JP2011527417A - 繊維光学測定方法による金型内の温度測定 - Google Patents

Abstract

【課題】金型において改良された、即ちより高い局部的分解された温度測定を可能とし、その上、出来るだけ僅かな据付け費用ですみ、とにかく金型の縦亀裂及び／又は中断検出を改良すること。
【解決手段】この発明は、繊維光学測定方法によって金型内の温度を測定する方法と適切に形成された金型とに関する。この目的のために、センサーとしてレザー光が案内される光波導体繊維（２）が金型銅板（１、１’）の外面上の溝（４、４’）に設けられている。温度検出システムによって温度が測定繊維に沿って多数の測定箇所において測定される。特にこの方法では、熱要素による公知の温度検出システムに比べて金型内の温度検出の改良された局部的分解が達成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、繊維光学測定方法により金型内の温度を測定する方法と適切に形成された金型とに関する。そのために、光波導体が金型の外面に設けられて、その光波導体によってレザー光が案内される。この発明は、公知の温度検出システムに比べて金型内の温度検出の局部的分解を改良するのに用いられて、特に改良された縦亀裂や中断検出を許容できる。

金型内の温度検出は、迅速に鋳造する鋳造装備の過程で増加して価値を得る重大な問題である。大抵は、金型内の温度がとにかく熱要素によって検出され、この熱要素が金型の銅板内の孔を通してに案内されるか、或いは金型の銅板上に溶接されている。そのような測定方法は熱応力の利用に基づいている。そのような熱要素の数と大きさが限定されている。熱要素が改築の多過ぎる費用無しにしばしば伸縮ボルトの位置にのみ使用され得る。更に、熱要素の数の増加により非常に高いケーブル費用が生じる。そのほかに、これらセンサーが例えば電磁ブレーキ或いは攪拌機によって生じる電磁界に対して障害抗力不足である。更に、ケーブル敷設を含める熱要素を保護するために、高価な保護装置が準備されなければならない。規則的に実施される金型の銅板の交換の際に熱センサーが新たにケーブル敷設されなければならなく、莫大な作業費用のほかに、取違えが生じ得る。

国際公開第２００４／０８２８６９号明細書（特許文献１）は熱要素を備える連続鋳造金型内の温度を検出する方法を示し、熱要素が金型の外部に銅板上に配置されていて孔を通して金型内へ突き出す。

欧州特許第３４３６３３１号明細書（特許文献２）は冶金学容器内、特に連続鋳造金型内の温度測定する同様な方法を示し、その金型内には熱要素が莫大な数の横孔に配置されている。

この両方法は上記欠点を有する。そのために、多数の孔の計画は莫大な財政的且つ時間的消費を必要とする。非常に多くの数のそのように据付けられた熱要素が残念ながら莫大なケーブル敷設費を必要とする。

ドイツ特許第１０２３６０３３号明細書（特許文献３）には、溶融炉、特に誘導炉の耐火性内装材を監視する領域から、光導体繊維による温度測定方法が記載されていて、光導体繊維が帯材上で複数の絶縁層の後部に塗布され、繊維光学的逆散乱測定のために使用される。そのようなシステムが無論、この形態では温度測定用として金型に適しておらず、正確な局部的温度検出のために、鋳造金型に敷設されていない。

国際公開第２００４／０８２８６９号明細書 欧州特許第３４３６３３１号明細書 ドイツ特許第１０２３６０３３号明細書

技術課題は、金型において改良された、即ちより高い局部的分解された温度測定を可能とし、その上、出来るだけ僅かな据付け費用ですみ、とにかく金型の縦亀裂及び／又は中断検出を改良することである。

上記技術課題は、次の開示された発明によって解決され、特にこの発明は鋳造装備の金型における温度測定する方法を意味し、温度を測定するセンサーが金型の少なくとも一つの銅板に使用され、温度検出システムと接続されている鋳造装備の金型における温度測定する方法において、センサーとしてレザー光が案内される少なくとも一つの光波導体繊維が使用され、金型銅板の外面には溝が形成され、溝には少なくとも一つの光波導体繊維が配置されることを特徴とする。

光導体繊維による温度検出は、金型における熱要素の使用として本質的に僅かなケーブル敷設費を可能とする。その上、金型銅板に繊維を据付ける著しく僅かな作業費と価格費が必要とされる。その上、上記方法に基づく光波導体の使用は、孔の熱要素の使用の下で前記システムによって温度測定として著しくより高い局部的分解を可能とする。ガラス繊維導体は例えばケーブルを含める百個以上の熱要素を補充する。高価な保護装置がケーブル敷設を含める熱要素のために、もはや準備される必要がない。

他の好ましい態様では、この方法はメアンダー状に金型銅板の外面上の溝に配置されている少なくとも一つの光波導体繊維を有する。

更に好ましい実施態様では、この方法は、それぞれ一つの溝に配置される少なくとも二つの、長さに応じてずれた光波導体繊維を有する。それにより温度測定の局部的分解が更に改良され得る。

