BR102021008129A2

BR102021008129A2 - Dispositivo e método para medir uma temperatura de um metal em fusão

Info

Publication number: BR102021008129A2
Application number: BR102021008129-5A
Authority: BR
Inventors: Guido Neyens; Christiaan Radelet; Marc Indeherberge; Frank Stevens
Original assignee: Heraeus Electro-Nite International N.V.
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US11959813B2; AU2021202570B2; EP3929548A1; RU2768559C1; CN113834575A; AU2021202570A1; TWI784525B; JP2022001867A; JP7385627B2; CA3116359A1; UA128625C2; ZA202103706B; MX2021007412A; US20210396602A1; TW202200973A; KR20210157901A; CA3116359C

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão, compreendendo: um fio de núcleo óptico; um tubo, em que o fio de núcleo óptico é disposto pelo menos parcialmente no tubo, em que o tubo tem um diâmetro externo na faixa de 4 a 8 mm e uma espessura de parede de 0,2 a 0,5 mm; e uma pluralidade de elementos separadores, compreendendo mais de dois elementos separadores dispostos no tubo separados entre si, e formando pelo menos um compartimento entre dois dos mais de dois elementos separadores. A invenção também refere-se a um sistema e um método para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão.

Description

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA MEDIR UMA TEMPERATURA DE UM METAL EM FUSÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão, compreendendo um fio de núcleo óptico e um tubo. A invenção também refere-se a um sistema e a um método usando um dispositivo correspondente para medir a temperatura de um banho de metal em fusão.

[0002] Há vários meios e métodos disponíveis para medir a temperatura de um banho de metal em fusão em um recipiente metalúrgico, durante o processo de produção de metais. Um desses meios para medir a temperatura do banho de metal em fusão, particularmente, de ferro ou aço em um ambiente de fusão de um forno a arco elétrico (EAF), envolve a imersão de uma fibra óptica, circundada por um tubo metálico, no metal em fusão. Uma fibra óptica circundada por um tubo metálico é também frequentemente referida como um fio de núcleo óptico. A fibra óptica pode receber radiação térmica e pode transportá-la do metal em fusão a um detector, por exemplo, um pirômetro. Uma instrumentação adequada pode ser associada com o detector para determinar a temperatura do banho de metal em fusão.

[0003] Para medir a temperatura do banho de metal em fusão, o fio de núcleo óptico pode ser alimentado ao banho de metal em fusão, onde é consumido a uma velocidade essencialmente constante, para uma medida de temperatura contínua por um intervalo de tempo predeterminado. A ponta de avanço do fio de núcleo óptico é imersa no recipiente metalúrgico, encontrando, no seu caminho para o banho de metal em fusão, primeiramente, uma atmosfera quente, seguida por uma camada de escória e depois o banho de metal em fusão. Uma vez que a medida de temperatura tenha sido concluída, a ponta do fio de núcleo óptico pode ser retraída parcialmente do banho de metal em fusão. A ponta do fio de núcleo óptico retraído é então a nova ponta de avanço para a medida de temperatura seguinte.

[0004] O pedido de patente EP1857792A1 descreve um método e um dispositivo para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão usando um fio de núcleo óptico.

[0005] Muitos dos dispositivos conhecidos na técnica anterior são comumente construídos por uso de uma fibra óptica localizada em um tubo. O vão entre o fio óptico e o tubo metálico comumente enchido com um material de enchimento, para proteger o fio óptico do calor do banho de metal em fusão, durante a imersão. O fio de núcleo óptico e o tubo podem ser alimentados ao banho de metal em fusão, como velocidades iguais ou diferentes, na mesma posição no banho de metal em fusão.

[0006] Infelizmente, essa construção não resulta sempre em medidas confiáveis por toda a gama de aplicações. Nesse caso, o termo gama de aplicação pode ser usado para se referir à faixa de temperaturas, na qual as medidas de temperatura do banho de metal em fusão são feitas. Especificamente, as medidas de temperatura, na faixa de temperaturas baixas, em combinação com as altas temperaturas da escória, podem provocar altas variações nos dados de saída. Por exemplo, as faixas de temperaturas para os graus de aço normais são entre 1.520 e 1.700°C. No entanto, uma grande parte das temperaturas medidas consequentemente é, comumente, entre 1.550 e 1.620°C.

[0007] Portanto, há uma necessidade para um dispositivo e um método, com os quais medidas de temperatura mais precisas são obteníveis por toda a gama de aplicação, enquanto que o consumo do dispositivo no metal em fusão é minimizado.

