BR112013021302B1

BR112013021302B1 - Conjunto de sensor para medir parâmetros em fusões

Info

Publication number: BR112013021302B1
Application number: BR112013021302-7A
Authority: BR
Inventors: Jan Cuypers; Valère INDEHERBERGE
Original assignee: Heraeus Electro-Nite International N.V.
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2021-09-08
Also published as: CN103403509B; BE1020060A3; CA2827803A1; CA2827803C; EP2678649B1; US9366578B2; EP2678649A1; WO2012113498A1; BR112013021302A2; CN103403509A; DE102011012175A1; US20130322489A1

Abstract

conjunto de sensor para medir parâmetros em fusões. a presente invenção refere-se a um conjunto de sensor para medir parâmetros em fusões, especialmente para medir a temperatura, especialmente em fusões de metal ou de criolita, com um ponto de fusão acima de 500ºc, com uma seção superior e uma seção inferior dispostas separavelmente posicionadas na seção superior. caracteriza-se pelo fato de que, em uma extremidade de mergulho da seção inferior, afastada em relação à seção superior, está disposto um tubo que se projeta coaxialmente para um eixo longitudinal da seção inferior e que na sua extremidade afastada em relação à seção superior está fechado, e na outra extremidade está aberto, sendo que um tubo condutor aberto nos dois lados, estendendo-se na seção superior em sentido coaxial para com um eixo longitudinal da seção superior, está disposto com mobilidade dentro de uma luva condutora e do tubo condutor, através de um corpo elástico, é sujeito com uma pressão atuante na direção da seção inferior e encosta na seção inferior, sendo que uma abertura do tubo condutor e a extremidade aberta do tubo da seção inferior estão dispostas reciprocamente adjacentes e coaxialmente para com o eixo longitudinal da seção inferior.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um conjunto de sensor para medir parâmetros em fusões, especialmente para medição da temperatura, especialmente em fusões de metal ou de criolita com um ponto de fusão acima de 500°C, com uma seção superior e uma seção inferior fixada separavelmente na seção superior. Fusões de metal podem ser, por exemplo, fusões de aço ou de ferro.

[0002] Conjuntos de sensores similares são conhecidos, entre outros, a partir do documento DE 44 33 685 C2. Ali está descrito que em um corpo de suporte está disposto elemento térmico. Este elemento térmico projeta-se dentro do recipiente no qual é medida a temperatura de arrefecimento da fusão. Outros conjuntos de sensores para medir temperaturas de fusões são conhecidos, entre outros, do documento DE 103 31 124 B3 sendo que fibras de vidro são usadas como elemento sensorial. Na Patente Européia EP 1 034 419 B1 é, além disso, descrito um conjunto de sensor, o qual, de modo semelhante ao DE 44 33 685 C2, emprega um elemento térmico. Um outro sensor de temperatura é conhecido, por exemplo, da Patente JP 07 229 791 A. aqui é usado uma fibra de vidro para medir, que recebe a irradiação da fusão e avança para uma unidade de avaliação, na qual a irradiação integrada determina a temperatura de forma conhecida.

[0003] Constitui objetivo da presente invenção aprimorar os dispositivos existentes e continuar a simplificar a sua segurança operacional.

[0004] Esta tarefa será solucionada pelo fato de que em uma extremidade de penetração da seção inferior, afastada em relação à seção superior, está integrado um tubo que se projeta coaxialmente para com o eixo longitudinal da seção inferior, que na sua extremidade afastada em relação à seção superior, está fechado, estando aberto na outra extremidade, sendo que na seção superior está integrado um tubo condutor aberto nos dois lados em uma luva condutora (especialmente em direção axial longitudinal) está disposto em forma móvel, estendendo-se axialmente para com o eixo longitudinal da seção superior, sendo que o tubo condutor por meio de um corpo elástico é sujeito com uma pressão atuante na direção da seção inferior e encostando na seção inferior, sendo que uma abertura do tubo condutor e a extremidade aberta do tubo da seção inferior estão reciprocamente contíguos em sentido axial para com o eixo longitudinal da seção inferior, torna-se possível, por um lado, o acolhimento e avanço de irradiação de luz para avaliação da temperatura resultante da irradiação (ou de outros parâmetros como seja teor de aditivos) de uma fusão o que é viável de forma simples. Por outro lado, uma fibra condutora luminosa, disposta preferencialmente no tubo condutor da seção superior e no tubo da seção inferior, poderá ser usada de forma muito simples para outros ciclos medidores.

