明用来确保熔池液位不低到离开注射喷嘴很远。
虽然作为举例，上面用了特殊的补偿温度40°F，但可以明白可选用更高的补偿温度。因此，所用的门槛温度可在约110°F到约160°F的范围内。
由于本专业一般技术人员都可懂得对于特定的操作要求及环境可以有很多的改变及改型，故不难了解，本发明并不局限于上述的实施例，而是包括在权利要求书所要求保护的本发明的精神及范围内的变化及改型。
权利要求
1.测定连续铸造机中进口区金属液池液位的方法，这种铸造机具有至少一条柔性的环形的旋转铸造带，其表面同注入的金属液相接触并且与注入的金属液一起运动，其背面用液体冷却剂冷却，所述的方法包括预先确定所要求的在连续铸机的进口区中金属熔池液位的范围，设置一组至少七个热传感器，与铸造带的运动的冷却背面接触，并且在相应于铸造带的运动方向的上游-下游中间按一定间隔分布，所述的传感器设置在上游-下游间彼此间隔开的传感器站，这些传感器站跨过所述的预先确定的熔池液位的要求范围，确定一个预定的温度门槛值，并由高于液态冷却剂温度的预定的温差所补偿，所述的液态冷却剂的温度是在液态冷却剂冷却所述的铸造带的背面之前测出的液态冷却剂的温度，顺序地扫描所述的传感器对运动着的铸造带冷却背面的温度的反应，选出在所述的传感器列中指示超过门槛温度的反应传感器，通过测定在反应传感器的下游紧挨着的下面两个传感器站的传感器是否也指示出超过门槛温度的温度来确认所述的反应传感器的指示是有效的，从而确认，该反应传感器有效地指出熔池的液位就在所述的反应传感器的传感器站上，使用从所述的反应传感器邻近的上一传感器站的传感器的温度得到的基值用内插法确定高于所述的反应传感器站的熔池液面。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在上游-下游间彼此间隔的传感器站中设置了十个传感器，这些传感器站跨过所述的预先确定的熔池液位的要求范围。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于对所述的传感器顺序监控是以每个传感器用约1毫秒的速度进行的。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于包括在每个传感器站设置两个传感器来提供富余的测定能力的步骤。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于还包括应用在每个传感器站的两个传感器中指示出的更高温度的步骤。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于内插确定高于所述的反应传感器站的熔池液位时使用了一个从所述的反应传感器站邻近的上一传感器站的传感器温度“T”得到的基值，并且所述的基值由下面的公式计算出基值＝f( (T-WT)/(OFFSET) )式中“T”是上述的在相邻的上一传感器站的传感器的温度，“WT”是液态冷却剂温度，“OFFSET”是预定的门槛温度高于液态冷却剂温度的一个预定的温差，“f”是传感器站的号数的函数。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于熔池的液位用刻度为0-100的标尺来评定，其中有十个传感器站设置在上游-下游间彼此隔开的位置上，每个传感器站有至少一个传感器所述的方法还包括下面的步骤用从所述的反应传感器邻近的上-传感器站的传感器的温度“T”得出的基值，内插确定高于所述的反应传感器站的熔池液位，所述的基值按下面的公式计算出基值＝10( (T-WT)/(OFFSET) )式中“T”是在上述相邻的上一传感器站的传感器的温度，“WT”是液态冷却剂的温度，“OFFSET”是预定的门槛温度高于液态冷却剂温度的一个预定的温差。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述的液态冷却剂的温度“WT”维持在约70°到约90°F的范围内，所述的补偿值“OFFSET”约为40°F。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的门槛温度定在约110°F约160°F的范围内。
10.测定连续铸机进口区金属液池液位的方法，这种铸造机具有上下两条柔性的可旋转的环形铸造带，其表面同注入的金属液相接触并且与注入的金属液一起运动，其背面用液态冷却剂冷却，所述的方法包括下列步骤预先确定在连续铸造机进口区中所要求的金属液池液位的范围，沿着上铸造带的背面在上游-下游间彼此隔开的位置设置至少七个温度传感站，所述的这些传感器站跨过所述的预先确定的熔池液位的要求范围，在每个传感器站沿着上铸造带的背面设置两个热传感器，选定一个预定的高于液态冷却剂温度的门槛温度值，所述的液态冷却剂的温度是在液态冷却剂与每条铸造带的背面接触前的温度，扫描从所述的传感器发出的信号，选出和应用在每个传感器站的两个传感器中具更高温度的指示信号，初步确定熔池液位它至少等于带有一个指示至少为门槛温度的传感器的最高传感器站位置，通过测定下游紧挨着的下面两个传感器站中各有一个传感器也都指示出至少为门槛温度的温度值来确认上述的初步确定的液位是正确的。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于有十个传感器站，每个站有两个传感器。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于所述的传感器的扫描是以每个传感器大约1毫秒的速度进行的。
13.根据权利要求10的方法，其特征在于还包括另一个内插步骤，即通过增加一个基值增量内插确定高于已初步确定熔池液位的传感器站的熔池液位，该基值增量是在上游方向相邻的上一个站的两个温度传感器中温度指示值中较高温度值的函数，所述的函数式为基值增量＝f( (T-WT)/(OFFSET) )式中“T”是所述的两个温度指示值中较高的一个，“WT”是液态冷却剂的温度，“OFFSET”(补偿值)是门槛温度与液态冷却剂温度之差。
14.根据权利要求10的方法，其特征在于熔池的液位用刻度为0-100的标尺来评定，并有十个传感器站，每个站有两个传感器，还包括另一个内插步骤，即通过加上按下式计算的基值增量来内插确定高于已确认初步液位的传感器站的熔池的液位基值增量＝10( (T-WT)/(OFFSET) )式中“T”是在高于已确认的传感器站的邻近较高传感器站中两个传感器指示的温度值中较高的一个，“WT”是液态冷却剂温度，而“OFFSET”是门槛温度和液态冷却剂的温度之差。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于门槛温度的范围为约110°F到约160°F。
全文摘要
测定双带连续铸造机熔池液位的方法，包括预定金属熔池液位范围，与铸造带冷却背面相贴设置至少七个传感器站跨过预定液位范围，确定温度门槛值，顺序扫描并选出能指示超过门槛温度的反应传感器，再测下两个传感器站的温度以确认所选出的反应传感器的指示有效，再用上一传感器站的温度求得的基值用内插法确定熔池的液位等步骤。在方法中每个传感器站设置两个温度传感器，使用其中较高温度的读数。本方法精度高，工作可靠。
文档编号B22D11/18GK1037472SQ8910307
公开日1989年11月29日 申请日期1989年5月5日 优先权日1988年5月5日
发明者踢莫塞·D·凯色, 潵贝·S·丹依乐, 查尔拉斯·D·达凯斯 申请人:哈泽里特形材铸造公司, Usx工程师顾问公司