专利名称：用于监测模具中的熔渣和熔融金属的表面的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中的熔渣和熔融金 属的表面的方法和设备。
背景技术：
用于监测熔融金属的表面以控制熔融金属的水平的方法是已知的。通常，已知的 方法使用电磁波(诸如无线电波、微波或雷达波)发射器，所述波被反射以便测量冶金设备 中的熔融金属的水平，有时还测量熔渣层的厚度。
W02005/062846描述了在使用过程中微波用于监测漏斗中的熔融金属的水平、体 积或重量的应用。微波辐射的反射被分析以确定钢的水平和监测表示漏斗中的涡旋形成的 微波图案。该方法尤其用于当漏斗中的熔融金属的水平变低时阻止熔渣与熔融金属混合。
JP10080762涉及使用微波对抬包中的熔融金属和熔渣进行连续测量以阻止熔渣 流出。测量钢流出的湍流。
EP0172394A1也涉及对漏斗中的钢进行测量以阻止熔渣与连续铸造设备中的钢混 合。雷达系统用于测量熔渣层的厚度和控制熔渣层的厚度，这通过将其与对漏斗重量的测 量相结合以确定钢的水平来实现。但是没有给出需要哪种类型的雷达系统的暗示。
W094/18549描述了一种用于同时测量冶金容器(诸如转炉、抬包和电弧炉)的冶 金工艺中的多于一个表面的位置的方法。在这些容器中，优选的是，既测量熔渣的表面又测 量熔渣与液态金属之间的界面。该文献论述了通过使用由FMCW雷达系统(调频连续波雷 达系统)获得的低频IF(干扰频率)信号仅可监测单个表面。通过FMCW雷达系统在反射 束与发射束之间形成IF信号是已知的。W094/18549提出了具有圆极化的无线电信号被朝 向冶金容器传送，以这种方式，可测量至两个表面的距离。但是，该方法的缺点是不知道绝 对距离，而只知道距离加/减由极化圆度确定的一个或多个周期。
W096/36449描述了一种用于连续铸造的方法，其中熔融的钢和液态合成熔渣通过 延伸穿过模具上的盖子的管供给至模具。该盖子的存在以便利用保护气体来冲洗盖子和熔 渣层表面之间的空间。熔融钢表面和熔渣表面的位置通过基于辐射的测量装置(诸如雷达 系统)而被连续测量，从而控制钢和熔渣的供给以便保持钢和熔渣的表面在模具中的预定 水平。但没有给出关于基于辐射的测量装置的描述；可以参考涉及圆极化的无线电信号的 W094/18M9。
上述文献都没有描述一种直接适于在连续铸造机的模具中使用的方法，尤其是由 于根据目前实践，熔渣不是以液态形式供给，而是以熔渣粉末形式供给，并且在模具上方不需要盖子ο发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于监测连续铸造设备的模具中的熔渣和熔融金 属的表面的方法，在模具中存在浅的熔渣层。
本发明的另一个目的是提供一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中 的熔渣和熔融金属的表面的方法，利用所述方法可精确地测量模具中的熔融金属和熔渣的 表面的高度。
本发明的又一个目的是提供一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中 的熔渣和熔融金属的表面的方法，所述方法适于测量模具中的熔融金属和熔渣层的表面的 轮廓。
本发明的再一个目的是提供一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中 的熔渣和熔融金属的表面的改进设备，并且，还应该可能将该设备用在漏斗或抬包中。
根据本发明，通过使用一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中的熔渣 和熔融金属的表面的方法来实现这些目的中的一个或多个，其中雷达装备发射具有至少 20GHz带宽的电磁波波束。
通过使用在至少20GHz的带宽上发射电磁波的雷达装备，产生用于监测连续铸造 设备的模具中的熔渣和熔融金属的表面的扫频信号，可区分熔融金属表面和熔渣层表面， 与W094/18549的结果相反，连续铸造设备的模具中的熔渣层具有大约3_5厘米的厚度。已 经发现，当熔渣层很浅时，尤其是由于熔渣层本身具有从熔融金属上的液体到层顶部的粉 末的变化物质，使用具有小于20GHz带宽的电磁波波束的雷达装备不能区分熔融金属表面 和熔渣层表面，但是具有大于20GHz带宽的雷达装备可区分熔渣层的这些厚度。
优选地，雷达装备发射具有至少30GHz带宽的电磁波波束。通过使用至少30GHz 的带宽，当熔渣层比通常的3-5厘米厚度薄时，也可区分熔渣和熔融金属表面，这是因为可 以预料的是熔渣层的厚度可在熔融金属表面上变化。因此，通过使用至少30GHz的带宽还 可测量较薄的熔渣层。
根据一个优选实施例，波束形成调频连续波或准阶梯式(quasi-stepped)调频 波。这种类型的波使得可相对简单地使用基于无线电设备的本领域的装备来监测和寄存调 频波。
优选地，雷达装备已被定位至模具的侧部，并且使用偏转装置(诸如镜子)将电磁 波波束朝向模具中的熔渣和熔融金属导向。为了能够测量模具中的熔融金属和熔渣表面， 波束应该被导向成几乎垂直于这些表面，这是由于薄的板坯连铸机的模具在内部具有仅大 约10厘米的宽度和大约200厘米的长度，并且熔融金属的表面可以是在模具边缘下方非 常远的距离。通过使用反射装置，雷达装备不需要必须放置在模具上方，在模具上方，由于 漏斗位于上方而获得很小空间并且温度很高；但是，雷达装备可放置在模具侧部，在模具侧 部，可获得更大的空间并且温度较低，以及较易于操作和维护雷达装备。现在仅偏转装置必 须放置在模具上方。