[0005] A fibra condutora de luz que preferencialmente é usada para condução da luz e da subsequente determinação da temperatura, ou seja, de parâmetro, geralmente é desenrolada de um rolo e através do conjunto do sensor é conduzida até a sua ponta. A fibra condutora de luz apresenta um núcleo de vidro, preferencialmente vidro de quartzo que está circundada por uma camisa metálica que realmente possibilita a manipulação do vidro e, por exemplo, deve evitar o rompimento não intencionado do vidro. Para tanto, o núcleo está estreitamente envolvido pela camisa metálica, normalmente uma camisa de aço. Estas fibras condutoras de luz são comuns. Para uma medição fibra condutora de luz será conduzida através de um conjunto de sensor até a ponta do tubo da seção inferior, ou seja, até a sua extremidade fechada. O conjunto de sensor será mergulhado com sua extremidade de mergulho dentro da fusão, sendo que especialmente se aquece a seção superior de mergulho até alcançar uma temperatura de equilíbrio com a fusão. A irradiação da fusão será recolhida pela extremidade da fibra condutora de luz, sendo avançada para avaliação.

[0006] Nas medições na fusão de alta temperatura, como fusões de criolita ou de aço, a extremidade da fibra condutora de luz exposta a fusão, será danificada pela influência da temperatura, de modo que normalmente não pode ser usada várias vezes para medições seguras. Por isso, após a medição e após a retirada do sensor da fusão, a seção inferior será separada da seção superior. No caso, pela pressão do corpo elástico, o tubo condutor será expulso em um trecho que é determinado pela disposição do tubo condutor na seção superior, especialmente pela disposição de encostos mecânicos. Este trecho pode ser, por exemplo, de 1-5 cm. A fibra condutora de luz que originalmente foi expulsa da seção superior até a ponta do tubo da seção inferior, no percurso de movimentação do tubo condutor será, por este, circundada, quando é mecanicamente estabilizada. A extremidade da fibra condutora de luz que neste processo ainda se salienta do tubo condutor, poderá depois de uma forma simples, por exemplo, por uma ação mecânica lateral, ou seja, por dobramento, pode ser quebrada. Depois estará disponível uma nova ponta da fibra condutora de luz não danificada para que seja feita uma nova medição. Uma seção inferior será, para tanto, encaixada sobre a seção superior, a fibra condutora de luz será conduzida através do conjunto de sensor até a ponta do tubo da seção inferior e a medição poderá ser feita.

[0007] A extensão da extremidade a ser rompida da fibra condutora de luz será essencialmente determinada pelo comprimento do tubo da seção inferior e pelo movimento da luva condutora que se verifica sob a pressão do corpo elástico. Para que a ruptura possa ser realizada sem essencial deformação da fibra condutora de luz no ponto de ruptura, o diâmetro interno do tubo condutor, por um lado é suficientemente grande para que se possa produzir um avanço sem problemas da fibra condutora de luz, porém, por outro lado, não é essencialmente maior do que o diâmetro externo da fibra condutora de luz a fim de evitar na maior extensão possível um dobramento da fibra de curvatura de luz na ponta do tubo condutor por ocasião da ruptura e assegurando, neste processo, que a seção transversal da fibra condutora de luz, inclusive da camisa metálica, permaneça essencialmente preservado no ponto da ruptura. No caso provou ser adequada uma diferença entre os dois diâmetros de cerca de 0,5 mm ou até inferior a 0,5 mm. Conforme já descrito, o avanço do tubo condutor será limitado pela construção concreta da seção superior de maneira que pode ser regulado de tal maneira que o menor volume possível seja rompido da fibra condutora de luz a fim de reduzir os custos.