他の好ましい態様では、この方法は、金型銅板の外面上に配置されている冷却通路間の溝を有する。

他の好ましい態様では、この方法は、それぞれに固定側面、解放側面と特にそれぞれ金型の二つの狭い側面に配置されている光波導体繊維を有する。

他の好ましい態様では、各個々の側面の光波導体はそれぞれに一つの継手を介して且つそれぞれ一つの他の別体の光波導体を介して温度検出システムと接続されている。

他の好ましい態様では、直列接続における各個々の側面の光波導体が継手を介して互いに接続されていて、他の継手を介して温度検出システムと接続されている。

この方法の他の好ましい態様では、レザー光が少なくとも一つの継手を介して金型に案内されていて、それにより通路が複数の光波導体繊維から同時に伝達される。

この方法の他の好ましい態様では、継手がレンズ継手である。

この方法の他の好ましい態様では、温度検出システムのデータがプロセスコンピュータに再送され、このコンピュータがこのデータを加工し、これによって鋳造過程を制御する。

さらに、この発明は、金属を鋳造する金型から成り、金型が少なくとも一つの銅板を有し、金型銅板の外面には溝が設けられていて、溝には温度を測定する光波導体繊維が配置されている。

金型の他の好ましい態様では、光波導体繊維がメアンダー状に溝に配置されている。

金型の他の好ましい態様では、少なくとも二つの、長さに基づいてずれて光波導体繊維がそれぞれ一つの溝に配置されている。

金型の他の好ましい態様では、冷却通路間の溝が金型銅板の外面に配置されている。

溝とその溝に配置された光導体繊維を備える金型の銅板の外面の二次元図を概略的に示す。 冷却スリットと冷却スリット間に配置された光導体を備える金型幅広側面の横断面を示す。強力に簡略化された表現は具体的大きさ関係である。 金型の異なった側面における光波導体並びに温度検出ユニットとプロセスコンピュータに対する結合部を配列する概略を示す。 金型の異なった側面における光波導体並びに直列接続における結合部と温度検出ユニットとプロセスコンピュータと前後に互いに接続する光波導体の結合部を配列する他の概略を示す。 レンズ継手を通る横断面を概略的に示す。

図１には、この発明の実施例が示され、この実施例には、光導体繊維２がメアンダー状に冷却通路６の間に金型の銅板１の後面に溝４に敷設されている。この実施例には、より良く表現するために、光導体繊維２が選択され、ほんの僅かの測定箇所３を包含する。無論、本質的に多数の測定箇所３が設けられ得る。さらに、この実施例には、伸縮ボルト５が視覚でき、このボルトには例えば熱要素が配置された或いは配置され得る。この実施例には、鋳造方向に垂直な分解は熱要素から伸縮ボルト５への独占的配列と比較して大幅に増加され、例えば倍にされる。光導体繊維２の好ましい配列と使用によって、まさに縦亀裂の発生がより良く監視され得る。伸縮ボルト５の間隔が一般に熱要素の温度検出半径より大きいから、分解のこの改良がさらに明確であり得る。それ故に、伸縮ボルト５における熱要素の純粋な配列では、銅板に熱要素によって監視されない領域が存在する。図１に示されるように、光波導体繊維２の配列は、この問題を克服し、金型１の銅板において温度の平らに覆い隠す監視を保証する。

この実施例と無関係に、例えば光波導体繊維２が溝４に鋳造樹脂によって流し込むことが可能であり、しかし、光波導体繊維２が他の通常の方法により溝４に固定され得る。

さらに、光波導体繊維２が外部流動前に改良された保護の目的のために、貴金属外套を有することが可能である。その上、一般に多数のそのような光波導体繊維２が貴金属外套或いは貴金属スリーブの内部に配置され得るので、繊維２のしばしば生じる欠陥でさえ、既にスリーブに敷設される他の繊維２が更に使用され得る。その上、スリーブの内部に多数の繊維２が測定するために配置され、それにより測定箇所３が任意に狭く選択され得るので、測定が正確に得られることが考慮できる。

光波導体繊維２は特に０．１ｍｍと０．２ｍｍの間の直径、或いはそのような通常の直径を有する。例えば貴金属から成るスリーブの直径は０．５ｍｍと６ｍｍの間に変更し得る。溝４の直径は特に１ｍｍと１０ｍｍの間にあるか、或いは用途に応じて数ｃｍの大きさである。

さらに、局部的分解を改良するために、多数の光波導体繊維２を一つの溝４に配置することが可能である。それにより測定箇所数３がかなり増加され得る。それにより分解が冷却通路６の方向に、即ち、鋳造方向において、図解に比べて任意に大幅に増加される、例えば倍にされるか、或いは四倍にされる。