根据一个优选实施例，雷达装备使用开槽透镜天线，所述开槽透镜天线优选具有 用于发射电磁波波束的30度或更小的开度角。这种开槽透镜天线例如从EP1619754A1中 可知。利用这种天线，可产生具有宽带宽的高导向的波束。
优选地，使用透镜聚焦电磁波波束。透镜可用于将波束聚焦在模具内部。用于聚 焦雷达波的透镜在本领域中是已知的。
更优选地，透镜将电磁波波束聚焦成在金属表面上具有3-5厘米直径的点。利用 具有这样直径的点，可测量模具中特定位置处的熔融金属的水平，因而不测量熔融金属的平均水平或均值水平。使用这样的点，可收集关于熔融金属水平变化的更详细信息。
根据一个优选实施例，每秒钟进行很多次熔融金属表面测量。优选每秒进行至少 10次测量。通过每秒钟进行很多次测量，可及时地以期望精度监测金属表面的高度。
根据另一个优选实施例，点在金属表面上运动以形成金属表面的形状图像。通过 能够使点在金属表面上运动，可测量模具中不同位置处的水平变化。
优选地，利用偏转装置的转动使点在金属表面上运动。通常，这种偏转装置已经存 在，从而能够将雷达装备定位在模具的侧部。现在，偏转装置将被转动以使点在金属表面上 运动。
根据一个优选实施例，点在金属表面上运动以扫描金属表面并且每秒钟形成很多 个金属表面的图像。以这种方式，可测量金属表面的高度轮廓，并且进行每秒钟若干次这样 的测量，因此，可随之测量出轮廓中的变化。这使得例如使用磁力制动器来影响金属表面的 轮廓成为可能。
优选地，点还用于形成熔渣层的图像和测量熔渣层的厚度。由于使用上述讨论的 雷达装备，可既测量熔融金属的水平又测量熔渣的水平以及测量熔渣的厚度。
更优选地，运动的点还用于扫描熔渣层的表面和测量熔渣层的厚度。以这种方式， 还可测量熔渣层的厚度随时间的变化。
根据一个优选实施例，雷达装备被相对于模具定位，以使得电磁波在雷达装备和 钢表面之间行进0. 5至5米的距离。该距离对于进行精确的、正在进行的测量来说是最佳 的。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模 具、漏斗或抬包中的熔渣和熔融金属的表面的设备，其中雷达装备发射具有至少20GHz带 宽的电磁波波束。该设备可用于上述方法。
设备的进一步方面在权利要求书中进行描述，其优点根据上述方法的相关方面可 知。
在上述内容中，雷达装备尤其是指雷达天线，在适当时还包括透镜。当然，还需要 雷达电子设备，但是通常电子设备设置在离模具(或漏斗或抬包)很远的距离处。
应理解的是，根据本发明的用于模具(或漏斗或抬包)中的水平测量和熔渣厚度 测量的上述方法和设备还可用于制钢工艺(诸如在鱼雷形抬包、真空抬包、漏斗或转炉)中 的其它水平测量和熔渣厚度测量。


参照

本发明，附图中
图1示意性地示出了连续铸造设备的铸造剖视图。
图2示意性地示出了与连续铸造设备的模具一起使用的根据本发明的雷达装备。
具体实施方式
图1示出了常规的连续铸造设备的剖视图。熔融钢1在抬包2中供给。当抬包空 了的时候，空的抬包被移走并且以满的抬包替换。熔融金属从抬包倒到漏斗3中。在空的 抬包由满的抬包替换时，漏斗应该保持足够的熔融钢以便能够连续地供给模具。漏斗通过浸入式入口喷嘴5为模具4供料，所述喷嘴由于其高的热负载而不得不有规律地替换。通 常，在漏斗下方有至少两个模具。模具的供给通过在漏斗底部中的阀系统6来调节。
被供给到模具4中的熔融钢1被向下引导通过模具以形成连铸流7。在模具中，熔 融钢在模具中形成具有基本恒定高度的弯月面8。在弯月面上，例如在四个位置处供应模制 粉9。使模具保持上下振动运动，其结果是，模制粉末分布在弯月面上。由于熔融钢的热，模 制粉末熔化并且在弯月面上形成玻璃态层，模制粉末在熔融钢和模具壁之间供给玻璃态熔 渣膜。由于熔渣膜，固化的钢壳可形成在熔融钢与模具之间，所述钢壳(含有液态钢)被向 下输送到模具以外，在模具以外，钢壳由支承辊10支承。此处，在连铸流弯曲朝向水平取向 时，钢壳被喷射水11冷却而壳内部的液体池固化。当连铸流完全固化时，火炬12从水平连 铸流切断板坯13。
图2更详细地示出了具有模具4的根据本发明雷达装备的剖视图。具有熔融钢1 和浸入式入口喷嘴5(以虚线示出)的漏斗3位于模具上方大约1米处。在漏斗和模具之 间，热很强，存在形成例如由浸入式入口喷嘴的交换引起的熔融钢液滴的可能性。由于该原 因，优选的是，根据本发明的雷达装备的敏感部件被放置在离模具相当远的距离处，而仅镜 子22存在于漏斗和模具之间。陶瓷遮蔽物(未显示)可存在于模具和镜子之间以遮蔽镜 子。
雷达天线20被放置在离模具4例如1至3米的距离处，并且雷达天线连接至(电 子)处理单元(未显示)和动力源(未显示)。雷达天线必须发射具有至少20GHz (例如 在5至40GHz的范围内)带宽的电磁波波束。雷达天线优选具有最大30度的开度角，例如 20度的开度角。在雷达天线和镜子之间放置透镜21，以将雷达波束23聚焦在模具中钢的 弯月面8上。雷达天线20优选发射被弯月面(部分地)反射的调频连续波(FMCW)，发射的 波束和反射的波束之间的频率差提供具有干扰频率(IF)的波，该干扰频率由基于无线电 装备的装备处理。代替FMCW，也可使用准阶梯式调频波。
由于聚焦的电磁波波束，可监测在熔融钢的弯月面上具有3至5厘米直径的点，并 且可测量弯月面的高度变化。由于波束的带宽很宽，还可监测模制粉末9的表面。基于该 测量，不仅来自漏斗3的熔融钢1的流入量并且模制粉末的添加量可被更精确地调节。
