专利名称：采用熔化金属高度计的连续浇铸设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及当熔化金属被连续浇铸时测量倾注到模中的熔化金属的液面高度的方法。另外，本发明还涉及采用这种方法的一种连续浇铸设备。
一般地，当熔化金属被连续浇铸时，粉末被提供到倾注到模子中的熔化金属的上表面上并随后被熔化金属的热量所熔化。熔化的粉末流入到垂直振荡的模壁与金属的一个固化壳之间，而该固化壳是借助模壁与固化壳之间的相对运动而以一个预定速率被拉出。固化壳的一个弯月形部分和固化壳的一个端部在当熔化金属流入模壁与固化壳之间时所产生的动态压力的作用下而发生变形。这种变形以模子的给定的振荡周期重复发生。因此，在浇铸的坯件的表面上形成了被称为振荡标记的周期性皱纹。当皱纹的深度较大时，在浇铸的坯件的表面上会产生缺陷。根据钢的类型，只有特定的元素在振荡标记的底部上被分离，或者产生了大量的吹孔且金属中的杂质含量增大，从而降低了产量。
另一方面，当横截面积小的浇铸钢坯或浇铸钢锭被连续地浇铸时，采用了菜子油而不是上述的粉末。这种菜子油在弯月形部分上燃烧并变成石墨，因而能够防止固化壳占据在模壁上。然而，难于在浇铸的钢锭的表面上形成清晰的间隔规则的振荡标记。因此，连续浇铸工作的稳定性和浇铸钢锭的质量比其中采用粉末的方法的要低。
关于控制初始固化的方法，日本专利未审查公开(Kokai)第52-32824号公布了以下的技术。在其中熔化金属与润滑剂一起被倾注到水冷却周期振荡的模子中并被连续地向下拉出的连续浇铸方法中，提供了围绕模子的一种电磁线圈，且交流电被连续提供给该电磁线圈，从而形成了一个交变的磁场。该交变磁场所产生的一个电磁力作用于倾注到模子中的熔化金属的弯月形部分上。因此，弯月形液面在电磁力的作用下发生弯曲，从而使浇铸的坯件的表面特性发生改善。进一步地，日本未审查专利公开(Kokai)第64-83348号公布了以下的技术。当电磁力被电磁线圈加到模子中的熔化金属上时，以脉冲的形式提供了一种交变磁场。由于前述作用，该电磁力在此粉末浇铸方法中被间歇地提供给熔化金属，从而使浇铸件的表面特性能够得到进一步的改善。进一步地，国内再公开的PCT国际公开第8-805926号公布了以下形成连续浇铸方法。为了提供一个电磁力，交变电流的幅度以与提供给模子的振荡频率相同的方式得到改变。当模子的频率(fm)和交变磁场的频率(fp)被适当地设定，以满足表达式0.69≤ln(fp/fm)≤9.9，其中ln是一个常数，弯月形部分被稳定地产生，且浇铸的坯件的表面特性能够得到进一步稳定。
关于熔化金属的液面的检测方法，已经开发和实施了各种方法。用于检测熔化金属的液面的方法的例子有一种传统的方法，其中采用了一个浮漂；光学方法(光电转换法)；采用超声波或辐射射线的方法；采用浸渍电极的方法；采用热耦的方法；以及，电磁感应法。进一步地，如日本未审查专利公开(Kokai)第3-122526、3-138536、4-187355和4-238661中公布的，开发了一种方法，其中由于涡流电流的改变而引起的接收线圈的阻抗的改变作为相位的改变而得到测量。日本未审查专利公开(Kokai)第4-238661公布了一种方法，其中熔化金属表面液面的改变范围被分成了多个部分，并由多个检测器进行测量，且当这些检测器被改变时，熔化金属的液面能够得到连续的测量。
然而，当上述现有技术被实际应用到其中包含了电磁感应加热装置的连续浇铸设备时，不可能准确地检测模子中的熔化金属的表面液面高度。当熔化金属表面液面高度的检测精度降低时，难于控制熔化金属表面液面高度。因此，难于稳定地形成熔化金属的弯月形液面。其结果，浇铸的坯件的表面特性恶化了。