[0008] A invenção proporciona um dispositivo para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão, compreendendo:
um fio de núcleo óptico;
um tubo, em que o fio de núcleo óptico é disposto pelo menos parcialmente no tubo, em que o tubo tem um diâmetro externo na faixa de 4 a 8 mm e uma espessura de parede de 0,2 a 0,5 mm; e
uma pluralidade de elementos separadores, compreendendo mais de dois elementos separadores dispostos no tubo separados entre si, e formando pelo menos um compartimento entre dois dos mais de dois elementos separadores.

[0009] Nesse caso, o termo "fio de núcleo óptico" pode ser usado para se referir à fibra óptica, que possa ficar compreendida em um invólucro, em particular, um tubo metálico. O invólucro pode circundar inteiramente a fibra óptica ou pode ficar, pelo menos parcialmente, aberto, de modo que o invólucro não circunde inteiramente a fibra óptica. Também, o invólucro pode ser pelo menos parcialmente cheio com um agente para aplicação de um metal em fusão. Também, a fibra óptica pode ser usada sem um invólucro.

[0010] O tubo do dispositivo pode ser um tubo metálico, no qual o fio de núcleo óptico se estende ao longo do seu comprimento. Por exemplo, o fio de núcleo óptico pode ser disposto no centro do tubo metálico e pode se estender na direção dele.

[0011] De acordo com a invenção, o tubo tem:

- um diâmetro externo na faixa de 4 a 8 mm; e
- uma espessura de parede na faixa de 0,2 a 0,5 mm.

[0012] A espessura de parede do tubo é, de preferência, na faixa de 0,3 a 0,4 mm. Também, testes no banho de metal em fusão mostraram que a precisão das medidas de temperatura é associada com a massa do material frio, que está entrando no banho de metal em fusão durante a medida de temperatura. Essa massa por unidade de tempo pode depender da velocidade de alimentação e da geometria do dispositivo.

[0013] Também, o dispositivo compreende uma pluralidade de elementos separadores, compreendendo mais de dois elementos separadores dispostos no tubo, e a formação de pelo menos um compartimento entre dois dos mais de dois elementos separadores.

[0014] Nesse caso, o termo "compartimento" refere-se ao volume entre os diferentes elementos separadores no tubo.

[0015] Nesse caso, o termo "elementos separadores" refere-se às partes dispostas dentro do tubo, subdividindo o volume dentro dele.

[0016] Os elementos separadores podem ser implementados como elementos em forma de disco, que são dispostos dentro do tubo compreendendo uma abertura, pela qual o fio de núcleo óptico está se estendendo e que pode suportar, pelo menos parcialmente, o fio de núcleo óptico. A abertura é, de preferência, na parte intermediária dos elementos para suportar o fio de núcleo óptico no centro do tubo. No entanto, nos exemplos, os elementos separadores também podem ter formas diferentes. Por exemplo, os elementos separadores podem ter uma forma cúbica, cilíndrica, cônica, triangular, esférica, piramidal, trapezoidal e/ou poligonal. Em um exemplo, o dispositivo compreende uma pluralidade de elementos separadores compreendendo pelo menos cinco elementos separadores dispostos no tubo.

[0017] Os elementos separadores podem ser presos em qualquer um do fio de núcleo óptico ou do tubo, e podem, vantajosamente, isto é, devido à disposição deles entre o fio de núcleo óptico e o tubo, minimizar o atrito do tubo e do fio de núcleo óptico e, desse modo, evitar tensão. Ainda mais, quando o dispositivo está sendo alimentado no metal em fusão, o fio de núcleo óptico e o tubo podem se movimentar conjuntamente. Por conseguinte, um movimento relativo do componente ajustador de forma e do tubo pode ser minimizado ou mesmo evitando, quando alimentados no banho de metal em fusão.

[0018] A velocidade e a posição do fio de núcleo óptico e do tubo podem ser essencialmente iguais.

[0019] Vantajosamente, por uso dos elementos separadores para gerar um compartimento entre pelo menos quaisquer dois elementos separadores, a penetração de metal em fusão no tubo pode ser impedida eficientemente.

[0020] Vantajosamente, por uso de um dispositivo como descrito acima, o tubo funde, controladamente, a partir da extremidade de imersão, o que promove medidas de temperatura mais precisas. A medida de temperatura efetiva pode ser conduzida enquanto o tubo está fundindo no banho de metal em fusão.

[0021] Por uso de um dispositivo como descrito acima, vantajosamente, o tubo não funde antes dele entrar no banho de metal em fusão. Também, o tubo não funde a parte de suas laterais, e as penetrações do metal em fusão no interior do tubo podem ser minimizadas, o que afetaria adversamente as medidas de temperatura.

