专利名称：用于探测容器中液态金属的参数的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及探测和/或测量容器中液态金属的预定参数的方法及装置，特别地，涉及探测铸模中模粉的深度和所述铸模中液态金属的高度(level)的方法及装置。
背景技术：
在图1中，描述的是要使用本发明的连续铸造过程的基本构件。特别是，在图1中，附图标记1表示铸模，其适用于供给液态金属和排出固态金属；在这方面，已经标出，液态金属经入口1a被引入铸模1，而固态金属5经出口1b从铸模1排出。仍然在图1中，附图标记3表示储存液态金属的容器，而附图标记4表示储存在所述容器中的液态金属。而且，附图标记2表示喷嘴，液态金属4通过该喷嘴从中间容器3排出并被引入铸模1。最后，在图1中，附图标记6表示辊子，通过该辊子，固态金属被从铸模1中以固态棒材的形式取出，所述固态棒材在图1中以附图标记7表示。图1中附图标记5表示仍然包含在固态棒材7中的部分液态金属。
在现有技术中公知的并且通过如图1中所描述的装置来实现的连续铸造过程中，熔化的金属4的储备保持在中间容器3中，所述中间容器3包括底部出口，从该底部出口，金属经过喷嘴2流入铸模1。铸模1通常采用水冷却装置(未在图1中示出)冷却，该冷却装置冷却并固化熔化的金属，以便其作为固态棒材7离开铸模的出口1b。特别是，如图1所示，在铸模1的出口1b附近，金属棒7还包括液态或半液态金属5，而在离开所述出口1b的一段距离的地方，金属棒不再包含液态或半液态金属，而只包含固态金属了。如图1所示，固态棒材7遵循曲线的路径，该路径通过多个设置在固态棒材两侧的辊子6限定，辊子6协作连续地输送固态棒材7。最后，辊子6的后处理装置(未在图1中示出)切分固态棒材段用于进一步的加工处理。而且，模粉(未在图1中示出)被引入铸模1中液态金属的表面上；为达到这个目的，有几种公知的用于产生所述模粉并将模粉引入铸模1的装置，由于清楚的原因，这种装置未在图1中给予描述。将模粉引入铸模1中有几个目的，例如，用于润滑铸模1的内壁，和/或用于调节熔化的和/或液态的金属的固化速度。
如图1所示，在通过现有技术中的设备实现的连续铸造过程中，假定以可靠的方式测量模粉的深度和铸模腔中液态金属的高度有很大的相关性，实际上，测量模粉的深度和铸模腔中液态金属的高度是为了能相应地调节这两个参数。例如，如果铸模中的模粉的深度太低，那么可以相应地提高模粉输入铸模的速度。相反，如果铸模1中的模粉的深度太高，那么可以降低模粉输入铸模的速度。同样，如果出现在铸模1中液态金属的高度太低的情况，那么既可以增加向铸模输入液态金属的速度，也可以减小拉出固态棒材7的速度。相反，如果探测到铸模中熔化金属的高度太高，那么既可以减小向铸模1输入熔化金属的速度，也可以增加从铸模1拉出固态棒材7的速度。
这些年来，已经提出了几种用于测量铸模中的模粉的深度和熔化金属的高度的方法及设备。
例如，序号为EP0658747的欧洲专利申请公开了一种连续铸模，包括用于测量铸模中熔化金属的高度(level)的装置，以便熔化的金属保持在铸模上部的附近而不会溢流。这种已知的测量装置包括设置在铸模一侧的放射源和设在铸模另一侧的闪烁晶体探测器。该放射源是一种连续分解物质，其能使α射线、β射线和δ射线形式的粒子/能量变成点火器、自然物质。该探测器对这些粒子/能量的冲击产生响应以提供特定信号水平，该信号水平与该发射源和该探测器之间的距离的平方成反比。冲击该探测器的辐射的强度和从该探测器发出的信号与熔化的金属吸收辐射的程度成反比，由此形成在铸模中熔化金属的高度的函数。在上述欧洲专利申请中也公开了按照在管中探测到的熔化金属的高度的函数测量铸模中熔化的金属的高度的装置。