另一方面，作为用于连续浇铸设备的熔化金属表面液面高度检测装置，经常采用一种涡流型熔化金属表面液面高度测量计，其中如上所述地应用了由交变磁场产生的电磁感应现象。除了上述涡流式熔化金属表面液面高度测量计之外，还提供了一种其中采用了嵌在模子中的热耦的方法和一种其中采用了γ射线的渗透率型检测器的方法。然而，从改善测量精度和响应特性的观点看，涡流式检测器是最好的检测器。因此，涡流式检测器在连续浇铸中得到了广泛采用。然而，只要在连续浇铸设备中采用了电磁线圈，电磁线圈所产生的交变磁场就作为噪声作用在涡流式熔化金属表面液面高度检测器上。因此，不可能准确检测熔化金属表面液面高度，且进一步地测量精度恶化了，这是一个很大的问题。以下具体描述该问题。例如，当涡流式检测器被用在其中强度不小于1000高斯且频率为200Hz的连续电磁感应浇铸的磁场中时，信号输出电压达到饱和，且进行测量是不可能的。在脉冲电磁感应浇铸的磁场中，信号输出电压在磁场被接通时达到饱和。因此，在这种饱和条件下不可能测量熔化金属表面液面高度，这在熔化金属表面液面高度的测量中是一个严重的问题。
为了解决上述问题，本发明人对以下的方面给予了极大的注意。在其中通过产生脉冲磁场而对浇铸的坯件的表面特性进行改善的连续浇铸设备中，一种高强度噪声在其中提供脉冲(磁场被接通)的时期里作用在涡流式熔化金属表面液面高度检测器上，然而，噪声在其中脉冲中断(磁场被关断)的时期里几乎不作用在涡流式熔化金属表面液面高度检测器上。从以上观点，本发明实现了以下方面。其中磁场被接通的时期以及其中磁场被关断的时期是周期地重复的并被输入到涡流式熔化金属表面液面高度测量计或模子内装式液面高度计的信号处理装置中。在此信号处理装置中，熔化金属表面液面高度只在其中磁场被关断的时期得到检测，且熔化金属表面液面高度在其中磁场被接通的时期里不被检测。由于前述原因，就可以稳定而准确地检测熔化金属表面液面高度，而不会受到电磁线圈产生的磁场噪声的影响。本发明的要点概述如下(1)一种用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，包括一个电磁线圈，它以这样的方式被设置在一个模子中的熔化金属的周围，使得电磁线圈围绕着该模子；一个电源单元，用于周期性地给电磁线圈提供其中单相交流电流的根均方值高的情况和其中单相交流电流的根均方值低的情况；一个检测器系统，用于检测熔化金属的表面；以及一个介质，用于在其中电源单元所周期地产生的单相电流的根均方值高的情况下向检测器系统发送信息且在其中电源单元周期产生的单相电流的根均方值低的情况下向检测器系统发送信息。
(2)根据(1)项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中检测器系统所产生的熔化金属表面液面高度的值是由用于进行发送的介质的信息确定的。
(3)根据(1)或(2)项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中检测器系统所产生的熔化金属表面液面高度的值只当一个单相交流电流低时被作为用于进行发送的介质的信息而得到输出。
(4)根据(1)至(3)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中用于进行发送的介质是电信号导线。
(5)根据(1)至(4)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，该检测器系统包括一个初级信号发生装置；一个初级检测器线圈，用于从初级信号的电流产生一个电磁场；一个次级检测器线圈，用于当次级检测器线圈跨过电磁场时产生一个次级电压；以及一个次级信号处理装置，用于处理次级检测器线圈产生的次级电压信号。
(6)根据(1)至(5)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中初级信号处理装置的输出根据用于进行发送的介质的信息而被接通和关断。
(7)根据(1)至(5)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中次级信号处理装置的输出被接通和关断。
(8)根据(1)至(7)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中当电磁线圈的单相交流电流的强度低时电源单元的输出为零。
(9)根据(1)至(8)项中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中一个周期T0为30≤T0≤300(ms)，其中T0是在电磁线圈的单相交流电流的强度高和低的情况下的一个周期，且单相交流电流的一个周期f为60≤f≤400(Hz)。