[0008] Preferencialmente os conjuntos sensores estão conformados de tal maneira que o corpo elástico está conformado como uma mola helicoidal que pode estar disposta concentricamente ao redor do eixo longitudinal da seção superior. Desta maneira verifica-se uma pressão uniforme sobre o tubo condutor de maneira que este não se pode dobrar ou ficar emperrado. A extremidade do tubo condutor afastado em relação à seção inferior está convenientemente integrada em um alojamento que envolve o elemento elástico. Desta maneira pode ser evitados de forma eficaz danos ao mecanismo de movimentação. As seções terminais frontais do lado interno do alojamento podem determinar o percurso molar do corpo elástico e, portanto, a movimentação do tubo condutor.

[0009] É vantajoso que o elemento elástico, preferencialmente dentro do alojamento encoste em um colar do tubo condutor, de maneira que uma pressão uniforme está atuante sobre o tubo condutor. Ao mesmo tempo este colar pode ser conformado como um boleado circundante e com um lado de encosto, afastado em relação ao corpo elástico, lado este que é pressionado contra uma face de encosto do alojamento da seção superior, quando o tubo condutor se encontrar na sua posição aberta. Portanto, o alojamento pode ser conformado cilindricamente ao redor do eixo longitudinal da seção superior, sendo que o seu lado frontal, voltado na direção da seção inferior, apresenta uma abertura para o tubo condutor, pela qual é conduzida a fibra condutora de luz, sendo que o lado frontal oposto apresenta outra abertura para a fibra condutora de luz.

[00010] De preferência, a seção superior e a seção inferior estão interacopladas através de um componente de união. É conveniente no caso que pelo menos uma das peças de união apresente pelo menos uma ranhura e pelo menos o outro elemento de união apresente pelo um boleado, sendo que um boleado de um componente de união e pelo menos uma ranhura da outra peça de união engranzem reciprocamente. Desta maneira, é possível realizar uma união à semelhança de clipe a qual pode ser controladamente obtida pela pressão das duas peças (seção superior e seção inferior) em sentido recíproco, podendo ser separado por uma força de tração atuante na direção contrária. Para isto, pelo menos uma das seções de união é produzida de um material elástico.

[00011] Convenientemente, uma das peças de união está conformada como tubo com sua extremidade voltada na direção da outra pela união, sendo que também na direção longitudinal o tubo pode apresentar várias fendas para garantir a elasticidade necessária para o encaixe e soltura recíproca, sendo que este tubo circunda a outra peça de união na sua extremidade voltada na sua direção. Esta outra pela envolta pela peça de união tubular também pode ser conformada como tubo.

[00012] É conveniente que a peça de união disposta na seção inferior no conjunto de sensor, apresente um cone axial simétrico cujo menor diâmetro está disposto adjacente à extremidade aberta do tubo da seção inferior. Na extremidade do cone de maior diâmetro na união da seção superior e da seção inferior, a extremidade do tubo condutor voltado na sua direção, preferencialmente também de conformação cônica poderá engranzar, de maneira que este será adicionalmente centrado e o avanço da fibra condutora de luz não encontre obstáculos por degraus ou semelhantes componentes.

[00013] Pelo menos uma ranhura e pelo menos um boleado se projetam convenientemente ao redor dos eixos longitudinais da seção superior e da seção inferior, de maneira que é assegurado uma condução axial simétrica adicional e uma pressão uniforme, e a seção superior e a inferior não se dobrem uma contra a outra. A condução da fibra condutora de luz pode assim ser aprimorada.

[00014] É conveniente que na extremidade da seção inferior, voltada na direção da seção superior, esteja previsto um recipiente que possua uma abertura de introdução para a fusão e dentro do qual a extremidade fechada do tubo da seção inferior se projeta. Neste recipiente poderá ser recolhida fusão para medir da curva de líquido. O recipiente está fechado nas suas extremidades afastadas em relação à seção inferior e apresenta uma abertura de entrada que está disposta projetando-se lateralmente ou na direção da seção inferior. Pode ser conveniente, portanto, que o tubo da seção inferior atravesse a abertura de entrada do recipiente.