能够从序号为EP0859223的欧洲专利申请得知用于测量在连续铸模中熔化金属的高度的进一步的解决方案。特别是，在这个专利申请中公开的用于测量铸模中液态金属的高度的装置包括设置在铸模一侧并延伸至液态金属的预计高度之上和之下位置的一排辐射探测器。而且，辐射光子源设置在与探测器排列的安装面相对的铸模侧面上，以及提供了用于计算在单位时间内由每个辐射探测器或相邻的探测器接收的入射光子的数量的装置。接收的入射光子的数量提供了一种铸模中液态金属高度的尺度。因此，表示液态金属高度尺度的信号可以用作自动或周期地控制铸模内液态金属高度的控制信号。
根据现有技术中用于探测和/或测量在铸模中液态金属的高度的进一步的方法，使用了感应装置，适用于在熔化金属中激发寄生振荡电流，以便铸模中的液态金属的高度通过由系统消耗的能量的函数探测到。
仍然是根据现有技术中公知的进一步解决方案，测量铸模壁的温度，并且铸模中的熔化金属的高度可以通过测量的温度的函数被探测到和/或计算出来。
现有技术中已知的所有的方法和/或装置都受到几个缺陷的影响。特别是，影响现有技术的测量装置和/或方法的最相关的问题涉及这样的事实这些装置和/或方法都不允许对于熔化金属的高度和模粉的深度的同步的、可靠的探测。特别是，由于利用已知的方法和装置在模粉的深度和熔化金属的实际高度之间进行区分是不可能的，所以测量到的数值不能用于可靠地计算这两个参数。特别地，这是由于这样的事实测量的数值只给出了铸模内物质(熔化的金属和模粉)的总高度的指数，而不能同时获得这两个参数的可靠尺度。换句话，测量的数值只给了容纳在铸模中的物质的总高度的指数，这个总高度源自熔化的金属的高度和模粉的深度。
发明内容
相应地，本发明的目的在于提供一种能克服影响现有技术的方法和/或装置的缺陷的测量方法及装置。而且，本发明的目的在于提供一种用于测量铸模中熔化金属的高度和模粉的深度方法及装置，并能以可靠的方式探测这两个参数。本发明进一步的目的在于提供一种不需要昂贵和大型的计算设备就能同时计算这两个参数的测量方法及装置。再进一步的目的在于提供一种适合与几种已知的铸模过程和方法结合使用的测量方法及装置。根据本发明，由于铸模中的模粉的深度和熔化金属的高度被同时计算，所以能够在铸造过程中测量和/或调节铸模中的模粉的深度和熔化金属的高度。
根据本发明，这些目的通过提供一种用于测量铸模中模粉的深度和铸模中液态金属的高度的方法及装置，根据该方法及装置，在液态金属上面形成电磁开式谐振腔，并且根据所述谐振腔的电磁性能函数探测出和/或计算出模粉的深度和液态金属的高度。再更详细地，根据本发明，探测出所述电磁开式谐振腔的谐振曲线，并且根据所述曲线的带宽和电磁开式谐振腔的谐振频率的函数，计算出模粉的深度和液态金属的高度。
特别地，根据本发明，提供一种如权利要求1所述的测量设备，即用于测量容器中液态金属的预定参数的测量设备，所述容器包括入口，通过该入口液态金属被输入该容器内，特别是，所述测量设备适合设置于所述容器的所述入口上，以便于与容器结合，形成电磁开式谐振腔，并且由此所述测量设备包括探测装置，该探测装置适用于探测该谐振腔的电磁性能，以便通过所述电磁性能的函数获得所述预定参数。
而且，根据本发明，提供了一种如权利要求11所述的铸造装置，即一种适用于连续铸造过程的铸造装置，所述装置包括铸造容器，该铸造容器具有用于接纳液态金属的入口和用于排出固态金属的出口，所述容器用于盛装预定数量的液态金属，特别是，所述装置配置有权利要求1至10中任一项中所述的测量装置，所述测量装置设置于所述入口上，以便与容器和容置于其中的液态金属结合，形成电磁开式谐振腔。
还是根据本发明，提供了一种如权利要求16所述的方法，即用于测量容器中液态和/熔化金属的预定参数的方法，所述容器包括入口，通过该入口，液态金属被输入该容器，所述测量方法特别包括在所述液态金属上方形成电磁开式谐振腔的步骤，探测该谐振腔的电磁性能的步骤，通过所述电磁性能的函数获得所述预定参数的步骤。
本发明进一步提供如权利要求28所述的连续铸造过程，即包括向连续铸模输入液态金属并从所述铸模排出固态金属的铸造过程，所述过程进一步包括测量该铸模中的液态金属的预定参数，所述过程的特征在于，所述预定参数根据权利要求16至27中的任一项所述的测量方法来测量。
本发明的进一步的实施方式和/或细节在附属权利要求中限定。