一般に一つ或いは二つのガラス繊維導管或いは光波導体繊維の使用によってケーブル敷設を含めた６０乃至１２０個の熱要素が補償される。測定箇所数は原理では使用された温度検出システム１０の算出容量によってのみ限定されている。それ故に、適切な温度検出システム１０により測定箇所の数を実質的に増加させることが可能であるので、光波導体繊維２当たり５００個以上の測定箇所が実現され得る。この実質的により密な測定箇所数によって、局部的分解が更に大幅に増加され得る。

図２は、この発明の他の実施例に基づく金型の幅広側面の金型銅板１’の横断面を示す。図解上とは、金型の内面を見ることである。金型銅板１’の外面（上）には、冷却通路６’があり、その冷却通路の間にスリット或いは溝４’が存在し、溝には光波導体２が金型銅板と接触して配置されている。光波導体２はこの実施例において貴金属外套７を有するけれども、光波導体２は被覆無しにシステム内に設けられている。その上、多数の光波導体或いは光波導体繊維２がそのような外套７の内部に配置され得る。さらに、光波導体２がこの例では特に鋳造樹脂を溝４’に流し込まれる。図２の表現は、溝４’、冷却通路６’、光波導体２と金型銅板１’の間の現実的大きさ関係を示す。溝４’、光波導体２と冷却通路６’の大きさは特別に使用された金型に依存し、これらが図１に対する説明に挙げられているように、大きさの程度で位置できる。

図３は、温度検出システム１０と接続された光波導体２の例解的回路概略を示す。この実施例では、光波導体繊維２は金型の固定側面１１、解放側面１３と二つの狭い側面１２、１４に配置されている。個々の側面のこれら光波導体がそれぞれに光波導体ケーブル或いは他の光波導体を介して評価装置１０と接続されている。各個々の光波導体繊維２を温度検出システム１０と接続するために、所謂レンズ継手９が設けられている。選択的に実質的に多数のレンズ継手（或いは無い）が評価装置と金型内の繊維との間に設けられていて、それは信号の品質に更に特記すべきな影響を与えない。金型側面１１、１２、１３、１４当たりに多数の繊維２を設けて、これら側面を温度検出システム１０と接続させることが可能である。その上、温度検出は金型側面１１、１２、１３、１４の一つ、二つ或いは三つにのみ設けることを可能とする。

温度検出システム１０はプロセスコンピュータ２０と接続されている。この温度検出システム１０によって或いは選択的に他の極端なシステムにより、レザー光が発生されて光波導体２に供給される。光波導体繊維２により集合されたデータが温度検出システムによって温度に換算されて金型の種々の箇所に付属されている。評価は例えば公知の繊維ブラッグ格子方法（ＦＢＧ方法）に基づいて行われる。この方法では、適した光波導体が使用され、屈折率の周期的変動を備える測定箇所或いはそのような変動を備える格子が刻まれ得る。屈折率の周期的変動は、光波導体が測定箇所における一定波長の周期性に依存して誘電的ミラーになることを導く。一点における温度変更によってブラッグ波長が変更され、正確にこのブラッグ波長が反射される。ブラッグ条件を満たさない光がブラッグ格子によって実質的に影響されない。異なった測定箇所の種々の信号が運転時間相違に基づいて互いに相違され得る。そのような繊維ブラッグ格子並びに適切な評価ユニットの詳細な構成は一般に知られている。局部的分解の精度は造形された測定箇所の数によって与えられる。測定箇所の大きさは例えば１ｍｍから５ｍｍまでの範囲に位置し得る。

選択的に温度を測定するために、光学周波数ドメイン反射方法（ＯＦＤＲ方法）或いは光学時間ドメイン反射方法（ＯＴＤＲ方法）が使用され得る。これら二つの方法は、繊維光学ラーマン逆散乱（Raman-ruckstreuung) の原理に基づいていて、光導体の点における温度変動が光波導体材料のラーマン逆散乱の変動に起因することが利用される。評価ユニット、例えばラーマン反射メータによって温度値が繊維に沿って局部的分解されて検出され得て、この方法では、導体の一定長さにわたり伝えられる。これら長さが目下２、３センチメータである。種々の測定箇所が更に運転時間相違によって互いから分離される。上記方法による評価するそのようなシステムの構成は、繊維２の内部にレザー光を発生させる必要なレザーと同様に、一般に知られている。

温度検出ユニット１０によって得られた局部的分解温度データは、特にプロセスコンピュータ２０によって再送され、このプロセスコンピュータは金型の温度分布に対応して、例えば鋳造速度或いは冷却及び／又は他の通用パラメータのような鋳造パラメータを制御できる。