[00015] Preferencialmente o recipiente está disposto concentricamente ao redor do tubo da seção inferior e apresenta na sua extremidade afastada em relação à seção inferior uma extremidade fechada. A extremidade voltada na direção da seção inferior do sensor pode estar aberta. Todavia, também é possível fechar ambas as extremidades e dispor uma abertura lateral na face lateral do recipiente. Convenientemente, o recipiente está termicamente desacoplado na melhor forma possível da seção inferior. Isto pode ser realizado de uma forma conhecida ao especialista por filetes individuais que estão dispostos ao redor do eixo longitudinal do recipiente, ou seja, da seção inferior, unindo o recipiente com a seção inferior. Quanto menor a seção transversal dos filetes ao todo, melhor será o desacoplamento térmico.

[00016] Também é vantajoso que a extremidade da seção superior, afastada em relação à seção inferior, esteja disposta em um tubo de suporte ou em uma lança de mergulho de maneira que o conjunto de sensor possa ser mergulhado de forma simples dentro da fusão, e também possa dela ser novamente retirado. O alojamento pode no caso, está diretamente unido com a lança de mergulho ou com o tubo de suporte. Para tanto, estão conhecidos conectores de encaixe (as chamadas pelas de contacto) cujos contactos estão adequados ao respectivo caso de uso, de maneira que além de uma ligação mecânica podem estar previstos contactos elétricos e/ou ópticos. Desta maneira, além de sinais ópticos, também podem ser avançadas sinais elétricos que, por exemplo, são obtidos de termoelementos ou de sensores eletroquímicos.

[00017] Para produzir a extremidade de mergulho durante o processo do mergulho especificamente, na extremidade do mergulho pode está prevista uma capa protetora de forma já conhecida que protege a extremidade fechada do tubo da seção inferior e eventualmente a disposição do recipiente, contra danos mecânicos durante o mergulho na fusão.

[00018] De acordo com a invenção, está também prevista uma seção superior que se destina a ser empregado em um sensor acima descrito, bem como uma seção inferior que está prevista para ser usada com uma seção superior deste tipo.

[00019] Em seguida, a invenção será descrita a título de exemplo baseado em desenhos. As Figuras mostram: Fig. 1 - visão geral de uma lança de mergulho, Fig. 2 - corte por uma seção superior e uma seção inferior do sensor, sendo que ambas as seções estão divididas, Fig. 3 - corte pelo conjunto do sensor, Fig. 4 - corte do conjunto do sensor com a fibra condutora de luz encaixada, Fig. 5 - conjunto de sensor após a separação da seção superior da seção inferior após a medição e Fig. 6 - a ruptura da extremidade da fibra condutora de luz.

[00020] Na Fig. 1 está esquematicamente apresentada uma visão do conjunto de sensor de acordo com a invenção. A seção superior 1 é essencialmente formada do bloco de contacto 2 o qual, simultaneamente na sua extremidade afastada em relação à extremidade do mergulho, por meio de peças de contacto 3 está unido com a lança 4 envolvendo também o alojamento que permite reconhecer, na sua extremidade de mergulho, o tubo condutor 5 sujeito com tensão molar.

[00021] A Fig. 2 apresenta um corte pela seção superior 1 e pela seção inferior 6. Da seção inferior 1 estende-se na sua extremidade superior, atravessando as peças de contacto, a fibra condutora de luz 7. A fibra condutora de luz 7, vinda de um rolo será conduzida através da lança 4 até a seção inferior 6. Em grande parte, a seção superior 1 é conformada como uma espécie de alojamento, que forma um espaço oco para receber um segmento da fibra condutora de luz de uma extremidade do tubo condutor 5 bem como uma mola helicoidal 11.

[00022] O alojamento 8 é formado de uma luva de aço que no seu lado frontal superior 9 possui um batente 10 circunferencial para a extremidade superior da mola helicoidal 11. A extremidade inferior da mola helicoidal 11 pressiona contra um batente 12 do tubo condutor 5 de maneira que o tubo condutor 5, no estado mostrado da disposição, ou seja, com a união separada, entre a seção superior 1 e a seção inferior 6 encontra-se na sua posição aberta, escamoteada, sendo que a saída pelo batente 12 é limitada encostando no lado frontal 13 inferior do alojamento onde está disposto. O lado frontal 13 inferior, no exemplo misto, é apresentado pela limitação superior da peça de união 14 da seção superior 1. Na sua extremidade oposta à peça de união 14 apresenta uma ranhura 15 circundante.