根据下面的揭示将变得更加清楚，本发明基于的原则是在液态金属和覆盖的模粉之上形成电磁开式谐振腔，以便根据电磁开式谐振腔的性能的函数可以探测到熔化金属和模粉的预定参数。特别是，本发明的发明人得出结论，电磁谐振腔的电磁性能与铸模中的模粉的深度和熔化金属的高度严格地相关。特别是，本发明的发明人得出结论，如果探测到电磁谐振腔的谐振曲线，那么根据所述谐振曲线的带宽和谐振腔的谐振频率的函数就能测量出模粉的深度和熔化金属的高度。
下面，将参照本发明的特殊和/或优选实施例的附图给予描述，但是，值得注意的是，本发明不限于揭示的实施例，而揭示的实施例只涉及本发明特别的例子，其保护范围由附加的权利限定。
特别地图1示意地描述现有技术的铸造装置；图2a表示本发明的测量设备的构件部分的截面图；图2b和图2c分别涉及图2a所述的构件部分的相应的分解图；图3a为本发明的一个实施例的测量装置的截面图；图3b为图3a的测量装置的立体图；图4涉及本发明的测量设备的发射/接收装置的优选实施例的立体图；图5a描述了根据本发明的配置有测量装置的铸模的截面图；图5b涉及图5a的铸模的立体图；
图6a和图6b分别示意描述了本发明的测量装置的两个特别实施例；图7描述利用本发明的测量装置探测的数据的例子；图8a和图8b表示通过处理图7所述的曲线而得到的数据的相应例子；图9a和图9b涉及与铸模中的模粉和熔化金属相关的预定参数可以通过处理图7、图8a和图8b所示的数据来计算的方法的例子。
具体实施例方式
在通过参照在如下面的详细描述和所示附图中描述的实施例来阐述本发明的同时，应理解为，下面详细的描述和附图不是要将本发明限制在特定的说明性的公开的实施例，而是所描述的说明性的实施例仅仅是举例说明本发明的各特征，其保护范围由附加的权利要求限定。
根据上面的给出的公开是显而易见的，可以理解，当本发明用于探测和/或测量在连续铸模的过程中铸模中模粉的深度和熔化金属的高度时是特别有优势的。由于这个原因，下面将给出若干例子，其中，本发明的方法和设备的相应的实施例应用于连续铸造过程和连续铸造装置中，并且用于测量铸模中的模粉的深度和熔化金属的高度。但是，值得注意的是本发明不限于通过包括铸模的连续铸造装置来实现的连续铸造过程的特殊情况，而可以用于任何其它的需要测量和/或探测容器中熔化的或液态金属的预定参数的情况。特别是，根据下面的披露会变得很清楚，本发明在所有那些可以在熔化的和/或液态的金属之上形成电磁开式谐振腔的情况中是也可以应用的。根据下面的披露也会变得很清楚，本发明在所有具有如下特点的情况下是可以应用的，在该情况中，熔化的和/或液态的金属容置于包括上开口的容器中，以便可以通过在所述上开口上设置盖来形成电磁开式谐振腔，这样，所述电磁开式谐振腔由所述盖与容器壁以及容器中熔化的金属共同限定。更详细地，电磁谐振腔相关的所述谐振腔为“开式”谐振腔的特征通过盖内的适时地影响谐振腔的电磁性能的开口提供。因此，可以理解，本发明可应用于探测和/或测量那些熔化金属的所有参数，为了这一目的，可以在所述的参数与谐振腔的电磁性能和/或离开所述谐振腔的电磁信号的电磁特征之间建立关系。
在图2a中，附图标记10表示金属板或盖；正如从下列描述中会变得更清楚，所述金属板或盖10属于本发明的测量装置，并且适合放置于如铸模的容器的上端(在上入口上)，以便与容器及容置于其中的熔化金属共同限定电磁开式谐振腔。为了这一目的，图2a中所描述的金属板或盖10包括具有两个上孔14的主板11，孔14的形状和尺寸可以适当地选择，以确定在金属板或盖10下面的电磁谐振腔的电磁性能。特别是，可以选择孔14的形状和尺寸以便将谐振腔中的电磁场的谐振模式限定在特定频带。金属板或盖10在其中部进一步包括具有中心通孔13的管或导管12。而且，选择中心管或导管12的尺寸(直径和长度)，以便适当地影响金属板10下面的电磁谐振腔，特别是，确定谐振腔内的电磁场的谐振模式。此外，如下面所述将更清楚，中心管或导管12适合于容纳入口喷嘴2(参见图5a)，该喷嘴2用于将熔化和/或液态金属输入盖10下面的容器内。
