JP2020521981A - 変形を決定するための方法、および関連設備 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ホット材に接触し、ホット材に接触している内面(3)および内面(3)と反対の外面(4)を備える設備(1)の、第1の方向に沿った変形の決定方法に関する。本発明は、第1の方向に沿ったその変形を決定する手段が提供されたホット材に接触している設備(1)にも関する。

Description

本発明は、ホット材に接触している設備の変形の決定方法、および関連設備に関する。
当業者に知られているように、いくつかの設備は、ホット材に接触している内(またはホット)面、およびこの内面と反対の外(またはコールド)面を備える。これは特に、冷却板(またはステーブ)を画定する設備で一部を被覆された内壁を概して備える、溶鉱炉の場合である。テキストの残りの部分で、用語の冷却板またはステーブは、区別なく使用されることとなる。
例えば、冷却板の場合では、内面は、それらの間で平行なリブ、および、やはりそれらの間で平行な溝を備え、各々は2つの隣接するリブを分け、耐火煉瓦吹付けコンクリートもしくはライニングの、または付着層の、溶鉱炉内の定着を可能にする。冷却板は、作動の間冷却され続けるように、ステーブの外面に沿って広がる冷却管も装着される。
このステーブ本体は、溶鉱炉壁へのステーブの固定と、ステーブが被る熱制約とにリンクされる差異膨張(differential dilatation)のため、変形を経る。これらの変形は、時間と共に増加し、しばしば「バナナ効果」と呼ばれる、主に垂直断面における湾曲(または屈曲)という結果になる。この湾曲の大きさは、同じステーブ本体において場所により相違し得る。
ステーブの変形は、ステーブの一部の炉の中への突出を誘発し得、炉の中に満たされた材料に優先的にぶつかられる(hit)ことになる。それは、ステーブの早期摩耗を誘発し、もはや保護されていない炉壁の破損につながり得る。したがって、ステーブの変形の大きさが事前定義された閾値に達したときに、それを交換するためにその変形をモニタすることが有益であるだろう。
しかし、非常に制約的環境のため、またステーブ上または中の利用可能な空間の欠如のため、またより一般的には、その内面上の熱状態を被る設備において、このようなモニタリングを行うのは非常に難しい。
文献DE10 2008 059856は、高信頼性および正確性を有する、表面の圧力分布を決定するための圧力センサを説明する。このセンサは、いくつかのファイバグレーティングを備える少なくとも1つの光ファイバを備え、これらのグレーティングは、それらの位置する表面上に及ぼされた圧力により変形する。このセンサは、設備の変形を決定およびモニタすることができない。
文献US2011/0144790は、昇温リアクタ(elevated temperature reactor)などの、材料処理組立体において熱状態をモニタするためのシステムおよび方法を説明する。光ファイバは、炉の壁に形成または取り付けられた導管に位置付けられ、熱センサとして使用される。このシステムおよび方法は、設備の変形を決定およびモニタすることができない。
文献US2009/285521は、特定の波長を有する光ビームを反射するための複数のグレーティングを光ファイバの中に組み入れ、それでストレスを検出するための光ファイバセンサを説明する。このセンサは、設備の変形を決定およびモニタすることできない。
独国特許出願公開第102008059856号明細書 米国特許出願公開第2011/0144790号明細書 米国特許出願公開第2009/285521号明細書
したがって、本発明の目的は、設備の変形の決定およびモニタリングを可能にすることである。
この目標のために、本発明は、ホット材に接触し、このホット材に接触している内面およびこの内面と反対の外面を備える設備の、第1の方向に沿った変形をモニタする方法に関する。
この方法は:
− 設備の外面に:
○ 第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも2つの第1のブラッググレーティングを備える、少なくとも1つの第1の光ファイバと、
○ 第1のブラッググレーティングのうちの1つの近くに位置する交差点で、第1の光ファイバに交差する、少なくとも1つの第2の方向に沿って置かれた少なくとも2つの第2の光ファイバであって、交差点の近くに、ブラッグ波長を有する光子を反射するためのグレーティング周期を有する第2のブラッググレーティングを各々が備える、第2の光ファイバと
を提供するステップと、
− これらのブラッグ波長のすべてを含む波長グループに属する波長を有する光子を、第1および第2の光ファイバのそれぞれの第1の端に入力するステップと、
− 対応する第1または第2のブラッググレーティングによって反射された光子の波長を決定するステップと、
