熔融金属液位测定装置的制作方法

专利名称：熔融金属液位测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用了微波的熔融金属液位測定装置。
背景技术：
连续铸造方法是使熔融金属连续冷却/凝固以制造出规定形状的铸片的方法。图I是表示连续铸造方法中使用的连续铸造机的构成的图。连续铸造机具有浇桶510、长水口 520、浇ロ盘530、多个浸溃喷嘴150、多个铸模540。图I仅示出I个浸溃喷嘴和I个铸模。提供给浇桶510的熔融金属、例如钢液经由长水口 520喷出到浇ロ盘530。蓄积于 浇ロ盘530的熔融金属经过多个浸溃喷嘴150注入到多个铸模540。铸模540是经过水冷的鋳型，所注入的熔融金属冷却后凝固，连续形成金属片、例如钢片。使连续铸造机的铸模内的熔融金属液位处于恒定的做法在提升产品品质方面尤为重要。于是开发出了用于测定铸模内的熔融金属液位的各种装置和方法。已开发出了当通过电磁波的传播时间测定熔融金属液位时，使用电极棒作为电磁波路径的方法(专利文献I)。该方法是将电极插入熔融金属内，根据熔融金属液位的变动导致的传输信号的传播时间差測定液位变动，将第I电极和第2电极插入具备导电性的熔融金属，将第I伪随机信号传递给上述第I电极，并且对于模式与上述第I伪随机信号相同而频率略微不同的第2伪随机信号乘以上述第I伪随机信号，计算出第I乘积值，将通过上述第2电极获得的信号与上述第2伪随机信号相乘计算出第2乘积值，根据上述第I乘积值的时序模式与上述第2乘积值的时序模式产生的最大相关值的时间差运算上述熔融金属的变动。专利文献I所述方法中使用电极棒作为电磁波的传播路径的理由如下所述。一般方法是从发送天线向作为对象物的铸模内的熔融金属表面发送电磁波，通过接收天线检测在熔融金属表面反射的电磁波，这样就会受到多重反射的影响而无法进行高精度的測定。另外，由于铸模周围的间隙小，因此难以设置足够大小的收发天线。图2是用于说明专利文献I所述的熔融金属液位測定方法的图。从初始状态起测定熔融金属(钢液)600的液位吋，需要将约300毫米至400毫米长度的2根电极棒550A和550B插入铸模540的内部。当对于电极棒550A和550B使用具有熔融金属熔点以下的熔点的金属吋，电极棒550A和550B与熔融金属600接触时熔融而消失棹。因此虽然能够进行熔融金属上升时的液位測定，却无法进行熔融金属下降时的液位測定。当对于电极棒550A和550B使用具有比熔融金属熔点高的熔点的金属时，电极棒550A和550B会被拉入在铸模中冷却而凝固的熔融金属(钢液)600中。无论何种情况下，都需要针对每次测定设置电极棒550A和550B。然而，由于通常浇ロ盘530与铸模540之间的间隙小，因此在浇ロ盘530移动到铸模540上之前需要进行设置2根电极棒550A和550B这样复杂的作业。还开发出了用浇ロ盘代替一个电极棒作为电磁波的传输路径的方法(专利文献2)。然而该方法也使用电极棒，因此无法解决上述问题。
如上，以往未开发出使用电磁波且能够在不伴随复杂作业的情况下以较高精度测定熔融金属液位的熔融金属液位測定装置。专利文献I :日本特许第3107183号公报专利文献2 :日本特开平9-178533号公报

发明内容