现在参见图2b和图2c，其中相同或相应的部分通过相同的附图标记表示，可以看见，中心管或导管12利用中板12a保持在中心位置；特别是，通过中板12a，中心管或导管12保持在垂直于主板11的位置。在图2b和图2c中，附图标记15表示设置在主板11上的相应的凹口和/或缺口，设置所述的凹口和/或缺口以将分别适用于向位于盖10下面的电磁开式谐振腔输入电磁信号和从该电磁开式谐振腔接收电磁信号的发射装置和接收装置固定到盖10上。要选择管12的长度，特别是在主板11下面的管12的部分的长度，要使管12不会与盖10下面的熔化金属接触。而其原因将在下面进行更详细的解释，可以预料的是管12有助于限定和/或确定经过谐振腔输送的电磁信号的谐振模式。
下面，参照图3a和图3b，将对本发明的测量设备进行详细的描述。特别是，在图3a中，附图标记10表示参照上面图2a至图2c所述的金属板或盖；相应的，参照上面图2a至图2c所述的盖10的那些特征在图3a和图3b中通过相同的附图标记表示。由图3a可见，测量设备20除了盖10，包括发射装置21和接收装置22。设置发射装置21是用于将电磁信号输入到测量装置20下面的谐振腔的目的；以相似的方式，设置接收装置22是用于接收由装置21发射并且经过测量装置20下面的电磁开式谐振腔被输送的电磁信号的目的。在图3a在所示的特例中，发射装置21包括适合被连接到同轴电缆(未在图中示出)的电流回路23(也可参见图4)。但是，能够预料，可以设置不同的发射装置用于发射电磁信号而不脱离本发明的范围；对于接收装置22也是如此。
在图3b中，描绘了测量装置20的立体图。特别是，可以从图3b中看出，发射装置21和接收装置22分别固定于盖10的主板11的相对侧面上。而且，所述发射装置21和接收装置22固定于上面图2b和图2c中所示的主板11的相应的凹口或缺口15上。
图4描述的是适用于本发明的测量装置的发射装置的分解图。为此，发射装置包括适合与同轴电缆(未在图中示出)连接的电流回路23。为了获得希望的谐振腔内的场分布，电流回路的几何形状被特别地设计。电流回路23容置于类似盒形的主体28内，该主体包括开口29。以下将进行更详细的解释，在使用的过程中，即当发射装置21被固定到如上面相关的图2a至图2c所描述的盖10上时，开口29设置在对应于开口21a的位置(参见图5a)，开口21a设置在容器或装有熔化金属的铸模的壁上。这样，由电流回路23(或者通过适合于这个目的且本领域的技术人员公知的装置)产生的电磁信号可以被输入装有熔化金属的容器内，即输入由测量装置20、容器壁和容置于其内的熔化金属联合限定的电磁开式谐振腔内。
为了接收由图4中的发射装置21发射并且经过电磁开式谐振腔被传送的电磁信号，可以沿着现有技术中公知的那些装置使用一接收装置；特别是，所述接收装置可以具有与发射装置21相似的形状，即该接收装置包括类似盒子形状的主体，同时所述主体包括适于与用于熔化金属的容器的孔对应设置的孔。因此，离开谐振腔的电磁信号由类似盒子形状的主体捕捉到并可以被适用此目的的探测装置探测到。由于现有技术中有许多种数字/模拟接收器可以用于本发明的测量装置，所以认为可以取消所述发射装置的更详细的描述。
图5a和图5b分别表示根据本发明的例如铸模设有测量装置的用于容纳熔化金属的容器的截面图和分解图。特别是，在图5a和图5b中，测量装置用附图标记20表示，而容纳熔化金属的容器用附图标记1表示。在容器1中的熔化金属用附图标记31表示，而所述熔化金属的上表面和/或上水平面用附图标记31a表示。在图5a中，附图标记32表示漂浮在熔化金属31的上面并且为了与铸造过程有关的目而被引入容器1的模粉。在图5a和图5b中，模粉32的深度用附图标记32a表示。在图5a中，容器或铸模1的入口和出口分别用附图标记1a和1b表示。在图5a和图5b中，已在前面的附图中描述过的那些部分和/或构件用相同的附图标记表示。相应地，附图标记20表示包括具有主板11的盖10的测量装置，该主板11具有两个矩形孔14；而且，发射装置21和接收装置22安装于盖10的相对的侧面上，同时所述发射装置和接收装置的孔被分别设置于容器或铸模1的相应的孔21a和22a的附近。此外，在图5a中，标号L1、L2和L3分别表示管12的下部与熔化金属的上表面之间的距离、管12的下部与盖10的下表面之间的距离和管12的总长度。