[0022] Por exemplo, um gás contido no compartimento vai se expandir devido ao aumento de temperatura, quando o dispositivo é inserido no banho de metal em fusão. Em um exemplo, o aumento de pressão, necessário para impedir ingresso de aço, pode ser calculado por um simples cálculo da pressão ferrostática na profundidade de imersão desejada no banho de metal em fusão.

[0023] Contudo, um aumento de temperatura repentino da temperatura do banho de metal em fusão pode gerar um acúmulo de pressão nesses compartimentos da ordem de 6 bar. Essa pressão pode provocar fissuras na parede lateral do tubo, antes de início do processo de fusão.

[0024] Ainda mais, mostrou-se que a minimização da massa por unidade de comprimento por redução do diâmetro e da espessura de parede do tubo, como definido acima, contribui para obter medidas de temperatura mais precisas. Também, para entrada do banho de metal em fusão sem curvatura e flutuação, um diâmetro mínimo é vantajoso.

[0025] Em um exemplo, o tubo compreende um material tendo uma condutividade térmica superior a 30 W/mK à temperatura ambiente (RT).

[0026] Nesse caso, o termo temperatura ambiente, RT, pode ser usado para se referir a uma temperatura de cerca de 20°C, em particular, a uma temperatura na faixa de 16 a 25°C.

[0027] Em um exemplo, um espaço entre o fio de núcleo óptico e o tubo é enchido com:

- gás, uma mistura gasosa; ou
- um material de enchimento compreendendo um material de baixa densidade compreendendo, em particular, um material orgânico de baixa densidade.

[0028] O espaço pode ser, por exemplo, enchido com ar ou um gás inerte. Para minimizar o ingresso de metal em fusão no tubo, o que provocaria baixos valores de saída, um material de enchimento pode ser disposto vantajosamente, pelo menos parcialmente, no espaço entre o fio de núcleo óptico e o tubo.

[0029] Nesse caso, o termo "baixa densidade" pode ser usado para se referir a materiais tendo uma densidade inferior a 2 g/cm3, de preferência, inferior a 1 g/cm3.

[0030] Em um exemplo, o material de enchimento compreende algodão, lã, cânhamo, cascas de arroz e/ou linho. Outros materiais de enchimento de baixa densidade com um teor de cinza inferior a 10% também são adequados.

[0031] O teor de cinza pode representar o componente incombustível de um material remanescente após sua queima completa.

[0032] Em um exemplo, o tubo compreende um material ou uma liga de pelo menos um do grupo de materiais compreendendo: ferro e/ou graus de ligas de aço.

[0033] Vantajosamente, os materiais mencionados acima têm uma condutividade térmica superior a 30 W/mK à temperatura ambiente.

[0034] Em um exemplo, o produto da condutividade térmica e da espessura de parede do tubo é superior a 0,015 W/K.

[0035] Uma alta condutividade térmica em combinação com uma parede fina pode ser vantajoso. O produto da espessura de parede, em mm, e da condutividade térmica pode ser vantajosamente superior a 0,015 W/K. Em um exemplo, a parede externa, com uma espessura de 0,3 mm, requer um material com uma condutividade térmica superior a 50 W/mK.

[0036] Vantajosamente, quanto maior for a condutividade térmica do material do tubo selecionada, mais homogênea vai ser a distribuição de temperatura durante o aquecimento do tubo. Por outro lado, uma distribuição de temperatura heterogênea pode provocar arrebentamento descontrolado das paredes laterais do tubo, resultando em ingresso indesejável do metal em fusão.

[0037] Em um forno típico, a distância entre o ponto de entrada e o banho de metal em fusão é na faixa entre 1 e 2 metros.

[0038] Em um exemplo, os elementos separadores são dispostos no tubo separados entre si, a uma distância que é inferior à distância do ponto de entrada no forno a uma altura do banho de metal em fusão. Nesse exemplo, os elementos separadores podem ser dispostos para formar um caminho de ventilação pelo comprimento do dispositivo.

[0039] Em um exemplo, os elementos separadores compreendem um material de silicone, de preferência, um de dois componentes, um material de borracha, um material de couro, um material de cortiça e/ou um material metálico.

[0040] Para superar os efeitos adversos de um aumento repentino de pressão, pequenos compartimentos podem ser selecionados, o que implica que, durante uma medida, pelo menos um compartimento é alimentado no forno. Os gases nesse compartimento vão se expandir e a pressão vai se acumular devido à expansão térmica. Vantajosamente, o caminho de ventilação impede o ingresso de aço e escória da parede lateral do tubo. Durante a imersão do dispositivo, o gás em expansão pode parcialmente evacuar pela extremidade de imersão do dispositivo.

[0041] Em um exemplo alternativo, os elementos separadores são dispostos no tubo espaçados entre si, a uma distância que é superior à distância de um ponto de entrada no forno à altura do banho de metal em fusão.