[00023] A seção inferior 6 possui um corpo 16 de cerâmica. Através do corpo 16 projeta-se o tubo 17 que na sua extremidade de mergulho 18 permanece fechado. Na extremidade do mergulho 18, o tubo está envolto por um recipiente de ensaio 19, o qual por sua vez está unido com o corpo pelos filetes 20. Na sua extremidade afastada em relação à extremidade de mergulho, na seção inferior 6 está disposto um componente de união 21 que na sua extremidade 22 tubular pode ser encaixado sobre a peça de união 14 da seção superior 1. No lado interno da extremidade 22 tubular está disposto um boleado 23 circundante que em estado montado penetra na ranhura 15 circundante.

[00024] A peça de união 21 apresenta um cone 24 coaxial, cuja extremidade encosta com o menor diâmetro na extremidade aberta do tubo 17 e que, com sua extremidade maior, pode recolher a extremidade também conformada cônica do tubo condutor 5. O tubo 17 pode ser produzido de aço ou cobre ou de vidro de quartzo, sendo que o recipiente 19 e os filetes 20 podem ser formados de aço. O recipiente 19 pode apresentar um volume de cerca de 4 cm3 com uma altura de cerca de 28 mm e um diâmetro interno de cerca de 14 mm.

[00025] A Fig. 3 apresenta a seção inferior 6, encaixada sobre a seção superior 1, sendo que a extremidade do tubo condutor 5, voltada na direção da extremidade de mergulho, é pressionada dentro do alojamento 8 da seção superior 1. No caos, a mola helicoidal 11 será comprimida. No processo do encaixe recíproco de seção superior e seção inferior, ou seja, na compressão da mola helicoidal 1, a extremidade da fibra condutora de luz 7, voltada na extremidade da penetração do conjunto de sensor, será introduzido no tubo 17 alguns poucos milímetros. Quando no processo do mergulho do conjunto de sensor na fusão tiver sido alcançada uma temperatura (irradiação) de aproximadamente cerca de 350°C até 800°C, por exemplo, de 500°C, a lança 4 pode, de forma já conhecida, ser posta em vibração, podendo ser ativada a vibração automaticamente ao ser alcançada a temperatura fixada. Com a vibração uma condução automática da fibra condutora de luz 7 pode se verificar para o interior do tubo 17. Para a medição, a fibra condutora de luz 7 será conduzida até a extremidade de mergulho 18 fechada do tubo 17. No caso, salienta-se em cerca de 60 mm do tubo condutor 5 da seção superior 1. A disposição comprimida, ou seja, encaixada reciprocamente está mostrada na Fig. 3, ou seja, 4 sendo que a Fig. 4 apresenta a fibra condutora de luz 7 avançada.

[00026] Com a disposição mostrada na Fig. 4, verifica-se após o mergulho do conjunto de sensor na fusão, uma retirada de uma prova no recipiente de prova 17. Em seguida, o conjunto de sensor será removido da fusão e a curva do arrefecimento poderá ser determinada através da fibra condutora de luz. Durante o processo, o conjunto de sensor, pela lança 4, pode ser exposto de forma conhecida a uma vibração. Naturalmente pode também ser medida somente a temperatura da fusão. Neste processo não será necessário um recipiente. A irradiação liberada pela fusão será captada pela fibra condutora de luz e avançada para um detector. A partir da irradiação será determinada de forma conhecida a temperatura.

[00027] Nas Figuras 5 e 6, o conjunto de sensores é mostrado depois da medição. A seção superior 1 e a seção inferior 6 foram separados, a fim de substituir uma seção inferior 6 gasta durante a medição por uma nova peça. Na separação da parte inferior 6 da seção superior 1, diminui a pressão sobre a mola helicoidal 11, de maneira que o tubo condutor 5 é expelido do alojamento 8 em cerca de 2cm. Neste caso não se modifica a posição da fibra condutora de luz 7, de maneira que a extremidade da fibra condutora de luz 7 que se saliente do tubo condutor 5 será encurtada pelo avanço do tubo condutor 5. Em seguida, a extremidade da fibra condutora de luz 7 que agora se saliente pela extremidade reduzida pelo avanço do tubo condutor será manualmente rompida por movimento em vai e vem na ponta do tubo condutor 5.

