Способ измерения, система и датчик для машины непрерывного литья - RU2017132560A

1. Форма (34) для производства полуфабрикатов стальных конструкций посредством литья жидкого металла (37) внутрь кристаллизатора (35) указанной формы (34), причем форма содержит систему (1) обнаружения, снабженную средствами вычисления и измерения для обнаружения положения мениска или уровня (39) указанного жидкого металла (37) внутри указанного кристаллизатора (35), при этом указанная система (1) обнаружения содержит по меньшей мере один передатчик сигнала обнаружения, передаваемого в направлении кристаллизатора (35), и по меньшей мере один приемник по меньшей мере одного принимаемого измеряемого сигнала, зависящего от указанного передаваемого сигнала обнаружения, причем указанный передатчик является по меньшей мере одним первым ультразвуковым элементом (16), выполненным в виде передатчика передаваемой ультразвуковой упругой волны (40), и указанный приемник является по меньшей мере одним вторым ультразвуковым элементом (20), выполненным в виде приемника принимаемой ультразвуковой упругой волны (42); указанный первый ультразвуковой элемент (16) ориентирован в соответствии с направлением передачи в направлении стенки кристаллизатора (35), содержащего жидкий металл (37), причем указанный первый ультразвуковой элемент (16) ориентирован в соответствии с направлением передачи так, что указанная по меньшей мере одна передаваемая ультразвуковая упругая волна (40) наклонена в соответствии с углом Ai падения относительно указанной стенки кристаллизатора (35),

отличающаяся тем, что ультразвуковые элементы (16, 20) расположены с одной и той же стороны формы (34) таким образом, что указанный второй ультразвуковой элемент (20) расположен в положении, расположенном с промежутком, относительно положения указанного первого ультразвукового элемента (16), в соответствии с направлением, по существу, параллельным продольной длине указанной стенки кристаллизатора (35),

при этом указанный второй ультразвуковой элемент (20) также ориентирован таким образом, чтобы принимать по меньшей мере один участок передаваемой ультразвуковой упругой волны (40), которая проникла и прошла внутрь стенки кристаллизатора (35) в форме поперечной объемной волны, проходящей в кристаллизаторе (35), двигаясь внутри стенки кристаллизатора (35) по зигзагообразному пути, определяемому последующими отражениями, причем указанный второй ультразвуковой элемент (20) выполнен и структурирован с возможностью приема отраженной волны указанной поперечной объемной волны, проходящей в кристаллизаторе (35),

при этом средство измерения системы (1) обнаружения выполнено с возможностью измерения времени, прошедшего между указанной фазой передачи указанного по меньшей мере одного сигнала обнаружения и указанной фазой приема указанного по меньшей мере одного принимаемого измеряемого сигнала; причем время, прошедшее между указанной фазой передачи и указанной фазой приема, соответствует временному интервалу, требующемуся ультразвуковым объемным волнам, чтобы пройти через кристаллизатор между первым ультразвуковым элементом (16) и вторым ультразвуковым элементом (20); при этом средства вычисления системы (1) обнаружения выполнены с возможностью вычисления положения мениска или уровня (39) жидкого металла (37) внутри кристаллизатора (35) посредством корреляционного соотношения между положением мениска или уровня (39) внутри кристаллизатора (35) и временем, прошедшим между указанной фазой передачи и указанной фазой приема, при этом время, прошедшее между фазой передачи и фазой приема, зависит от температуры кристаллизатора между первым ультразвуковым элементом (16) и вторым ультразвуковым элементом (20).

2. Форма (34) по п.1, отличающаяся тем, что система (1) обнаружения дополнительно содержит по меньшей мере один третий ультразвуковой элемент (24), расположенный между первым ультразвуковым элементом (16) и вторым ультразвуковым элементом (20), при этом указанный по меньшей мере один третий ультразвуковой элемент (24) выполнен в виде приемника.

3. Форма (34) по п. 2, отличающаяся тем, что средства вычисления системы (1) обнаружения выполнены с возможностью определения положения мениска или уровня (39) посредством вычисления максимального значения аппроксимирующей функции, причем аппроксимирующая функция представляет температурный профиль кристаллизатора (35) в зависимости от положения вдоль указанного направления, по существу, параллельного продольной длине указанной стенки кристаллизатора (35), причем средства вычисления выполнены с возможностью вычисления аппроксимирующей функции по точкам вычисления температуры в различных положениях, измеренных посредством второго ультразвукового элемента (20) и указанного по меньшей мере одного третьего ультразвукового элемента (24), при этом каждая точка вычисления вычисляется как функция, пропорциональная разности между:

- временем, прошедшим между указанными фазами передачи и приема второго ультразвукового элемента (20), и

- временем, прошедшим между указанными фазами передачи и приема указанного по меньшей мере одного третьего ультразвукового элемента (24).