[0042] Nesse caso, o compartimento seguinte é parcialmente disposto dentro do forno e fora dele. Vantajosamente, isso pode impedir o aquecimento dos gases por todo o comprimento do compartimento, e, sendo assim, reduz-se a pressão máxima obtida no compartimento para superar os efeitos adversos de um acúmulo repentino de pressão. Também, no exemplo mencionado anteriormente, os elementos separadores podem ser dispostos no tubo, em uma maneira impermeável a gás, para proporcionar um selo entre o fio de núcleo óptico e a parte interna do tubo.

[0043] Em outro exemplo, os elementos separadores são dispostos no tubo espaçados entre si a uma distância na faixa de 2 a 5 metros, de preferência, a uma distância de 3 a 4 metros.

[0044] Na maior parte dos processos metalúrgicos, o banho de metal em fusão é coberto por uma camada de escória, com uma densidade inferior àquela do banho de metal em fusão. Por exemplo, em um processo de produção de aço, a densidade do aço em fusão é em torno de 7 g/cm3, com uma cobertura de escória com uma densidade em torno de 2 g/cm3. Durante os estágios de processamento em fornos conversores, a arco elétrico e de panela, essa densidade pode cair ainda mais devido à espumação da escória provocada por bolhas de CO/CO2. No caso do dispositivo ter uma densidade superior àquela do banho, ele vai tender a afundar no fundo, com uma densidade mais baixa vai apresentar uma tendência de flutuar.

[0045] Em um exemplo, o dispositivo compreende uma densidade na faixa de 0,8 a 4 g/cm3, em particular, na faixa de 1 a 3 g/cm3.

[0046] Para impedir o risco de flutuação durante imersão do dispositivo, uma densidade do material na faixa de 0,8 a 4 g/cm3, em particular, na faixa de 1 a 3 g/cm3 é vantajosa.

[0047] Um processo de forno a arco elétrico vai ter uma faixa de densidades muito ampla para a escória. Com uma espessura de escória estimada de em torno de 30 cm em uma fase deformada, a espessura da escória pode aumentar à abóbada do forno, durante a espumação. Desse modo, um dispositivo usado nesse processo precisa ser aplicável nessa faixa para permitir a obtenção de medidas de temperatura precisas.

[0048] A invenção também refere-se a um sistema, compreendendo um dispositivo, como descrito no presente relatório descritivo, e um meio de alimentação para alimentar uma ponta de avanço do dispositivo em um banho de metal em fusão. O sistema pode também compreender ainda um forno, tendo um ponto de entrada para o dispositivo e para reter o banho de metal em fusão e a cobertura de escória.

[0049] A invenção refere-se ainda a um método para medir a temperatura de um banho de metal em fusão usando um dispositivo ou um sistema como descrito no presente relatório descritivo, compreendendo:
alimentar o dispositivo para medir a temperatura com uma ponta de avanço dirigida para o metal em fusão com uma taxa de alimentação na faixa de 10 g/s a 50 g/s no banho de metal em fusão; e medir a temperatura do metal em fusão.

[0050] Uma taxa de alimentação de 50 g/s pode ser considerada como sendo a máxima. Em aplicações com altas temperaturas, essa velocidade precisa ser aplicada para atingir uma profundidade suficiente no banho de metal em fusão. Em aplicações com baixas temperaturas, esse valor pode ser mais baixo. Em todas as aplicações de produção de aço, um mínimo de 10 g/s é necessário para obter uma profundidade de imersão mínima.

[0051] Por exemplo, em aplicações de forno a arco elétrico, medidas mais precisas podem ser obtidas com uma taxa de alimentação em torno de 30 g/s, em aplicações de forno de panela com uma taxa de alimentação em torno de 20 g/s, e em aplicações de panela com uma taxa de alimentação em torno de 16 g/s.

[0052] Como já descrito acima, a precisão das medidas de temperatura pode ser notada como sendo associada com a massa do material frio que está entrando no banho de metal em fusão, durante a medida de temperatura. Essa massa por unidade de tempo pode depender da velocidade de alimentação e da geometria do dispositivo.

[0053] Vantajosamente, por alimentação de um dispositivo como descrito acima com as velocidades de alimentação definidas no método, medidas de temperatura mais precisas podem ser obtidas.

[0054] Em um exemplo, o fio de núcleo óptico e o tubo são alimentados conjuntamente na mesma velocidade no banho de metal em fusão.

[0055] A seguir, são descritos dois exemplos vantajosos.