因此存在着对于使用电磁波且能够在不伴随复杂作业的情况下以较高精度測定熔融金属液位的熔融金属液位測定装置的需求。本发明的熔融金属液位測定装置具有第I导电性部分和第2导电性部分，其由碳 构成，在浸溃喷嘴的长度方向上以彼此分离的方式与该浸溃喷嘴形成为一体；以及距离测定部，其向该第I导电性部分发送形成第I伪随机信号的基准微波信号，从该第2导电性部分接收在该第I导电性部分、熔融金属和该第2导电性部分中传播的基准微波信号，将该接收到的微波信号和模式与第I伪随机信号相同且伪随机信号的频率略微不同的第2伪随机信号相乘，计算出乘积值，根据该乘积值的信号或使用该乘积值生成的信号的时序模式测定该基准微波信号的传播距离。在本发明的熔融金属液位測定装置中，第I导电性部分和第2导电性部分由碳构成，以彼此分离的方式在浸溃喷嘴的长度方向上与该浸溃喷嘴形成为一体。碳的熔点比钢液等熔融金属的熔点高出很多，因此不像熔点在熔融金属熔点以下的金属制的电极棒那样通过熔融金属进行熔融。另外，始终从浸溃喷嘴向浸溃喷嘴周边提供钢液，钢液不会凝固。因此，第I和第2导电性部分不会被拉入到凝固的钢液中。这样，第I和第2导电性部分不同于现有的电极棒，能在多次測定中重复使用。因而无需针对每次測定都设置电极棒并进行调整这样的复杂作业。进而，形成第I和第2导电性部分的碳还是浸溃喷嘴本身的成分，因此不会对连续鋳造流程的化学反应造成影响。本发明第I实施方式的熔融金属液位測定装置中，上述基准微波信号的频率在600兆赫以下，上述距离測定部根据使用上述乘积值生成的信号的时序模式求出微波信号的相位，使用该相位測定上述基准微波信号的传播距离。根据本实施方式，通过使用频率较低的微波信号，就能仅凭借測定相位变化正确測定出熔融金属的液位。在本发明第2实施方式的熔融金属液位測定装置中，上述第I导电性部分和第2导电性部分被设置成，嵌入到设置于上述浸溃喷嘴的长度方向上的ー对槽内，形成浸溃喷嘴表面的一部分。在本实施方式中，第I和第2导电性部分嵌入浸溃喷嘴中而形成浸溃喷嘴表面的一部分，因此浸溃喷嘴外侧的形状不会发生变化。因此，不会对连续鋳造流程中的物理现象带来影响。而且由于第I和第2导电性部分嵌入浸溃喷嘴中，因此不易从浸溃喷嘴分离出来。


图I是表示连续铸造方法中使用的连续铸造机的构成的图。图2是用于说明专利文献I所述的熔融金属液位測定方法的图。
图3是表示本发明ー个实施方式的熔融金属液位測定装置的第I导电性部分、第2导电性部分及其周边部分的构成的图。图4是表示与第I和第2导电性部分形成为一体的浸溃喷嘴的构成的一例的图。图5是表不与第I和第2导电性部分形成为一体的浸溃喷嘴的构成的另一例的图。图6是表示本发明ー个实施方式的熔融金属液位測定装置的构成的图。图7是表示本发明的另ー实施方式的熔融金属液位測定装置的构成的图。
具体实施例方式图3是表示本发明ー个实施方式的熔融金属液位測定装置的第I导电性部分1001A、第2导电性部分1001B及其周边部分的构成的图。第I导电性部分1001A和第2导 电性部分1001B分别相当于专利文献I所述的熔融金属液位測定装置的第I电极和第2电极。在本实施方式中，第I导电性部分1001A和第2导电性部分1001B在浸溃喷嘴100的长度方向上与浸溃喷嘴100形成为一体。第I导电性部分1001A与信号输出端子1003A连接，在信号输出端子1003A上连接有同轴电缆1005A。同样地，第2导电性部分1001B与信号输出端子1003B连接，在信号输出端子1003B上连接有同轴电缆1005B。同轴电缆1005A和同轴电缆1005B与熔融金属液位測定装置的距离测定部连接。后面会说明距离测定部。图4是表示与第I和第2导电性部分形成为一体的浸溃喷嘴的构成的一例的图。图4(a)是与浸溃喷嘴的长度方向正交的面(水平面)的剖面图。图4(b)是浸溃喷嘴的侧面图。在本例中，在浸溃喷嘴110的表面设有沿着长度方向彼此分离的ー对槽，将第I导电性部分1101A和第2导电性部分1101B设置成嵌入该槽而形成浸溃喷嘴表面的一部分。