在连续铸造过程中，熔化金属通过置于测量装置20的管12中的喷嘴2被输入容器或铸模1，并且通过出口1b，熔化金属从容器1被排出。而且，模粉通过盖10上的主板11的一个或两个孔14被输入容器或铸模1中。如下面将更详细地说明，测量装置20(包括主盖10、管12和发射装置21、接收装置22)与模粉32之上的容器1的壁和熔化金属31共同限定电磁开式谐振腔35。本发明的发明人已研究出，开式谐振腔35的电磁性能可以用于探测容置于容器或铸模1中的熔化金属31和模粉32的预定参数。特别是，始终存在于几何数量对31a和32a与由谐振腔35的谐振频率和频率响应的带宽限定的电磁参数对之间的关系已建立起来。相应地，如果探测到谐振腔35的性能，那么，计算和/或测量容器中的熔化金属的高度31a和模粉的深度32a也是可能的。
图5a和图5b中所示的设备主要包括容器或铸模1，该容器或铸模1具有容置于容器内的熔化金属31和漂浮在所述熔化金属之上的模粉32；和设置于所述容器1的入口1a上的测量装置20。从图的电磁点(和沿着喷嘴2的对称轴线)，图中所示的设备可以被认为是一段同轴缆线，该同轴缆线包括由容器1的壁限定的外部传导构件和由喷嘴2表现其圆形截面剖面形状的内部传导构件。而且，在图5a和图5b的设备中，外部的和内部的传导构件通过液态或熔化金属的设有模粉32的上表面31a被短路，该模粉32为漂浮在熔化金属上的绝缘构件。众所周知，在图5a和图5b中示意表示的结构中，沿着喷嘴2的对称轴线的基本的传播波型是种横向电磁波(TEM)；为了产生或限定谐振腔，这种基本的传播波型仅通过外部和内部传导构件之间的电接触来确定。通过熔化金属31的上表面31a在谐振腔的下部提供了电接触。但是，由于明显的机械原因，输入喷嘴2不能实现与容器1的壁或测量装置20的盖10的接触。而且，喷嘴2不能被引入实现与管12接触。由于这些原因，结构为开式谐振腔，以便TEM基本输送波型不能用于探测重要参数的目的。相应地，已利用高阶传播波型，特别是，发射装置21已被设计成能发射这种高阶传播波型。更进一步，在管12内，这种高阶传播波型被强烈地削弱，而对应于孔14，所述高阶传播波型几乎被将管12连接于主板11的板12a(参见图2c)完全反射。
因此，图5a和图5b中所示的设备为熔化金属31和模粉32之上的电磁开式谐振腔的确定或实现提供了可能性；相应地，由于所述谐振腔35的电磁性能和/性质取决于和直接相关于熔化金属的高度31a和模粉的深度32a，所以探测所述电磁性能和/性质允许间接探测所述的两个参数。特别是，如下更详细的描述，本发明的发明人已经观察到，如果探测出谐振腔35的谐振曲线，就可以在谐振腔的频率响应和熔化金属的高度和模粉的深度这一参数对之间建立关系。相应地，在根据本发明的以及为实现探测铸模中熔化金属的高度和漂浮在熔化金属之上的模粉的深度的目的的测量过程中，由发射装置21发射的在预定频率范围内的电磁信号通过容器1的开口21a被输入容器1(即输入电磁开式谐振腔35)。而且，穿过谐振腔35的所述电磁信号被接收装置22捕捉；一旦被接收装置22接收，电磁信号就被探测和处理，以便确定谐振腔的性质。因此，熔化金属的高度和模粉的深度可以由探测到的电磁信号的函数计算出来。
根据本发明的测量方法的优选实施例，按照预定的时间表，相应的不同频率的连续电磁信号被输入谐振腔35。特别是，为了探测谐振腔的谐振曲线，在两个连续的间隔大约1微秒的信号间，大约100个相应的不同频率的电磁信号被输入谐振腔。
在图5a和图5b中所示的设备可以如图6a和图6b示意地表示。由图6a清楚可见，发射装置21与能产生交替电信号的装置40电联接。而且，接收装置22连接于探测装置41。在图6a的图示中，金属高度31a和模粉深度32a由发射装置21和接收装置22之间的虚线想象地表示。由发射装置21发射和由接收装置22接收的电磁信号受到熔化的金属高度31a和模粉深度32a的影响。相应地，探测由接收装置22接收的电磁信号能使人获得这两个参数的读数。