图1是设置图，显示了根据本发明的用于连续浇铸的熔化金属表面液面高度测量计的轮廓。
图2显示了波形，其中(a)显示了电磁发生装置的电磁线圈的电流波形，且(b)显示了屏蔽的波形。
图3(a)显示了频率与电流之间的关系。
图3(b)显示了电流的接通/关断的间距(T0)与浇铸的坯件的表面粗糙度之间的关系。
图4是流程图，显示了进行本发明的连续浇铸定时器的操作过程。
图5显示了连续浇铸设备中用于浇铸熔化金属以实现本发明的熔化金属表面液面高度控制单元的总体设置。
图6是框图，显示了本发明的一个实施例中采用的一种滑模装置的设置，其中显示了模MD的纵向截面；图7是框图，显示了图6显示的电源电路的设置。
图8是时序图，按照时间顺序显示了至图7显示的电源电路的输入Us、Vs、Ws，并按照时间顺序显示了电输出控制信号Su、Sv、Sw。
图9是框图，显示了在本发明的一个实施例中采用的另一种滑模装置的电源电路的设置。
图10是时序图，按照时间顺序显示了至图9显示的电源电路的输入Us、Vs、Ws，并按照时间顺序显示了输出电压U、V、W的改变。
以下结合附图所示本发明的概况描述本发明。
图1是设置图，显示了根据本发明的用于连续浇铸的熔化金属表面液面高度测量计的轮廓。在图1中，在一个模子1的外侧周边上与模子1中的熔化金属2的表面3相应的位置处，设置了一个磁发生器4。模子1中的熔化金属2受到磁发生器4产生的交流电流的激励，即在熔化金属2中造成了对流。在熔化金属2的表面3的正上方，设置了一个熔化金属表面液面高度检测器5，用于测量熔化金属表面液面高度。通常，采用内装在模子中的液面高度计或涡流式液面高度计作为熔化金属表面液面高度检测器5。这种熔化金属表面液面高度检测器5由初级线圈7和次级线圈8构成—这些线圈与熔化金属表面平行地设置，且在初级线圈7与次级线圈8之间设置了一块铁磁物6。当在上述条件下用熔化金属表面液面高度检测器5测量熔化金属表面液面高度时，可能会遇到以下问题。只要采用电磁线圈，在设置电磁发生器4中的电磁线圈所产生的交变磁场就会作为噪声而作用在熔化金属表面液面高度检测器5上。因此，不可能准确地检测熔化金属表面液面高度，且测量精度恶化了。
为了除去上述噪声并稳定地测量熔化金属表面液面高度，本发明人采取了以下应付措施。如图2所示，电源单元产生的电流具有经电磁线圈而在接通与关断之间周期性地改变的波形。在接通状态下，电磁线圈产生出交变磁场，且在关断状态下没有交变磁场产生。本发明人注意到上述现象。因此，决定以接通和关断的方式操作电磁发生器4。根据电磁发生器4的接通和关断方式进行的操作，通/断如(b)所示地以彼此平行的方式进行，即在电磁发生器4的接通状态下，进行屏蔽；且只在电磁发生器4的关断状态下，熔化金属表面液面高度检测器5产生的信号得到处理以测量熔化金属表面液面高度。即，一个电流被周期地提供给电磁发生器4中的电磁线圈。虽然该电流较好地是在电磁线圈的电流被接通时得到提供，旋转磁场的方向在正常与相反方向之间改变。提供了任意数目的周期，其中电流被关断。随后，周期性的电流提供被重复进行。只在关断的时期里，涡流式液面高度计或内装在模子中的液面高度计进行熔化金属表面液面高度测量并输出结果。以此方式，熔化金属表面液面高度总是能够得到准确的测量。进行测量所需的处理将在以下得到具体的描述。
一个初级信号从初级信号发生器9被送到熔化金属表面液面高度检测器5的初级线圈。这种初级信号可以间歇或连续地被传送。该初级信号被导电铁磁物质6所放大并被发送到次级线圈8，且一个次级信号被发出。这种次级信号被送到次级信号处理装置10被得到处理。次级信号处理装置10包括一个放大滤波器10，用于放大该信号；一个探测器11，用于进行峰值探测或相位探测；RMS 12；以及，放大器13。这种次级信号处理装置10对次级信号进行处理。进一步地，次级信号处理装置10根据一种屏蔽信号进行信号处理。另一方面，从用于控制电磁线圈提供的电流的频率的控制部分15，除了正常的正弦波形之外，一个接通区或关断区的指令根据一种梯形波形而得到传送。在本发明中，较好的是控制部分15重复进行这种方式的控制，从而使电磁线圈的电流在1至5个周期中被接通，且当电流被接通时，提供了任意数目的关断时刻，且随后电磁线圈的电流被接通1至5个周期。在此情况下，只有当电流被关断时，控制才能够开始。当电磁线圈的电流被关断时，操作在这样的条件下进行—即低强度的电流被接通，从而电磁线圈与涡流式液面高度计或内装模子中的液面高度计之间不发生相互作用。由于前述原因，可以在噪声强度被进一步降低时测量熔化金属表面液面高度。控制部分15的指令被进一步送到初级信号发生器9和RMS 12，且当电流被关断时进行测量熔化金属表面液面高度的信息处理。