如图4(a)所示，在浸溃喷嘴110的水平剖面将第I导电性部分IIOlA和第2导电性部分1101B配置成使得连接浸溃喷嘴110的中心与第I导电性部分1101A的中心的线段和连接浸溃喷嘴110的中心与第2导电性部分1101B的中心的线段形成180°的角度。即，第I导电性部分1101A和第2导电性部分1101B在浸溃喷嘴110的水平剖面配置于相对的位置处。图5是表不与第I和第2导电性部分形成为一体的浸溃喷嘴的构成的另一例的图。图5 (a)是与浸溃喷嘴的长度方向正交的面(水平面)的剖面图。图5(b)是浸溃喷嘴的侧面图。在本例中，在浸溃喷嘴120的表面设有沿着长度方向彼此分离的ー对槽，将第I导电性部分1201A和第2导电性部分1201B设置成嵌入该槽而形成浸溃喷嘴表面的一部分。如图5(a)所示，在浸溃喷嘴120的水平剖面将第I导电性部分1201A和第2导电性部分1201B配置成使得连接浸溃喷嘴120的中心与第I导电性部分1201A的中心的线段和连接浸溃喷嘴120的中心与第2导电性部分1201B的中心的线段形成大约50°的角度。SP，第I导电性部分1201A和第2导电性部分1201B在浸溃喷嘴120的水平剖面彼此分离而隔着较小的间隔配置。浸溃喷嘴110和120以氧化铝(Al2O2)作为主要成分，是以某种比率将ニ氧化硅(SiO2)和碳(C)混合形成的。第I导电性部分1101AU201A和第2导电性部分1101BU201B由碳形成。作为浸溃喷嘴110和120的一部分成分使用的碳与其他物质混合起来，因而电阻较高，无法成为导电体。第I导电性部分1101AU201A和第2导电性部分1101BU201B仅使用了碳，因而成为导电体，作为波导发挥作用。
另外，碳的熔点比熔融金属、例如钢液的熔点高出很多，因此无法如专利文献I所述的熔融金属液位測定装置的电极棒进行熔融。进而，钢液的凝固层会产生干与铸模(图3的540)接触的部分，从浸溃喷嘴始終向浸溃喷嘴(图3的100)周边提供钢液，钢液不会发生凝固。因此，第I导电性部分1101AU201A和第2导电性部分1101BU201B不会拉入凝固的钢液。如上，第I和第2导电性部分与现有的电极棒不同，能够在多次測定中重复使用。因此就无需针对毎次測定进行设置、调整电极棒这样复杂的作业。进而，形成第I导电性部分1101A、1201A和第2导电性部分1101B、1201B的碳还是浸溃喷嘴本身的成分，因此不会对连续鋳造流程的化学反应带来影响。第I导电性部分1101AU201A和第2导电性部分1101B、1201B设置为在浸溃喷嘴的表面嵌入于沿着长度方向彼此分离设置的ー对槽中，形成浸溃喷嘴表面的一部分，因此浸溃喷嘴外侧的形状不会变化。因而，不会对连续鋳造流程的物理现象带来影响。还由于第I和第2导电性部分嵌入于浸溃喷嘴中，因此不易从浸溃喷嘴分离出来。图6是表示本发明ー个实施方式的熔融金属液位測定装置的构成的图。本实施方式的熔融金属液位測定装置具有与浸溃喷嘴100形成为一体的第I导电性部分1001A、第2 导电性部分1001B、其周边部分以及距离测定部200。以上使用图3至图5说明了与浸溃喷嘴100形成为一体的第I导电性部分1001A、第2导电性部分1001B及其周边部分。下面说明距离測定部200。并且，距离測定部200的结构与专利文献I所示内容相同。距离測定部200具有第I时钟产生器201、第2时钟产生器203、第I伪随机信号产生器205、第2伪随机产生器207、第I乘法器209、第2乘法器211、第I低通滤波器213、第2低通滤波器215、运算部217。图6将第I和第2伪随机信号产生器记为PN符号器。第I时钟产生器201在每个时钟产生频率f I (例如1500. OOlMHz)的频率，第2时钟产生器203在每个时钟产生比f I略小的频率s2 (例如1500. OOOMHz)的频率。