[0056] Em um primeiro exemplo, a taxa de alimentação necessária para obter uma medida de temperatura precisa foi verificada. Um dispositivo compreendendo um fio de núcleo óptico e um tubo de aço de baixo teor de carbono, com um diâmetro externo de 6 mm e uma espessura de parede de 0,3 mm, tendo uma densidade em torno de 1,6 g/cm3, pode ser alimente ado ao banho de metal em fusão a uma velocidade de 800 mm/s a uma profundidade de 300 mm. Uma densidade em torno de 1,6 g/cm3 corresponde a uma massa de 44,1 g/cm. Nessa velocidade, a medida vai ser precisa por toda a gama de aplicação. Vantajosamente, a configuração selecionada vai se manter no metal em fusão e vai flutuar na direção da interface metal em fusão - escória.

[0057] Os seguintes parâmetros exemplificativos foram obtidos relativamente ao primeiro exemplo:
tempo = 300 mm /800 mm/s = 0,375 s;
massa = 44,1 g/m * 0,3 m = 13,2 g; e
massa / tempo = 132, g /0,375 s = 35,2 g/s.

[0058] Em um segundo exemplo, a velocidade de alimentação máxima para obter uma medida de temperatura precisa foi determinada. Um dispositivo tendo uma densidade em torno de 2,2 g/cm3 (correspondente a 68,6 g/m) com um tubo de aço de baixo teor de carbono, com um diâmetro externo de 7 mm e uma espessura de parede de 0,4 mm, pode se alimentado no banho de metal em fusão a uma profundidade de 400 mm, com uma velocidade máxima de 728 mm/s. Até essa velocidade, a medida vai ser confiável por toda a gama de aplicação. A configuração selecionada vai se manter no metal em fusão e vai flutuar na direção da interface metal em fusão - escória.

[0059] Os seguintes parâmetros exemplificativos foram obtidos relativamente ao segundo exemplo:
massa = 68,6 g/m * 0,4 m = 27,4 g;
tempo =27,4 g / 50 g/s = 0,54 s; e
velocidade = 400 mm / 0,54 s = 728 mm/s.

[0060] A ideia subjacente à invenção vai ser descrita subsequentemente em mais detalhes com relação às concretizações mostradas nas figuras. Nesse caso:
a Figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão, de acordo com uma concretização da invenção;
a Figura 2 mostra uma representação esquemática de um gráfico de posição - tempo, indicando a imersão de uma ponta de avanço do dispositivo, antes, durante e após medida de temperatura do metal em fusão;
as Figuras 3A, 3B mostram vistas esquemáticas de dispositivos de acordo com uma primeira concretização e uma segunda concretização da invenção;
a Figura 4 mostra uma vista esquemática de um sistema para verificar a impermeabilidade a gás dos compartimentos, de acordo com as concretizações da invenção;
as Figuras 5A - 5C mostram vistas esquemáticas de imersão de um dispositivo, de acordo com uma primeira concretização da invenção, em um banho de metal em fusão;
as Figuras 6A - 6C mostram vistas esquemáticas de diferentes configurações de elementos separadores, de acordo com as concretizações da invenção; e
as Figuras 7A - 7C mostram vistas esquemáticas de dispositivos, de acordo com as concretizações da invenção.

[0061] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão 15, de acordo com uma concretização da invenção.

[0062] Como mostrado na Figura 1, o sistema compreende um dispositivo 1, que é localizado, pelo menos parcialmente, em uma serpentina 9, e é, pelo menos parcialmente, desenrolado da serpentina 9 para conduzir uma medida. Uma primeira extremidade do dispositivo 1 é conectada a um pirômetro 11, que, por sua vez, pode ser conectado a um sistema computadorizado (não mostrado), para processar os dados obtidos com o dispositivo 1. Como mostrado na Figura 1, o dispositivo 1 é alimentado por meio de um alimentador 13, por um tubo de guia 17, em um recipiente tendo um ponto de entrada 19 e contendo o banho de metal em fusão 15. A temperatura de uma parte do dispositivo 1, que se estende da serpentina 9 ao ponto de entrada 19, pode ser considerada como sendo baixa, que pode ser uma temperatura variando da temperatura ambiente a 100°C. Uma vez passando pelo ponto de entrada 19 na direção do banho de metal em fusão 15, uma atmosfera quente de até 1.700°C, ou ainda maior, é primeiramente encontrada, seguida por uma camada de escória 16, que é, por sua vez, seguida pelo banho de metal em fusão 15. O ponto de entrada 19 para o recipiente pode ser equipado com uma lança de sopro (não mostrada na Figura 1) para impedir a penetração de metal e escória no dispositivo 1. A ponta de avanço do dispositivo 1, submersa no banho de metal em fusão 15, vai fundir, e, durante esse estágio de fusão, a medida de temperatura pode ser obtida. A distância coberta pela ponta de avanço do dispositivo 1, dentro do metal em fusão 15, é indicada por Lmm. Após a medida ser feita, a parte do dispositivo 1, localizada na atmosfera quente e se estendendo pela camada de escória 16, pode ser retroalimentada na direção da serpentina 9 e pode ser reutilizada para a medida seguinte. A distância coberta pela ponta de avanço do dispositivo 1, dentro do recipiente, é indicada por Lmeas na Figura 1. Também se mostra na Figura 1 a interface de camada de escória -atmosfera, SAI, e a interface de metal em fusão - camada de escória, MSI.