特别地，在本发明中，较好的是在频率(f)和提供电流的通/断间距满足关系60≤f≤400(Hz)和30≤T0≤300(ms)时电流被接通。如图3(a)所示，在本发明中，根据频率与电流之间的关系，当频率大约为200Hz时噪声的强度变为最小。当浇铸件的表面粗糙度(Rmax)与提供电流的通/断间距之间的关系在200Hz频率下得到检查时，如图3(b)所示，当提供电流的间距(T0)为200ms时，浇铸件的表面粗糙度得到了显著的改善。因此，从改善浇铸件的表面粗糙度的角度看，较好地是在提供电流的通/断间距(T0)被保持在30至300ms的范围内的情况下使电流流动。在此方面，当T0不大于30ms或不小于300ms时，熔化金属表面液面高度测量计不可能跟随改变。因此，较好地是以上述方式设定通/断间距。
进一步地，在本发明中，当可变线圈和屏蔽装置被加到涡流式液面高度计或内装在模子中的液面高度计的次级线圈侧时，可以在不受电磁线圈产生的交变磁场噪声的情况下准确地检测熔化金属表面液面高度。
图4是流程图，显示了其中在交变磁场中没有噪声产生的连续浇铸的高度准确的操作过程。
在根据本发明的熔化金属表面控制方法中，为了从模子振荡装置产生一个振荡触发信号，用于振荡模子的马达的转动位移得到检测，且判定该转动位移是否处于使振荡触发信号被接通的状态。当转动位移处于使振荡触发信号被接通的状态时，振荡触发信号被接通。当转动位移不处于使振荡触发信号被接通的状态时，振荡触发信号被关断。当振荡触发信号被关断时，电源单元停止提供电流。当振荡触发信号被接通时，脉冲电流开始流动。对脉冲电流的检测是在绝对值检测电路中的检测电流信号上进行的，且在计算中产生一种脉冲触发信号。随后，判定该脉冲触发信号是被接通还是被关断。当脉冲触发信号处于接通状态时，对液面信号进行取样。另一方面，当脉冲触发信号处于关断状态时，最后一次测量到的取样值得到保持，且不进行取样。如此获得的熔化金属表面液面高度的取样和保持信号受到低通滤波处理和线性化处理，并随后被传送到下一个熔化金属表面液面高度控制系统。以此方式，熔化金属表面液面高度控制得以进行。
以下结合图5，详细描述本发明的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备的熔化金属液面控制装置的总体设置。
在图5中，熔化金属2从一个浇铸喷嘴18被浇铸到用于进行连续浇铸的模子1中。在模子1中，提供了用于使模子1垂直振荡的模子振荡装置19。设置了围绕模子1的电磁线圈4。当使脉冲交变电流在电磁线圈4中流动时，一个电磁力被加到熔化金属上并形成了一个稳定的弯月形液面。另一方面，在熔化金属表面的正上方，提供了电磁线圈4熔化金属液面检测器的头部分5。模子中的熔化金属表面的液面始终由头部分5进行测量。
在本发明的熔化金属表面液面高度控制装置中，由模子振荡装置19产生一个振荡触发信号。为此，一个转动编码器20与模子振荡装置19的一个马达转轴(未显示)相连，且马达(图中未显示)的转动位移由转动编码器20检测。随后，由与转动编码器20相连的一个计算装置21根据一种比较计算，产生一种振荡触发信号22，其中在该比较计算中用必须输出触发信号的一个转动位移处的已有数据同已经取得的转动位移的实际数据进行比较。这种振荡触发信号22被发送到电源单元23，后者启动电磁线圈4的操作。随后，根据振荡触发信号22，电源单元23的电源24使一种脉冲交变电流流过激励线圈，从而产生脉冲磁场。