第I伪随机信号产生器205产生周期Pl的第I伪随机信号Ml,第2伪随机信号产生器207以与Ml相同的模式产生周期P2比Pl略微不同的第2伪随机信号M2。第I乘法器209将从第I伪随机信号产生器205通过传输路线Lc的Ml与从第2伪随机信号产生器207通过传输路线La的M2相乘。第2乘法器211将从第I伪随机信号产生器205通过传输路线Ld的Ml与从第2伪随机信号产生器207通过传输路线Lb的M2相乘。第I低通滤波器213从第I乘法器209的输出中去除高频成分，输出以最大相关值之间作为I个周期的时序模式。第2低通滤波器215也同样从第2乘法器211的输出中去除高频成分，输出以最大相关值之间作为I个周期的时序模式。运算部217根据第I低通滤波器213和第2低通滤波器215的时序模式的最大相关值之间的时间差求出传输路线Ld的传播时间与传输路线Lc的传播时间之差。传输路线Ld包含经由熔融金属连接的、比第2导电性部分1001B和第I导电性部分1001A的熔融金属液位高的部分，因此能够基于传输路线Ld的传播时间与传输路线Lc的传播时间之差求出熔融金属液位。根据上述方法，信号的传播时间大约延迟了 150万倍，能易于精度良好地进行信号处理。图7是表示本发明另ー实施方式的熔融金属液位測定装置的构成的图。本实施方式的熔融金属液位測定装置具有与浸溃喷嘴100形成为一体的第I导电性部分1001A、第2导电性部分1001B、其周边部分以及距离测定部300。以上使用图3至图5说明了与浸溃喷嘴100形成为一体的第I导电性部分1001A、第2导电性部分1001B及其周边部分。下面说明距离測定部300。距离測定部300具有第I时钟产生器301、第2时钟产生器303、第I伪随机信号产生器305、第2伪随机产生器307、载波振荡器309、相位器313、第I乘法器311、第2乘法器315、第3乘法器317、第4乘法器319、第5乘法器321、第I低通滤波器323、第2低通滤波器325、第3低通滤波器327、运算部329。第I时钟产生器301在每个时钟产生频率f I (例如100. 004MHz)的频率，第2时钟产生器303在每个时钟产生比Π略小的频率f2 (例如99. 996MHz)的频率。第I伪随机信号产生器305产生周期Pl的第I伪随机信号M1，第2伪随机产生器307以与Ml相同的模式产生周期P2比Pl略微不同的第2伪随机信号M2。图7中将第I和第2伪随机信号产生器记作PN符号器。第I乘法器311对来自载波振荡器309的频率500MHz的载波与第I伪随机信号Ml进行乘法运算，将对载波进行了相位调制的频谱扩散信号发送给同轴电缆1005B。第2乘法器315对从第I伪随机信号产生器305通过传输线路Lc的Ml与从第2 伪随机信号产生器307通过传输线路La的M2进行乘法运算。第I低通滤波器323从第2乘法器315的输出中去除高频成分，输出以最大相关值之间作为I个周期的时序模式。即，第I低通滤波器323的输出形成当第I和第2伪随机信号的相位一致时表示O以外的值的基准信号。第3乘法器317将从第I伪随机信号产生器305通过传输线路Ld的Ml与从第2伪随机信号产生器307通过传输线路Lb的M2相乘运算。第3乘法器317的输出作为Rl和R2提供给第4乘法器319和第5乘法器321。从载波振荡器309提供载波的相位器313输出相对于输入信号为同相成分(相位O度)的信号I和直角分量(相位90度)的信号Q，分别提供给第4乘法器319和第5乘法器321。第4乘法器319将来自相位器319的I信号与来自第3乘法器317的Rl相乘计算。第2低通滤波器325从第4乘法器319的输出去除高频成分，输出以最大相关值之间作为I个周期的时序模式。第5乘法器321将来自相位器313的Q信号与来自第3乘法器317的R2相乘计算。第3低通滤波器327从第5乘法器321的输出去除高频成分，输出以最大相关值之间作为I个周期的时序模式。求出第2低通滤波器325的输出在基准信号的I个周期期间内的最大值I’和第3低通滤波器327的输出在基准信号的I个周期期间内的最大值Q’，通过下式求出通过了传输路线Ld的Ml的相位Θ。数I