4. Форма (34) по п. 3, отличающаяся тем, что система (1) обнаружения дополнительно содержит ряд из одного или более дополнительных ультразвуковых элементов (28, 32), выполненных в виде ультразвуковых приемников, при этом указанный третий ультразвуковой элемент (24) расположен между первым ультразвуковым элементом (16) и вторым ультразвуковым элементом (20), а указанные дополнительные ультразвуковые элементы (28, 32) расположены между третьим ультразвуковым элементом (24) и вторым ультразвуковым элементом (20), каждый из указанных дополнительных ультразвуковых элементов (28, 32); средства вычисления выполнены с возможностью вычисления дополнительных точек вычисления температуры в различных положениях, измеренных посредством указанных дополнительных ультразвуковых элементов (28, 32).

5. Форма (34) по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что указанный угол Ai падения находится между 15 и 35 градусами.

6. Форма (34) по п. 5, отличающаяся тем, что указанный угол Ai падения находится между 20 и 30 градусами, предпочтительно, приблизительно равен 25 градусам.

7. Форма (34) по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что указанная передаваемая ультразвуковая упругая волна (40) имеет частоту в диапазоне от 1 до 10 МГц.

8. Форма (34) по п. 7, отличающаяся тем, что указанная передаваемая ультразвуковая упругая волна (40) имеет частоту в диапазоне от 1,5 до 5 МГц, предпочтительно, приблизительно 2 МГц.

9. Форма (34) по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что первый ультразвуковой элемент (16) выполнен с возможностью передачи ряда импульсов передаваемых ультразвуковых упругих волн (40).

10. Форма (34) по п. 9, отличающаяся тем, что каждый из указанных импульсов передаваемых ультразвуковых упругих волн (40) имеет длительность между 0,1 и 3 микросекундами.

11. Форма (34) по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что ультразвуковые элементы (16, 20, 24, 28, 32) расположены внутри полости (43), образованной внутри толщи кристаллизатора (35).

12. Форма (34) по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что ультразвуковые элементы (16, 20, 24, 28, 32) приклеены к указанной стенке кристаллизатора (35), которая является внешней стенкой (49) кристаллизатора (35), противоположной внутренней стенке (48) кристаллизатора (35), находящейся в контакте с жидким металлом (37).

13. Форма (34) по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что ультразвуковые элементы (16, 20, 24, 28, 32) расположены внутри герметичного кожуха (2), образующего корпус (1) датчика, снабженный крепежными средствами (3) для крепления к указанной форме (34).

14. Форма (34) по п. 13, отличающаяся тем, что кожух (2), образующий корпус (1) датчика, содержит одну или более щелей или отверстий (7) в соответствии с лицевой поверхностью (6) обнаружения, которая является лицевой поверхностью указанного датчика (1), через которые происходят передача и прием указанных ультразвуковых упругих волн.

15. Форма (34) по п. 14, отличающаяся тем, что указанные одна или более щелей или отверстий (7) закрыты одной или более крышками (8), изготовленными из материала, пригодного для эффективного пропускания ультразвуковых упругих волн.

16. Форма (34) по п. 15, отличающаяся тем, что указанные одна или более щелей или отверстий (7) закрыты одной или более крышками (8), изготовленными из пластмассового или полимерного материала.

17. Форма (34) по п. 15 или 16, отличающаяся тем, что указанные одна или более щелей или отверстий (7) закрыты одной или более крышками (8), изготовленными из материала, имеющего акустическое сопротивление 3+/-2 Мрейл.

18. Форма (34) по любому из пп. 15-17, отличающаяся тем, что каждая из указанных одной или более крышек или отверстий (8) содержит по меньшей мере одно механически обработанное место (13, 17, 21, 25, 29) для вставки, выполненное с возможностью вставки одного из указанных ультразвуковых элементов (16, 20, 24, 28, 32).

19. Форма (34) по п. 18, отличающаяся тем, что каждая из указанных одной или более крышек или отверстий (8), содержит:

- на первой стороне (51), обращенной внутрь кожуха (2), указанное механически обработанное место (13, 17, 21, 25, 29) для вставки, причем указанное место (13, 17, 21, 25, 29) для вставки содержит наклонную опорную поверхность (14, 18, 22, 26, 30);

- на второй стороне (52), противоположной указанной первой стороне (51), пересекающуюся поверхность (15, 19, 23, 27, 31), параллельную указанной опорной поверхности (14, 18, 22, 26, 30) и которая расположена таким образом, что совмещается с опорной поверхностью (14, 18, 22, 26, 30) относительно направления распространения ультразвуковых упругих волн.

20. Форма (34) по п. 19, отличающаяся тем, что опорная поверхность (14) первого ультразвукового элемента (16), выполненного в виде передатчика, наклонена в соответствии с направлением наклона, которое противоположно направлению наклона опорной поверхности (18, 22, 26, 30) указанного по меньшей мере одного второго ультразвукового элемента (20).

21. Машина непрерывного литья для производства полуфабрикатов стальных конструкций посредством литья жидкого металла (37) внутрь кристаллизатора (35) формы (34), характеризующаяся тем, что содержит по меньшей мере одну форму по любому из пп. 1-20, включающую в себя систему (1) обнаружения положения мениска или уровня (39).