[0063] A Figura 2 mostra uma representação esquemática de um gráfico de posição - tempo, indicando a imersão de uma ponta de avanço do dispositivo, antes, durante e após medida de temperatura do metal em fusão. Tendo em vista a presente a presente explicação, o gráfico de posição - tempo da Figura 2 mostra um caso simplificado, no qual se considera que a ponta de avanço do dispositivo não funde durante a medida. O ponto de entrada, que é mostrado na Figura 1, é considerado como sendo o ponto de entrada do recipiente e um ponto de referência para a medida. A distância coberta dentro do recipiente, LMEAS, é mostrada na Figura 2, bem como a distância coberta pela ponta de avanço dentro do metal em fusão, Lmm, e o comprimento do dispositivo, que é tipicamente consumido para feitura de uma medida de temperatura LC. A sequência vai terminar com uma nova ponta de avanço, posicionada no ponto de entrada do recipiente. O comprimento do dispositivo, LMM, imerso no banho de metal em fusão 15, e a distância da alimentação de avanço é reduzida com o comprimento no banho de metal em fusão para obter a distância de retorno.

[0064] As Figuras 3A e 3B mostram vistas esquemáticas dos dispositivos 1, 1', de acordo com uma primeira concretização e uma segunda concretização da invenção, durante uma sequência de medidas. As Figuras 3A e 3B mostram uma parte do dispositivo, que é alimentada do ponto de entrada 19 no banho de metal em fusão 15.

[0065] Em ambas as concretizações, os dispositivos 1, 1' compreendem mais de dois elementos separadores 7a, 7a', 7b, 7b', 7n', dispostos no tubo 5, 5', que formam pelo menos um compartimento entre dois dos elementos separadores 7a, 7a', 7b, 7b', 7n'.

[0066] A Figura 3A mostra um dispositivo 1, de acordo com uma primeira concretização, tendo uma configuração com grandes compartimentos. Para a configuração de acordo com a primeira concretização, os elementos separadores 7a, 7b são dispostos no tubo 5 em torno do fio de núcleo óptico 3, espaçados entre si a uma distância que é superior à distância do ponto de entrada 19 à interface metal em fusão - camada de escória, MSI. Na configuração mostrada, o comprimento do compartimento é selecionado de um modo tal que nenhum compartimento fechado é posicionado no recipiente por todo o seu comprimento. No caso do ponto de entrada 19 ser equipado com uma lança de sopro (não mostrada), uma pequena parte, dentro do recipiente, pode ser considerada como fria. Como mostrado na Figura 3A, o compartimento é formado entre dois elementos separadores 7a, 7b, com um primeiro elemento separador 7a em uma área fria, e um segundo elemento separador 7b oposto em uma área quente.

[0067] A Figura 3B mostra um dispositivo 1', de acordo com uma segunda concretização, tendo uma configuração com pequenos compartimentos. Nesse caso, os elementos separadores 7a', 7b', 7n' são dispostos no tubo 5', espaçados entre si a uma distância que é menor do que a distância do ponto de entrada 19 no forno à interface metal em fusão - camada de escória, MSI. Na concretização que é mostrada na Figura 3B, os elementos separadores 7a', 7b', 7n' são, pelo menos parcialmente, permeáveis a gás para formar um caminho de ventilação, da extremidade de imersão na direção da serpentina (não mostrada na Figura 3B).

[0068] A Figura 4 mostra uma vista esquemática de um sistema para verificar a impermeabilidade a gás dos compartimentos formados pelos elementos separadores 7a, 7b, 7a', 7n', dispostos nos tubos 5, 5' dos dispositivos 1, 1' mostrados nas Figuras 3A e 3B.

[0069] O sistema mostrado para verificar a impermeabilidade a gás compreende um regulador de pressão 21, um rotâmetro 23, uma válvula 25 e um medidor de pressão 27. Para teste, qualquer um dos dispositivos mostrados 1, 1' pode ser conectado ao sistema. No entanto, uma pessoa versada na técnica vai saber que há também meios alternativos disponíveis para verificar a impermeabilidade a gás dos compartimentos.