rvΘ = Iaa.'1 —
I'根据本发明人的新发现，当微波在与浸溃喷嘴100形成为一体的第I导电性部分1001A和第2导电性部分1001B中传播的情况下，即使将载波的频率降低至600兆赫以下，距离測定部300也能以较高精度实施測定。于是，例如设载波的频率为500兆赫时，I个波长的长度为600毫米。例如钢铁的连续铸造机的钢液液位的测定范围约为400毫米，因而包括在I个波长的长度内。通常电磁波的传播距离I与以弧度为单位的相位Θ的关系可通过下式以λ表示波长的方式表现出来。数2
I2L=—(I)
λ在本实施方式中，通过传输线路Ld时的载波的传播距离I是第I导电性部分1001Α和第2导电性部分1001Β在熔融金属液位之上的部分的长度χ与固定长度之和。于是若以2α作为固定长度，将Ι = 2χ+2α代入到式(1)，则下式成立。数3
X= Ji λ θ - α ⑵因此，若求出了通过传输线路Ld的Ml的相位Θ，则能通过式⑵求出熔融金属液位(钢液液位)X。如上，根据本实施方式，使载波的频率在600兆赫以下，仅测定载波相位，从而能正确测定熔融金属液位。
权利要求
1.ー种熔融金属液位測定装置，其具有 第I导电性部分和第2导电性部分，其由碳构成，在浸溃喷嘴的长度方向上以彼此分离的方式与该浸溃喷嘴形成为一体；以及 距离測定部，其向该第I导电性部分发送形成第I伪随机信号的基准微波信号，从该第2导电性部分接收在该第I导电性部分、熔融金属和该第2导电性部分中传播的基准微波信号，将该接收到的微波信号和模式与第I伪随机信号相同且伪随机信号的频率略微不同的第2伪随机信号相乘，计算出乘积值，根据该乘积值的信号或使用该乘积值生成的信号的时序模式测定该基准微波信号的传播距离。
2.根据权利要求I所述的熔融金属液位測定装置，其中，上述基准微波信号的频率在600兆赫以下，上述距离測定部根据使用上述乘积值生成的信号的时序模式求出微波信号的相位，使用该相位測定上述基准微波信号的传播距离。
3.根据权利要求I至3中任一项所述的熔融金属液位測定装置，其中，上述第I导电性部分和第2导电性部分被设置成，嵌入到设置于上述浸溃喷嘴的长度方向上的ー对槽内，形成浸溃喷嘴表面的一部分。
全文摘要
本发明提供一种熔融金属液位测定装置，其使用电磁波，能够在不伴随复杂作业的情况下以较高的精度测定熔融金属的液位。装置具有在浸渍喷嘴的长度方向上以彼此分离的方式与该浸渍喷嘴(100)形成为一体的由碳构成的第1和第2导电性部分(1001A和1001B)；以及距离测定部(200、300)，其向该第1导电性部分发送形成第1伪随机信号的信号，从该第2导电性部分接收在该第1导电性部分、熔融金属和该第2导电性部分中传播的信号，将所接收的信号和与第1伪随机信号模式相同且伪随机信号频率略微不同的第2伪随机信号相乘，计算出乘积值，根据该乘积值的信号或使用该乘积值而生成的信号的时序模式测定该信号的传播距离。
文档编号G01F23/284GK102822642SQ201180002570
公开日2012年12月12日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者松本幸一 申请人:株式会社尼利可