[00028] Durante o processo da medição, a extremidade rompida da fibra condutora de luz 7 foi pelo menos parcialmente danificada na sua estrutura, de maneira que não mais pode ser usado por uma medição posterior. Caso sua estrutura esteja danificada, então não mais vai ser usado para outra medição. Pelo mecanismo de avanço para o tubo condutor 5, a extremidade a ser rompida da fibra condutora de luz 7 será restrita para uma menor possível extensão, de maneira que seja rejeitado na menor extensão possível pela parte intacta da fibra condutora de luz.

[00029] Em seguida, poderá ser encaixada uma nova seção inferior 6 sobre a seção superior 1, podendo ser realizado um novo processo de medição.

Claims

1. Conjunto de sensor para medir parâmetros em fusões, especialmente para medir a temperatura, especialmente em fusões de metal ou de criolita, com um ponto de fusão acima de 500°C, com uma seção superior (1) e uma seção inferior (6), disposta separavelmente na seção superior (1), sendo que, em uma extremidade de mergulho da seção inferior (6), afastada em relação à seção superior (1), está disposto um tubo (17) que se estende coaxialmente para um eixo longitudinal da seção inferior (6), tubo (17) este que na sua extremidade afastada em relação à seção superior (1) está fechado, estando aberto na outra extremidade, sendo que na seção superior (1) está disposto com mobilidade um tubo condutor (5) aberto nos dois lados, dentro de uma luva condutora, estendendo-se este tubo condutor (5) em sentido coaxial para com um eixo longitudinal da separação superior (1), sendo que o tubo condutor (5), através de um corpo elástico, é sujeito à pressão atuante na direção da seção inferior (6) e encosta na seção inferior (6), sendo que uma abertura do tubo condutor (5) e a extremidade aberta do tubo (17) da seção inferior (6) estão dispostas reciprocamente, adjacentes e coaxialmente para com o eixo longitudinal da seção inferior (6), caracterizado pelo fato de que no tubo condutor (5) da seção superior (1) e no tubo (17) da seção inferior (6) está disposta uma fibra condutora de luz (7), sendo que na extremidade da seção inferior (6), afastada em relação à seção superior (1), está disposto um recipiente (19) que possui uma abertura de entrada para a fusão e dentro da qual se projeta a extremidade fechada do tubo (17) da seção inferior (6) , e sendo que o tubo (17) da seção inferior (6) estende-se através da abertura de entrada do recipiente (19).

2. Conjunto de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, o corpo elástico está conformado com uma mola helicoidal (11), disposta concentricamente ao redor do eixo longitudinal da seção superior (1).

3. Conjunto de sensor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, a extremidade do tubo condutor (5), afastada em relação à seção inferior (6), está disposta em um alojamento (8) que envolve o elemento elástico.

4. Conjunto de sensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, o elemento elástico encosta em um colar do tubo condutor (5).

5. Conjunto de sensor de acordo com qualquer umas das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, a seção superior (1) e a seção inferior (6) estão interligadas através de respectivamente uma peça de união (14; 21).

6. Conjunto de sensor de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, pelo menos uma das peças de união (14) apresenta pelo menos uma ranhura (15), e pelo menos a outra peça de união (21) apresenta pelo menos um boleado (23), sendo que pelo menos o boleado (23) de uma peça de união (21) e pelo menos uma ranhura (15) da outra peça de união (14) engranzam reciprocamente.

7. Conjunto de sensor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, pelo menos uma ranhura (15) e pelo menos um boleado (23) estão dispostos de tal modo que se estendem ao redor dos eixos longitudinais da seção superior (1) e da seção inferior (6).

8. Conjunto de sensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, a extremidade da seção superior (1), afastada em relação à seção inferior (6), está disposta em um tubo de suporte ou em uma lança de mergulho.