図４は、金型の側壁における光波導体繊維２の配列の概略回路図を示す。図３と違って、無論、光波導体２は金型の個々の側壁に直列接続によって互いに接続されている。即ちこの場合に、第１狭い側面１２の光波導体繊維２がレンズ継手９を介して且つ解放側面１３の光波導体繊維２と接続され、解放側面１３の光波導体繊維２がレンズ継手９を介して第２狭い側面１４の光波導体繊維２と接続され、第２狭い側面１４の光波導体繊維２がレンズ継手９を介して固定側面１１の光波導体繊維２と接続され、固定側面１１の光波導体繊維２がレンズ継手９を介して温度検出システム１０と接続されることである。四つの側面のセンサーの順序は、所望の場合に、任意に他に選択され得ることが明らかである。この種の直列接続によって、ケーブル敷費用が再び明確に減少される。金型側面１１、１２、１３、１４当たりの多数の繊維２を使用し、これらを同様に直列接続で接続することが可能である。その上、金型側面１１、１２、１３、１４の一つ、二つ或いは三つのみで温度検出を企図することができる。

利用するために、図解３におけるように、ＦＥＢ方法、ＯＴＤＲ方法或いはＯＦＤＲ方法が問題である。さらに、一般に他の適した方法が使用され得て、温度損失を繊維に沿って決定する。

図５は、図解３と４において示されるように、レンズ継手９を通る例示的横断面を示す。レンズ継手９は二つの半部から成り、それら半部がレンズ継手の両端においてそれぞれに一つの光波導体２と接続されている。この継手は内部レンズシステムを有し、そのレンズシステムには伝達すべきレザー光線が繊維出口において扇状に拡がれ、他の継手に再び結束される。両継手半部の間には、光線が平行に案内される。そのような継手において、多数の光波導体通路が同時に伝達され得る。レンズ継手は所謂アウトドア−ＥＢＣ−プラグ（「延長ビームコネクタ」）の形態にも形成され得る。そのような継手は非常に強靱で且つ万ーの汚染に対して抵抗力の強いものである。

１，１’．．．．金型銅板
２．．．．．光波導体繊維
３．．．．．測定箇所
４，４’．．．．溝
５．．．．．伸縮ボルト
６，６’．．．．冷却通路
７．．．．．貴金属外套
９．．．．．レンズ継手
１０．．．．．温度検出システム
１１．．．．．固定側面
１２．．．．．第１狭い側面
１３．．．．．解放側面
１４．．．．．第２狭い側面
２０．．．．．プロセスコンピュータ

Claims (14)

1. センサーが金型（１、１’）の少なくとも一つの銅板における温度を測定するために使用されて、温度検出システム（１０）と接続されている、鋳造装備の金型内の温度を測定する方法において、センサーとしてレザー光が案内される少なくとも一つの光波導体繊維（２）が使用され、金型銅板（１、１’）の外面には、溝（４、４’）が形成され、その溝には少なくとも一つの光波導体繊維（２）が配置されていることを特徴とする方法。
2. 少なくとも一つの光波導体繊維（２）がメアンダー状に金型銅板（１、１’）の外面上の溝（４、４’）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも二つの、長さに基づいてずれた光波導体繊維（２）がそれぞれ一つの溝（４、４’）に配置されていることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
4. 溝（４、４’）が金型銅板（１、１’）の外面上の冷却通路（６、６’）の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 光波導体繊維（２）がそれぞれに金型の固定側面（１１）、解放側面（１３）と特にそれぞれ二つの狭い側面（１２、１４）に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 各個々の側面（１１、１２、１３、１４）の光波導体繊維（２）がそれぞれに継手（９）を介して且つそれぞれ一つの他の別の光波導体繊維（２）を介して温度検出システム（１０）と接続されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 各個々の側面（１１、１２、１３、１４）の光波導体繊維（２）が直列接続に継手（９）を介して互いに接続され、一つの他の継手（９）を介して温度検出システム（１０）と接続されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. レザー光が少なくとも一つの継手（９）を介して金型に案内され、継手を通して通路が光波導体繊維（２）により同時に伝達されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 継手（９）がレンズ継手であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 温度検出システム（１０）のデータがプロセスコンピュータ（２０）に再送され、このプロセスコンピュータがこのデータを加工し、このデータによって鋳造過程を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 少なくとも一つの金型銅板（１、１’）を包含する、金属を鋳造する金型において、金型銅板（１、１’）の外面上には、溝（４、４’）が設けられていて、その溝には光波導体繊維（２）が温度測定するように配置されていることを特徴とする金型。
12. 光波導体繊維（２）がメアンダー状に溝（４、４’）に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の金型。
13. 少なくとも二つの、長さに基づいてずれた光波導体繊維（２）がそれぞれ一つの溝（４、４’）に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の金型。
14. 溝（４、４’）が金型銅板（１、１’）の外面上の冷却通路（６、６’）の間に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の金型。

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