在电源24与电磁线圈4之间的一个电缆25上提供了一种电流检测器26。由该电流检测器26检测一种电流信号。如此检测到的电流信号在设置在脉冲触发信号取得装置27中的绝对值检测电路28中受到绝对值检测。进一步地，由计算装置29产生一种脉冲触发信号30，从而能够在脉冲磁场被关断时进行取样，且如此产生的脉冲触发信号30被发送到一个熔化表面液面检测器信号处理装置31。这种熔化表面液面检测器信号处理装置31包括一个高频放大器和滤波器32、取样和保持电路33、低通滤波器34、以及线性化器35。这些单元根据脉冲触发信号30取样或保持信号。由于前述原因，熔化金属表面液面高度信号中的时间信号被除去，该时间信号是由涡流式熔化金属表面液面高度检测器头部分5检测到的，并包含电磁线圈4产生的噪声。以此方式从其中除去了噪声的熔化金属表面液面高度信号受到低通滤波器34和线性化器35的处理，从而能够把准确的熔化金属表面液面高度信号传送到熔化金属表面液面高度控制系统36。以此方式，能够高度准确地控制熔化金属表面液面高度。
以下描述本发明的设备中进行的滑模操作。滑模的目的，是通过提供一种周期性间距的力，而使粉末被均匀地倾注到模子中，并使振荡标记的产生受到抑制或阻止。
图6是其中包含了本发明的一个实施例的连续浇铸模子MD的纵向截面图。模MD由两个彼此相对的长边46、46和设置在两个长边之间的两个短边47、47构成。熔化金属经过图中未显示的注入喷嘴而从顶部向底部地被倾注到模MD中。模子中的熔化钢MM的一个弯月形液面(上表面)被用粉末PW所覆盖。模MD由流入一个水箱和设置在模子中的一个水通道的冷却水所冷却。因此，倾注到模MD中的熔化钢MM从它与模MD相接触的表面开始逐渐地固化，且浇铸的坯件SB被连续地拉出。然而，由于熔化钢MM被连续地倾注到模子中，模子总是充满了熔化钢MM。
在这种模MD周围，缠绕了六个电子线圈37至42，它们沿着z方向以这样的方式分布—即六个电子线圈围绕着纵轴(z)。当电能被提供给电子线圈37至42时，与各个线圈中流动的电流相应的收缩力(凝固力)作用在位于沿着各个线圈的纵向方向z的液面处的熔化金属上。因此，沿着x和y方向的熔化金属MM的分布，沿着指向z轴的方向发生收缩。由于熔化金属MM的分布以上述方式发生的收缩，弯月形液面膨胀。因此，在收缩力作用于的液面(沿着z方向)处的外侧的熔化金属MM的固化壳与模子的内表面之间，产生并延伸出了一个间隙。其结果，粉末进入到该间隙中。
在此实施例中，通过三相电源电路43，电子线圈37至42被加以与三相信号发生起48所产生的信号Us、Vs、Ws同步的三相脉冲电压U、V、M。信号Us、Vs和Ws之间有120°的延迟。
三相信号发生器48提供表示具有交变电压的各个半周期相角(相和0至179°)的电压的数据。三相信号发生器48包括用于产生正弦波的半波的ROM；相位计数器；用于输出信号Us、Vs、Ws的三个锁存器；用于把得到锁存以输出的数据转换成模拟电压的三个D/A转换器；以及，读取控制电路，用于根据相角计数器的时钟脉冲计数值读取半波电压数据Us、Vs、Ws，并用于锁存到三个锁存器以输出这些相位。
相位计数器是一种循环计数器，它以这样的方式工作，即收缩控制器49所给出的时钟脉冲从0开始计数，且当计数值成为360时，计数值被初始化且随后计数操作在此时刻重新开始。
读取控制电路的工作如下。当色彩脉冲产生且相角计数器完成了与色彩脉冲的产生相对应的计数值加1时，相角计数器得到检查。当计数值处于从0至179的范围内时，与该计数值(相角)相应的电压数据被从ROM读出并锁存到Us、Vs、Ws的三输出锁存器的第一相位Us。当计数值是180时，相关的锁存被清除，且当计数值是181至360时，清除的状态得到保持，即输出值0得到保持。随后，从计数值减去120的一个值得到检查(当从计数值减掉120所得到的值是负时，把360加到该值上)。当这种值处于从0至179的范围内时，与减之后的值相应的电压数据被从ROM读出并得到锁存，从而使它能够被引到输出锁存器的第二相位Vs。当减之后的值是180时，该锁存器得到清除，且这种清除状态在从181至360的范围中得到保持。随后，当从计数值减240所获得的值得到检查时获得的一个值(当减240所得到的值为负时，把360加到该值上)得到检查。当该值处于从0至179的范围时，与减之后的值相应的电压数据被从ROM读出并得到锁存，从而能够被引至输出锁存的第三相位Ws。当减之后的值是180时，该锁存器得到清除，且这种清除状态在从181至360的范围中得到保持。
这些锁存数据被D/A转换器转换成模拟电压—它们是图8显示的模拟信号Us、Vs、Ws—并被加到三相电源电路43上。