在图6中，描述了本发明的测量设备的进一步的电气结构；特别是，在图6b的结构中，装置40和探测装置41设置在谐振腔的同一侧并且都电性联接于发射装置21。这些结构可通过使用数字和/或模拟装置实现。
通过在图5a和图5b中所描述的设备所形成的谐振腔35的电磁性能已经利用全波技术进行了分析；该探测结果显示于图7、图8a、图8b、图9a和图9b中。特别是，在图7中，描述了谐振腔的频率响应，其作为如图5a和图5b中所示的存在于容器1中的熔化金属的高度和模粉的深度的函数。特别是，图7中的与设备相关的频率响应，其中L1(管12的低端部分与熔化金属的上表面之间的距离)等于90mm，L2(管12的低端部分与主板11的下表面之间的距离)等于105mm，L3(管12的总长度)等于140mm。图7所示的曲线表示谐振腔的谐振曲线，其中，接收信号的强度作为频率函数被记录，其中所述信号是发射的信号。更详细地，在图7中，由虚线圆圈表示的曲线表示在没有模粉浮于熔化金属之上的情况下的谐振腔的谐振曲线。由点划线圆圈表示的曲线表示在模粉深度相应于30mm的情况下的谐振曲线。最后，由点线圆圈表示的曲线表示在模粉深度相应于40mm的情况下谐振腔的谐振曲线。最后，对于每组曲线，每个不同的曲线涉及相应的不同的容器内熔化金属的高度。由图7清楚可见，当熔化金属的高度增加，谐振频率也增加。而且，当模粉的深度增加，接收的电磁信号的强度(在各谐振频率的强度)减小，每个谐振曲线的带宽变大。因此，一方面，二维关系可以在谐振腔的谐振频率和频率响应的带宽之间建立，另一方面，二维关系可以在熔化金属的高度和模粉的深度之间建立。
为了准确地探测图5a和图5b所示的设备(即谐振腔35)的性能，在图8a中描述了谐振频率的同级曲线，作为在该设备中的熔化金属的高度和模粉深度的函数。特别是，图8a对应于熔化金属的高度从50mm变化到130mm(这就是说在图8a中，沿X轴的0值对应于90mm的熔化金属的额定高度)和模粉深度从0变化到40mm(图8a中Y轴)的情况。在图8a中，其中所示的几条同级直线连接模粉深度和熔化金属高度可能的数值结合。同样，在图8b中，为描述设备(即开式谐振腔)的谐振曲线的带宽的同级曲线或直线。而且，在图8b的情况下，熔化金属的高度从-40mm变化到+40mm，大约90mm的额定高度(图8b中的X轴)，模粉的深度从0变化到40mm(图8a中Y轴)。而且，在8b的情况下，适用于与10dB的小的谐振频率对应的信号强度值的带宽被计算出来。
由图8a清楚可见，谐振频率不仅取决于熔化金属的高度，由图8b清楚可见，谐振频率的带宽不仅取决于模粉的深度。但是，两族同级曲线基本上相互垂直。因此，为了从计算出的谐振频率和计算出的频率响应的带宽中计算出熔化金属的高度和模粉的深度，图8a和图8b中所示的二维关系可以转化。
这种转化的结果描述在图9a和图9b中。图9a和图9b表示，根据电磁开式谐振腔的频率响应函数获得模粉的深度和熔化金属的高度是可能的。特别是，由图9a得出，对于液态金属的高度发生1mm的变化，谐振频率相应变化是在1MHz之内以及带宽的相应变化在3.5MHz之内；因此，相对于液态金属的高度，对于谐振频率，测量设备的灵敏度大约等于1MHz/mm，对于带宽，测量设备的灵敏度大约等于3.5MHz/mm。同样地，由图9b得出，对于模粉的深度大约2mm的变化，谐振腔(由-10dB)的谐振曲线的带宽的相应变化为10MHz之内和谐振频率的变化在20MHz之内；相应地，相对于模粉的深度，对于带宽，设备的灵敏度可以预计是5MHz/mm，对于谐振频率，设备的灵敏度预计是10MHz/mm。
因此由上述利用标准电子设备的探测装置可以用于预测熔化金属的高度和模粉深度在1mm的精确度内的变化。