[0070] Para obter medidas precisas, pelo menos os compartimentos do dispositivo 1, tendo a configuração com grandes compartimentos, devem ser impermeáveis a gás. A "impermeabilidade a gás" dos compartimentos pode ser testada por teste da impermeabilidade a gás dos elementos separadores individuais 7a, 7a', 7n' para mostrar uma contrapressão de 0,8 bar. Via de regra, pode-se dizer que mais longo for o comprimento do compartimento, maior essa pressão deve ser. Mostrou-se que os comprimentos das câmaras de até o dobro do comprimento daquele na zona quente apresentam resultados favoráveis com uma contrapressão acima de 0,9 bar. Os elementos separadores com compostos orgânicos podem provocar formação de gás na zona quente. Esses elementos separadores podem queimar durante a sequência de medidas e criar um caminho de ventilação. O dispositivo 1', que é mostrado na Figura 4 como conectado ao sistema, pode apresentar uma contrapressão de 0,2 a 0,8 bar com base em teste de um dispositivo 1' compreendendo 20 elementos separadores. O dispositivo 1, que é mostrado na Figura 4 depois do dispositivo 1', pode apresentar uma contrapressão acima de 0,9 bar, com base em um teste com um dispositivo 1 compreendendo um único elemento separador.

[0071] Como um exemplo, um método para verificar a impermeabilidade a gás usando o sistema mostrado na Figura 4 é descrito abaixo com as etapas subsequentes:

1. ajustar o regulador de pressão 21 a uma sobrepressão de 1 bar com a válvula 25 fechada;
2. abrir a válvula 25 e ajustar o rotâmetro 23 a 5 L/min;
3. conectar o corpo de prova 1, 1' ao sistema; e
4. medir a pressão no medidor de pressão 27.

[0072] As Figuras 5A - 5C mostram vistas esquemáticas de um dispositivo 1 de acordo com a primeira concretização. Em particular, as Figuras 5A - 5C mostram uma parte do dispositivo 1, que é alimentada do ponto de entrada 19 no banho de metal em fusão 15. Do lado esquerdo para o lado direito, três estágios de imersão do dispositivo 1 no banho de metal em fusão 15 são mostrados exemplificativamente nas figuras.

[0073] Na Figura 5A, mostra-se que um elemento separador 7b é posicionado na atmosfera quente. A penetração de metal e escória na ponta de avanço do dispositivo 1 pode ser impedida por meio do elemento separador 7b. A alta pressão no tubo 5 pode ser impedida porque a ponta de avanço pode ventilar no banho de metal em fusão 15, e o compartimento seguinte é disposto parcialmente na zona fria. Após a sequência de medidas, a parte do fio de núcleo, no banho de metal em fusão 15, vai ser fundida, e, com a sequência de medidas seguinte, a nova ponta de avanço do dispositivo 1 vai ser posicionada como mostrado na Figura 5B. De novo, a penetração de metal e escória é evitada pelo elemento separador 7b, e a sobrepressão no compartimento seguinte é reduzida, uma vez que o compartimento é parcialmente disposto na área fria. Após a sequência na Figura 5B ser concluída, a nova ponta de avanço vai ser posicionada como mostrado na Figura 5C. Durante essa sequência de medidas, o elemento separador 7b vai entrar no banho de metal em fusão 15 e o tubo 5 vai fundir, antes que a pressão interna no compartimento fique muito alta. Após a sequência mostrada na Figura 5C ser concluída, a medida seguinte vai de novo se assemelhar à sequência mostrada na Figura 5A.

[0074] As Figuras 6A - 6C mostram vistas esquemáticas de diferentes configurações de elementos separadores 7, 7', 7'', de acordo com as concretizações da invenção. Uma pessoa versada na técnica vai saber que nos exemplos descritos no presente relatório descritivo, diferentes configurações podem ser usadas conjuntamente dentro de um tubo.

[0075] Na Figura 6A, um elemento separador 7 é mostrado, que é permeável a gás e que tem um caminho de ventilação 8 disposto em torno de uma abertura central para o fio de núcleo óptico (não mostrado na Figura 6A). A configuração mostrada permite um movimento relativo do fio de núcleo óptico durante o encurvamento e o endireitamento do dispositivo, durante a sequência de alimentação.

[0076] Na Figura 6B, um elemento separador 7' é mostrado, que é permeável a gás e que tem um caminho de ventilação 8' disposto na superfície do elemento separador 7', em que o elemento separador 7' fica em contato com o tubo do dispositivo, quando instalado dentro do tubo.