优选地，模具上方的镜子22是可转动的。通过逐步进式地转动镜子，波束23可在 熔融钢的在弯月面8上运动，弯月面8和模具层9的高度变化可沿着模具的长度进行测量。 通过使镜子还沿着垂直方向枢转，弯月面可在其整个表面上方被监测。
还可能使镜子连续转动以形成熔融钢的弯月面的形状图像，优选在短的时间范围 内进行。通过以某一频率(例如每秒钟至少10次)使镜子连续转动，可监测弯月面的运动， 以及可测量例如来自漏斗的熔融钢的流入量。这使得调节模具内部的熔融钢的流动成为可 能。这例如可利用磁力制动器(诸如本领域已知的这些制动器)来完成。
权利要求
1.一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中的熔渣和熔融金属的表面的方 法，其特征在于，所述雷达装备发射具有至少20GHz带宽的电磁波波束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达装备发射具有至少30GHz带宽的 电磁波波束。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述波束形成调频连续波或准阶梯式调频波。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述雷达装备被定位到模具的侧 部，并且所述电磁波波束使用诸如镜子的偏转装置被朝向模具中的熔渣和熔融金属导向。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达装备使用优选具有 30度或更小开度角的开槽透镜天线，以用于发射所述电磁波波束。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电磁波波束使用透镜聚焦。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述透镜将所述电磁波波束聚焦成在金 属表面上的具有3至5厘米直径的点。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，进行每秒钟多次熔融金属水平的测 量，优选进行每秒钟至少10次的测量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述点在所述金属表面上运动以形成金 属表面的形状图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述点利用偏转装置的转动在所述金属 表面上运动。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述点在所述金属表面上运动以扫 描所述金属表面，并且每秒钟形成所述金属表面的多个图像。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述点还用于形成熔渣层的图像和用于 测量所述熔渣层的厚度。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，运动的所述点还用于扫描所述熔渣层 的表面和用于测量所述熔渣层的厚度。
14.根据权利要求4-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述电磁波在所述雷达装 备与所述钢表面之间行进0. 5至5米。
15.一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具、漏斗或抬包中的熔渣和熔融金 属的表面的设备，其特征在于，所述雷达装备发射具有至少20GHz带宽的电磁波波束。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述波束具有至少30GHz的带宽。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其特征在于，诸如镜子的偏转装置是所述设备 的一部分，以将波束朝向模具中的熔渣和熔融金属导向。
18.根据权利要求15、16或17所述的设备，其特征在于，所述雷达装备使用优选具有 20度或更小开度角的开槽透镜天线，以用于发射所述波束。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，一透镜被放置在所述开槽透镜天线之 前，以将所述波束聚焦成所述熔融金属表面上的点。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述透镜已被选择成在0.5至5米的距 离处聚焦波束。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，可转动的偏转装置被放置在所述透镜之后，以能够使点在所述金属表面上运动 。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用雷达装备监测连续铸造设备的模具中的熔渣和熔融金属的表面的方法。根据本发明，雷达装备发射具有至少20GHz带宽的电磁波波束。本发明还涉及一种使用该方法的设备。
文档编号G01F23/284GK102036771SQ200980104722
公开日2011年4月27日 申请日期2009年1月12日 优先权日2008年1月18日
发明者F·D·范登伯格 申请人:塔塔钢铁艾默伊登有限责任公司