总之，本发明可以实现铸模内熔化金属的高度和漂浮在熔化金属之上的模粉的深度的计算。这两个参数可以通过形成于铸模内的电磁开式谐振腔的不同特性的函数被同时计算出来。因此，本发明能克服影响现有技术的测量设备及方法的最主要的缺陷，主要涉及这样的事实现有技术的测量设备及方法只能测量出一个包含熔化金属和漂浮于熔化金属上面的模粉的参数。并且，本发明的测量方法和设备可以应用于享有技术所知的大型铸造系统中。而且，标准电子设备可以用于以可靠的方式测量熔化金属的高度及模粉深度的目的，并具有关于设备的全部成本的明显优势。最后，本发明的测量方法及设备不需要与用于测量铸模中模粉深度及熔化金属高度的装置和/或方法结合使用。
当然，应当理解，对于上述实施例可以做更宽范围的变化和修改，而不脱离本发明的保护范围。例如，所述变化和修改可以涉及用于向谐振腔输入电信号的发射装置和为了探测谐振腔的电磁性能和/或特性接收排出谐振腔的电信号的接收装置的种类。
权利要求
1.一种测量设备(20)，用于测量容器(1)中的液态金属(31)的预定参数，所述容器包括入口(1a)，通过该入口所述液态金属被输入所述容器；其特征在于所述测量设备设置于所述容器的所述入口上，以便于与所述容器结合，形成电磁开式谐振腔(35)，并且所述测量设备包括探测装置(41)，该探测装置用于探测该谐振腔的电磁性能，以便通过所述电磁性能的函数获得所述预定参数。
2.如权利要求1所述测量设备，其特征在于，所述装置包括，分别通过所述容器的相应的入口(21a)和出口(22a)，向谐振腔(35)输入电磁输入信号的发射装置(21)和从所述谐振腔接收输出的电磁信号的接收装置(22)。
3.如权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述发射装置(21)在预定频率范围内向所述谐振腔输入电磁信号。
4.如权利要求3所述的测量设备，其特征在于，所述探测装置(41)结合于所述接收装置(22)并探测所述谐振腔的谐振曲线。
5.如权利要求4所述的测量设备，其特征在于，所述探测装置用于探测所述谐振曲线的带宽。
6.如权利要求4或5所述的测量设备，其特征在于，所述发射装置根据预定的时间表向所述谐振腔输入所述电磁信号。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的测量设备，其特征在于，所述设备进一步包括计算装置，该计算装置用于根据所述谐振腔的谐振频率和所述谐振曲线的带宽的函数计算所述参数。
8.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述设备包括盖(10)，该盖设置于所述容器的所述入口上面，所述盖包括具有至少一个通孔(14)的主板(11)，所述孔的形状和尺寸用于影响所述谐振腔的电磁性能。
9.如权利要求8所述的测量设备，其特征在于，所述盖包括至少两个矩形开口(14)。
10.如权利要求8或9所述的测量设备，其特征在于，所述设备进一步包括牢固地固定于所述主板(11)并穿设于所述主板(11)的管(12)。
11.一种铸造装置，典型用于连续铸造过程，所述装置包括铸造容器(1)，所述容器具有用于接纳液态金属的入口(1a)和用于排出固态金属的出口(1b)，所述容器用于容纳预定容量的液态金属(31)，其特征在于，所述装置配置有如权利要求1至10中任意一项所述的测量设备(20)，所述测量设备设置于所述入口上，以便与所述容器和容置于其中的液态金属结合，形成电磁开式谐振腔(35)。
12.如权利要求11所述铸造装置，其特征在于，进一步包括用于向所述容器输入模粉(32)的装置，并且所述容器中模粉的深度根据所述谐振腔的频率响应带宽和谐振频率的函数而被探测。
13.如权利要求12所述铸造装置，其特征在于，进一步包括用于根据所探测到的模粉的深度的函数调节所述容器中模粉深度的装置。
14.如权利要求12或13所述铸造装置，其特征在于，所述容器中的液态金属的高度(31a)根据所述谐振腔的谐振频率和频率响应的带宽的函数而被探测。
15.如权利要求14所述铸造装置，其特征在于，其特征在于，进一步包括根据所探测到的高度的函数调节所述容器中液态金属高度的装置。