模拟信号Us、Vs、Ws只是相应的三相交变信号的相位电压的正半波。这种三相交变电流的频率是时钟脉冲的频率的1/360，即这种三相交变电流的频率由时钟脉冲的频率确定。当这种时钟脉冲，当收缩控制器49与已经由操作者经过控制面板50输入的驱动频率相应地产生它时，被提供给三相信号发生器48。在此情况下，(时钟脉冲频率)＝(操作者指定的驱动频率)×360。
图7显示了三相电源电路43的设置。用于从交流至直流的整流的可控硅桥51与三相交变电源相连。可控硅桥51的一个输出，即可控硅桥51的脉冲电流受到电感54和电容器55的平滑。如此平滑的直流电压被加到功率晶体管切换电路56上，以输出三相脉冲。从功率晶体管切换电路56输出的三相脉冲的U相电压脉冲被加到图6显示的电子线圈37、38上，且V相电压被加到电子线圈38、41上，且W相电压被加到电子线圈39、42上。
线圈电压指令VdcA从收缩控制器49被提供给相角α计算器53。相角α计算器53计算与指令VdcA相应的一个连续相角α(可控硅触发相角)。表示这种连续相角α的一个信号被提供给门电路驱动器52。门电路驱动器52在各个相的零交叉点开始相位计数，且各个相位的可控硅在相角α得到触发，从而实现电连续性。由于前述原因，指令VdcA显示的直流电压被加到切换电路56上。
另一方面，由三相信号发生器48提供的相位电压Us、Vs、Ws被提供给比较器58。一个阈值电压(模拟电压)由D/A转换器59提供给该比较器58。阈值数据由控制器49提供给D/A转换器59。D/A转换器59把这种阈值数据转换成模拟电压。
当U相信号Us不小于该阈值电压时，比较器58向U相(向用于输出U相的晶体管)输出一个高电平H信号(晶体管被接通)，且当U相Us低于阈值电压时，比较器58向U相(向用于输出U相的晶体管)输出的低电平L的信号(晶体管被关断)。关于V相信号Vs和W相信号Ws，进行相同的操作。在此实施例中，为了防止三相切换晶体管(其数目不少于两个)同时被接通，提供了“与”门Au、Av和Aw。在其中在信号Us、Vs、Ws的高电平H造成了重叠的的情况下，正弦波信号Us、Vs、Ws被形成脉冲信号SU、Sv、Sw并被提供给门电路驱动器57，从而使在以后变成H的一个信号，在以前已经变成H的一个信号被改变到L之后，之后变成H。
根据如此形成的三相脉冲信号Su、Sv、Sw，门电路驱动器57只在信号为H时接通相应的切换晶体管(56)。由于前述原因，三相脉冲电压的U相脉冲电压被输出到电源电路43的电源连接端U。相同的V相脉冲电压被输出到电源连接端V，且相同的W相脉冲电压被输出到电源连接端W。这些脉冲电压的电平由线圈电压指令VdcA确定。
在此方面，门电路驱动器57根据收缩控制器49给出的电源输出的通/断信号输出一个电压，即当该信号表示接通时，该电压如上所述地得到输出。然而，当该信号表示关断时，没有电压输出。
再看图6，收缩控制器49与操作面板50相连，操作面板50在操作者输入数据时得到使用，并在数据被输出给操作者时得到使用。收缩控制器49是主要由CPU构成的计算机系统。由操作者输入到操作面板50上的、其频率为(驱动频率)×360的一个时钟脉冲，被提供给三相信号发生器48。一个电源输出通/断信号、线圈电压指令VdcA和阈值数据被提供给三相电源电路43。
收缩控制器49与一个计算机(主计算机)相连，以经过通信线路控制浇铸操作(未显示)。收缩控制器49接收来自该主计算机的振荡同步脉冲，并向主计算机及操作面板50输出收缩是否受到驱动的数据，并在收缩受到驱动的情况下向主计算机输出显示驱动状态的数据。
在此方面，一个未显示的振荡装置与模MD相连。主计算机命令该振荡，从而使模子能够振荡，且一个振荡同步信号由该振荡装置提供给收缩控制器49。该振荡同步信号是一个脉冲信号，其电平在从模MD开始被向上驱动至当模MD返回到一个较低位置(初始位置)的时期中为高电平H。H的一个脉冲表示了其中模MD沿着z方向往复运动的一个周期。H的脉冲中的L代表了其中模子被进行上下运动的振荡停止时期。
当电源被接通时，收缩控制器49把内部寄存器、计数器、定时器、以及输入和输出端口设定在等候状态，并在控制面板50上显示出“准备好”，并通知主计算机“准备好”并等候数据或控制指令输入。当数据已经被输入时，它被容纳在与数据类型相应的寄存器中。随后，收缩控制器49等候启动指令的到达。