[0077] Na Figura 6C, um elemento separador 7'' é mostrado que é permeável a gás, em que o caminho de ventilação 8'' é criado por seleção de um material sendo permeável a gás.

[0078] As Figuras 7A - 7C mostram vistas esquemáticas dos dispositivos 1, 1', 1'', de acordo com as concretizações da invenção. Uma seta em todas as figuras indica a direção de imersão dos dispositivos 1, 1', 1'' no banho de metal em fusão (não mostrado nas Figuras 7A - 7C).

[0079] A Figura 7A mostra um dispositivo 1, tendo um material de enchimento 4 disposto no espaço entre o tubo 5 e o fio de núcleo óptico 3. O material de enchimento 4 pode ser um material tendo uma baixa densidade, tal como algodão.

[0080] A Figura 7B mostra um dispositivo 1', no qual o caminho de ventilação 8' é criado por meio de aberturas dispostas no diâmetro externo do fio de núcleo óptico 3'.

[0081] A Figura 7C mostra um dispositivo 1'' tendo elementos separadores 7a'', 7b'', que podem proporcionar um selo impermeável a gás, e elementos separadores 7c'', 7d'' adicionais, dispostos entre os elementos separadores 7a'', 7b'', que não ficam em contato direto com o tubo 5''.
LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA
1, 1', 1'' - dispositivo
3, 3', 3'' - fio de núcleo óptico
4 - material de enchimento
5, 5', 5'' - tubo
7 - 7'', 7a - 7n'' - elementos separadores
8, 8', 8'' - caminho de ventilação
9 - serpentina
11 - pirómetro
13 - alimentador
15, 15' - banho de metal em fusão
16, 16' - camada de escória
17 - tubo de guia
19 - ponto de entrada
21 - regulador de pressão
23 - rotâmetro
25 - válvula
27 - medidor de pressão
SAI - interface camada de escória - atmosfera
MSI - interface metal em fusão - camada de escória
LMEAS - distância de medida
LMM - distância no metal em fusão
LC - comprimento do dispositivo consumido no metal em fusão

Claims

Dispositivo para medir uma temperatura de um banho de metal em fusão, caracterizado pelo fato de que compreende:
um fio de núcleo óptico;
um tubo, em que o fio de núcleo óptico é disposto pelo menos parcialmente no tubo, em que o tubo tem um diâmetro externo na faixa de 4 a 8 mm e uma espessura de parede de 0,2 a 0,5 mm; e
uma pluralidade de elementos separadores, compreendendo mais de dois elementos separadores dispostos no tubo separados entre si, e formando pelo menos um compartimento entre dois dos mais de dois elementos separadores.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo compreende um material tendo uma con-dutividade térmica superior a 30 W/mK à temperatura ambiente, RT.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o produto da condutividade térmica e da espessura de parede do tubo é superior a 0,015 W/K.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um espaço entre o fio de núcleo óptico e o tubo é enchido com:
- - gás, uma mistura gasosa; ou
- - um material de enchimento compreendendo um material de baixa densidade compreendendo, em particular, um material orgânico de baixa densidade.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o material de enchimento compreende algodão, lã, cânhamo, cascas de arroz e/ou linho.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tubo compreende um material ou uma liga de pelo menos um do grupo de materiais compreendendo: ferro e/ou graus de ligas de aço.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores são dispostos no tubo separados entre si, a uma distância que é inferior à distância de um ponto de entrada no forno a uma altura do banho de metal em fusão.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores são dispostos para formar um caminho de ventilação pelo comprimento do dispositivo.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores são dispostos no tubo espaçados entre si, a uma distância que é superior à distância de um ponto de entrada no forno à altura do banho de metal em fusão.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores são dispostos no tubo, em uma maneira impermeável a gás, para proporcionar um selo entre o fio de núcleo óptico e a parte interna do tubo.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores são dispostos no tubo espaçados entre si a uma distância na faixa de 2 a 5 metros, de preferência, a uma distância de 3 a 4 metros.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os elementos separadores compreendem um material de silicone, de preferência, um de dois componentes, ou um material de borracha, um material de couro, um material de cortiça e/ou um material metálico.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende uma densidade na faixa de 0,8 a 4 g/cm3, em particular, na faixa de 1 a 3 g/cm3.
Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende:
um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13; e
um meio de alimentação para alimentar uma ponta de avanço do dispositivo em um banho de metal em fusão.
Método para medir a temperatura de um banho de metal em fusão, usando um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13 ou um sistema como definido na reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende:
alimentar o dispositivo para medir a temperatura com uma ponta de avanço dirigida para o metal em fusão com uma taxa de alimentação na faixa de 10 g/s a 50 g/s no banho de metal em fusão; e
medir a temperatura do metal em fusão.