[发明专利]电磁连续铸造中测量熔融金属高度的装置和方法

说明书

本发明通常涉及电磁连续铸造工艺中测量熔融金属高度(levelof molten metal)的装置和方法，更具体地说，涉及在电磁连续铸造工艺中使用交流电磁场，测量熔融金属表面高度的装置和方法。

正如本领域技术人员所熟知，电磁连续铸造工艺技术通过熔融金属表面施加电磁场，并使用电磁力和由施加的电磁场(appliedmagnetic field)产生的焦耳热来铸造熔融金属。在这项技术中，最初被固化的一部分熔融金属受到焦耳热的加热，然后慢慢冷却，导致在熔融金属表面下形成一层薄的、初始呈固态的壳，因此很难形成振动印记(oscillation mark)(OM)。此外，由于铸造模型和熔融金属表面间的接触角度由于电磁力而增加，这层初始呈固态的壳较少受到铸模振动的影响，使铸造产品的表面特性得到改善。另一方面，与现有的工艺不同的是，这种电磁连续铸造工艺适用于通过熔融金属的自由表面(下文中引用为表面)施加强交流电磁场。现有的工艺的电磁场是通过交流电作用于放置在铸造模型外的感应线圈产生的，而熔融金属表面将放置于此。

在上述电磁连续铸造工艺中，熔融金属的表面是决定铸造产品表面状态的重要因素，因此，必须加以细致地控制以保持铸造产品表面状态良好。由于这个缘故，精确地测量熔融金属表面的高度就非常重要。在熔融金属表面超出所要求高度的情况下，会在连续铸造产品表面上形成明显振动印记，这会导致在随后的工艺中出现一系列缺陷。从这点上看，与普通的铸造工艺相比，在电磁连续铸造工艺中对熔融金属的表面高度的管理必须更加严格。本领域众所周知，当熔融金属表面与感应线圈顶部的高度相一致时，铸造产品表面的特性最优。

为了测量现有的钢连续铸造工艺中熔融金属表面的高度，已有的通常方法包括：使用不能穿透熔融金属的放射性射线；使用涡流传感器(美国专利号：4567435,1987年)；使用静电电容传感器(美国专利号：4555941,1985年)等。然而，因为这些测量装置加热受限或空间受限，这些方法不能用于在熔融金属表面区域有强交流电磁场处的电磁连续铸造工艺。基于涡流传感器的方法能很好地测量熔融金属表面高度，但它的缺点在于涡流传感器需安置于铸模内部。也就是说，在电磁连续铸造工艺中把强电磁场施加于熔融金属表面区域时，涡流传感器会因磁饱和而失去其传感器的功能。基于静电电容传感器的方法在空间上严格受限，因为在电极和熔融金属表面距离之间导电材料不会必然对电位产生影响。此外，由于在铸造熔融金属过程中，熔融金属表面粉末的介电常数会对静电容量传感器产生相当大的影响，所以传感器输出会随着粉末厚度变化而变化，导致在很大范围内产生误差。而且，需安装在离熔融金属表面较近的导电材料，会在电磁连续铸造过程中被强电磁场感应加热，从而导致传感器失效。同样，在基于放射性射线的方法中，由于电磁场感应加热使得建议使用的装置无法发挥其功效。

为在电磁连续铸造过程中测量熔融金属表面的高度，其他已有的可用方法包括：利用外部感应线圈的频率变化，施加电磁场(美国专利号：4446562,1984年)；使用感应线圈的电感的变化(日本专利公开出版号：平成6-122056)等。电磁连续铸造装置的电负载包括感应线圈、铸造模型、熔融金属等。这些电负载基本上随着熔融金属表面高度改变而改变。其结果是，电源到感应线圈的电压和相关的电流、电感、频率发生变化。前述方法适用于使用这种现象测量熔融金属表面高度。然而只有当熔融金属表面位于感应线圈范围内时才有优良的测量性能，但是当熔融金属表面超出感应线圈范围时测量性能会急剧降低。这就要求将熔融金属表面的测量带限定在感应线圈范围内。

解决这一问题的方法之一就是通过在感应线圈上安装辅助线圈来延伸熔融金属表面的测量带。在这一方法中测量带的界限是由两个线圈定义的(参见铁和钢(Iron and Steel),84卷，625页，1998年)。在一种使用检测线圈测量感应线圈电感的变化的方法中(参见日本专利公开出版号：平成6-122056)，检测线圈的测量值将电流的自变化造成的影响引入到感应线圈的电流中。结果，在没有纠正这种变化的情况下，将测量值应用到熔融金属表面高度的精确测量中是不合理的。

另一种方法是使用磁场传感器(韩国专利申请号：99-28920)。这种方法可应用到电磁连续铸造过程中的熔融金属表面高度测量，磁场传感器有很好的灵敏度和宽的检测带。然而在感应线圈的电流有严重变化的情况下，会在测量结果中造成相当程度的误差。