当操作者或主计算机提供了收缩驱动启动指令时，收缩控制器49把从控制面板50或主计算机输入的驱动状态数据提供给三相信号发生器48和三相电源电路43，并启动时钟脉冲的输出并使三相电源电路43接通电功率输出。响应于这种指令，三相电源电路43把三相脉冲电压加到电子线圈37至42上。由于前述原因，电子线圈37至42向模子中的熔化钢MM施加一个收缩力。在收缩驱动开始之后，收缩控制器49与一个振荡同步脉冲同步。当该振荡同步脉冲从L改变到H时，提供给电源电路43的门电路驱动器52、52的通/断信号被改变到关断指令的电平。当振荡同步脉冲从H改变到L时，该通/断信号被改变到接通指令的电平。
图8以时间顺序的形式显示了三相电源电路11的输入信号Us、Vs、Ws(三相信号发生器48的输出信号)，并以时间顺序显示了门电路驱动器57的输入信号Su、Sv、Sw的改变。在此方面，当信号Su为H时，电容器55的一个电压(输出电压U)被加到电子线圈37、40上。当信号Sv为H时，电容器55的一个电压(输出电压V)被加到电子线圈38、41上。当信号Sw为H时，电容器55的一个电压(输出电压W)被加到电子线圈39、42上。在此实施例中，三相脉冲电压的相位U、V和W的脉冲电压以此顺序被加到电子线圈37至39上。因此，收缩力沿着-z方向(它是熔化金属MM的深度方向)被重复移动。这种收缩驱动在模MD振荡时停止(沿着垂直方向z的一个往复运动；振荡同步信号是H)如图8中的影线区所示。
因此，在此实施例中，当模MD振荡了沿着z方向的一个往复运动时，模MD相对在熔化金属和在熔化金属表面上的一个固化壳沿着垂直方向运动了一个往复运动。因此，包括固化壳的熔化金属和模彼此分离。在此之后，熔化金属MM立即被加上一个收缩力并沿着-z方向移动。由于上述原因，熔化金属MM进行向下的振荡运动。借助模MD的端部的振荡，被留在模子与熔化金属之间的粉末和位于弯月形液面的切面和模子的下表面上的粉末进入到模子的内面与熔化金属之间的边界，且模子被向下驱动。借助熔化金属MM的振荡运动，位于模子的内表面与熔化金属之间的边界上的粉末能够比较均匀地沿着-z方向分布，即能够提供使粉末分布均匀的效果。
另一实施例的结构的轮廓与图6显示的实施例的相同。唯一的不同点在于三相电源电路43的结构如图9所示。在此实施例中，在图9显示的三相电源电路43中，没有提供在上述实施例中提供的“与”门Au、Av、Aw，且一个锯齿波发生器59被用来代替D/A转换器59。这种锯齿波发生器59向比较器58提供锯齿波电压。当三相半波信号Us、Vs、Ws不低于锯齿波电压时，比较器58产生被引向3kHz的U、V、W的相位的高电平HPWM脉冲，且当三相半波信号Us、Vs、Ws低于锯齿波电压时，比较器58产生引向3kHz的U、V、W的相位的低电平L的PWM脉冲。如此产生的PWM脉冲被提供给门电路驱动器57。以与第一实施例中相同的方式，当通/断信号处于造成接通的电平时，在引向相位U的PWM脉冲为H时门电路驱动器57接通引向切换晶体管电路56的相位U的晶体管，且当引向相位U的PWM脉冲为L时门电路驱动器57关断引向切换晶体管电路56的相位U的晶体管。关于相位V和W，进行相同的操作。
然而，由于PWM脉冲的H占空比，即(部分H中的时间)/(3kHz的一个周期)，与三相半波电压Us、Vs、Ws的电平成正比，加到电子线圈上的电压U、V、W的平均值大体上画出正弦曲线。即，它们基本上是正弦曲线。
图10根据时间顺序显示了三相电源电路43(图9所示的)的输入信号Us、Vs、Ws(三相信号发生器48的输出信号)，并根据时间顺序显示了加到电子线圈37至42上的电压U、V、W(平均值)。
在此实施例中，交变三相半波电压被加到电子线圈37至42上。因此，收缩力能够并上述实施例更为平滑地沿着-z方向移动。即，熔化金属的振荡运动在上述实施例中是以步进方式进行的，而在本实施例中熔化金属的振荡运动是连续地进行的。
如上所述，在本发明中，当交变电流在电磁线圈中流动时，该交变电流的通/断间距得到控制，即较好地是当该交变电流被接通时，进行正常和反向的转动，且提供了任意数目的关断时期。由于上述原因，可以获得稳定的表面特性，且可以提供连续的浇铸设备，其电子设备的成本是低的。