16.一种测量方法，用于测量容器(1)中的液态金属(31)的预定参数，所述容器包括入口(1a)，通过该入口，所述液态金属被输入所述容器，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤在所述液态金属(31)之上形成电磁开式谐振腔(35)；探测所述谐振腔的电磁性能；根据所述电磁性能的函数获得所述预定参数。
17.如权利要求16所述测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤向所述谐振腔(35)输入电磁输入信号；从所述谐振腔接收电磁输出信号。
18.如权利要求17所述测量方法，其特征在于，在预定频率范围内的电磁信号被输入所述谐振腔。
19.如权利要求18所述测量方法，其特征在于，包括探测所述谐振腔的谐振曲线的步骤。
20.如权利要求19所述测量方法，其特征在于，包括探测所述谐振曲线的带宽的步骤。
21.如权利要求19或20所述测量方法，其特征在于，所述电磁信号根据预定的时间表被输入所述谐振腔。
22.如权利要求19至21中任意一项所述测量方法，其特征在于，包括根据所述谐振腔的谐振频率和谐振曲线的带宽的函数计算所述参数的步骤。
23.如权利要求16至22中任一项所述测量方法，其特征在于，所述容器是用于连续铸造过程的铸造容器，该容器包括用于排出固态金属的出口(1b)；所述电磁开式谐振腔通过盖(10)限定，所述盖包括具有至少一个通孔的主板(11)，所述孔的形状和尺寸用于影响所述谐振腔的电磁性能。
24.如权利要求23所述测量方法，其特征在于，所述主板(11)包括至少两个矩形开口(14)。
25.如权利要求23或24所述测量方法，其特征在于，所述谐振腔的电磁性能进一步受到管(12)的影响，所述管牢固地固定于主板(11)并穿设于所述盖(10)。
26.如权利要求23至25中任意一项所述测量方法，其特征在于，所述容器(1)进一步容纳位于所述液态金属之上的模粉(32)；并且所述容器中模粉的深度根据所述谐振腔的频率响应的带宽和谐振频率的函数而被探测。
27.如权利要求26所述测量方法，其特征在于，所述容器中的液态金属的高度根据所述谐振腔的谐振频率和频率响应的带宽的函数而被探测。
28.一种连续铸造过程，包括向连续铸模(1)中输入液态金属(31)和从所述铸模排出固态金属，所述过程进一步包括测量所述铸模中液态金属的预定参数，其特征在于，根据如权利要求16至27中的任一项所述测量方法计算所述预定参数。
29.如权利要求28所述过程，其特征在于，进一步包括向所述铸模中输入模粉(32)；并且探测到的参数包括在铸模中液态金属的高度和模粉深度中的一个或两个。
30.如权利要求29所述过程，其特征在于，所述模粉的深度根据所述谐振腔的谐振曲线的带宽和谐振频率的函数而被探测。
31.如权利要求30所述过程，其特征在于，根据所探测到的模粉的深度函数调节所述铸模中模粉深度。
32.如权利要求30或31所述过程，其特征在于，所述铸模中的液态金属的高度根据所述谐振腔的谐振频率和频率响应的带宽的函数而被探测。
33.如权利要求32所述过程，其特征在于，进一步包括根据所探测到的高度的函数调节所述铸模中液态金属高度的步骤。
全文摘要
一种方法及装置，用于同时并以可靠的方式测量在铸模中熔化金属的高度和漂浮于所述熔化金属之上模粉的深度，其中在铸模上的入口上方形成电磁开式谐振腔，并通过发射装置输入电磁信号到该谐振腔。然后，排出所述谐振腔的电磁信号被探测到，并在探测到的电磁谐振腔的特性与熔化金属的高度和模粉的深度之间建立关系。
文档编号B22D2/00GK1873383SQ20061008355
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年6月3日
发明者里卡尔多·塔斯科内, 吉塞皮·维罗内, 奥古斯托·奥利维里, 奥斯卡·安东尼奥·佩韦里尼 申请人:都灵无线基金会, 电子、计算机和电信工程研究会－国家研究协会