当收缩力向下移动时，不仅粉末均匀地分布，而且粉末的拉动得到了便利，而且熔化金属和浇铸件的向下运动得到了便利。因此，本发明适合于其中浇铸速率增大或粉末被倾注的连续浇铸操作。另一方面，在其中收缩力向上移动的实施例中，向上移动的收缩力不仅使得粉末分布均匀，而且抑制了粉末的注入和熔化金属和浇铸件的向下运动。因此，其中收缩力向上移动的实施例适合于浇铸速率减小或者粉末的注入受到抑制的的情况。
权利要求
1.一种用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，包括一个电磁线圈，它以这样的方式被设置在模子中的熔化金属的周围，使得电磁线圈围绕着模子；一个电源单元，用于周期性地向电磁线圈提供其中单相交流电流的根均方值高的情况和其中单相交流电流的根均方值低的情况；一个检测器系统，用于检测熔化金属熔化金属的表面；以及一个介质，用于在其中由电源单元周期地产生的单相电流的根均方值高的情况下向检测器系统发送信息，并在其中由电源单元周期性地产生的单相电流的根均方值低的情况下也向检测器系统发送信息。
2.根据权利要求1的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中检测器系统产生的熔化金属表面液面高度值由用于进行传送的介质的信息确定。
3.根据权利要求1或2的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中由检测器系统产生的熔化金属表面液面高度值只在单相交变电流低时被作为用于进行发送的介质的信息而得到输出。
4.根据权利要求1至3中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中用于进行发送的介质是电信号导线。
5.根据权利要求1至4中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中检测器系统包括一个初级信号发生装置；一个初级检测器线圈，用于从初级信号的电流产生一个电磁场；一个次级检测器线圈，用于当次级检测器线圈横过电磁场时产生一个次级电压；以及一个次级信号处理装置，用于处理由次级检测器线圈产生的次级电压的信号。
6.根据权利要求1至5中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中初级信号处理装置的输出根据用于进行发送的介质的信息而被接通和关断。
7.根据权利要求1至5中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中次级信号处理装置的输出被接通和关断。
8.根据权利要求1至7中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中当电磁线圈的一个单相交流电流的强度低时电源单元的输出为零。
9.根据权利要求1至8中的任何一项的用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备，其中一个周期T0为30≤T0≤300(ms)，其中T0是其中电磁线圈的一个单相交流电流为高和低的情况下的一个周期，且单相交流电流的周期f是60≤f≤400(Hz)。
全文摘要
一种用于连续浇铸熔化金属的连续浇铸设备,更具体地说,一种用于当连续浇铸熔化金属时控制熔化金属的表面高度的方法和设备,其特征在于连续浇铸设备包括:一个模子,其中熔化金属得到倾注和固化;一种涡流式熔化金属表面液面高度检测器,用于检测模子中的熔化金属表面液面高度;围绕模子而设置的电磁线圈;以及用于给电磁线圈通电以产生脉冲磁场的电源,其中提供了用于从电源提供与脉冲磁场相应的脉冲触发信号的装置,以及用于根据脉冲触发信号控制熔化金属液面检测器的高度检测时序的装置。
文档编号B22D11/20GK1246817SQ98802365
公开日2000年3月8日 申请日期1998年12月8日 优先权日1997年12月8日
发明者藤崎敬介, 和嶋浩, 松田秀树, 谷雅弘 申请人:新日本制铁株式会社