− 決定された波長および対応するブラッグ波長を各々が含む対応する対から、第1の方向に沿った設備の変形を決定するステップ
とを含む。
本発明の方法は、別々に考慮されるか、あるいは、可能なすべての技術的組み合わせに従う、以下の任意選択の特徴も含み得る:
− 提供するステップが:
○ 平行な第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも3つの第1のブラッググレーティングを備える、2つの第1の光ファイバと、
○ 第1のブラッググレーティングのうちの3つの近くに位置する交差点で、これらの2つの第1の光ファイバに各々が交差する、第2の方向に沿って置かれた3つの第2の光ファイバであって、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する、および、対応する交差点の近くに位置する、少なくとも2つの第2のブラッググレーティングを各々が備える、第2の光ファイバと
を提供することを含み得る;
− 第1の代替形態において、変形を決定するステップが、次のサブステップ:
○ 各第1のブラッググレーティングにより受けられた歪み変動(strain variation)を、この第1のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長およびこの第1のブラッググレーティングのブラッグ波長を含む対応する対から、ならびに、歪み基準から、温度変動がないことを考慮して決定するサブステップと、
○ 各第2のブラッググレーティング中の温度変動を、この第2のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長およびこの第2のブラッググレーティングのブラッグ波長を含む対応する対から決定するサブステップと、
○ 各第1のブラッググレーティングの決定された歪み変動を、この第1のブラッググレーティングの近くに位置する少なくとも第2のブラッグクレーティングの決定された温度変動に従って補正するサブステップと、
○ 少なくとも第1の光ファイバの対応する補正された歪み変動から、第1の方向に沿った設備の変形を決定するサブステップと
を含み得る;
− 第2の代替形態において、変形を決定するステップが、次のサブステップ:
○ 第2のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長および第2のブラッググレーティングのブラッグ波長を含む対応する対から、各第2のブラッググレーティング中の温度変動を決定するサブステップと、
○ 以前に決定された温度変動を使用して、各第1のブラッググレーティング中の補正された歪みを決定するサブステップと、
○ 以前に決定された補正された歪みから、また歪み基準から、各第1のブラッググレーティングが受ける補正された歪み変動を決定するサブステップと、
○ 少なくとも第1の光ファイバの対応する補正された歪み変動から、第1の方向に沿った設備の変形を決定するサブステップと
を含み得る。
本発明は、ホット材に接触するように意図され、このホット材に接触している内面およびこの内面と反対の外面を備える設備にも関する。
この設備は、その外面が:
− 第1の方向に沿って置かれ、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも2つの第1のブラッググレーティングを備える、少なくとも1つの第1の光ファイバと、
− 第1のブラッググレーティングのうちの1つの近くに位置する交差点で、この第1の光ファイバに交差する、少なくとも1つの第2の方向に沿って置かれた、少なくとも2つの第2の光ファイバであって、交差点の近くに、ブラッグ波長を有する光子を反射するためのグレーティング周期を有する、第2のブラッドグレーティングを各々が備える、第2の光ファイバと、
− これらのブラッグ波長のすべてを備える波長グループに属する波長を有する光子を、これらの第1および第2の光ファイバのそれぞれの第1の端に入力するように配置された光子源と、
− これらの第1の端にそれぞれ結合され、対応する第1または第2のブラッググレーティングによって反射された光子の波長を決定するように配置されたセンサと、
− 決定された波長および対応するブラッグ波長を各々が含む、対応する対から第1の方向に沿った設備の変形を決定するように配置された処理手段と
を備えることを特徴とする。
本発明の設備は、別々に考慮されるか、または、可能なすべての技術的組み合わせに従う、以下の任意選択の特徴も備えることができる:
− 設備が、平行な第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも3つの第1のブラッググレーティングを備える2つの第1の光ファイバと、第1のブラッググレーティングのうちの3つの近くに位置する交差点で、これらの2つの第1の光ファイバに各々が交差する、第2の方向に沿って置かれた3つの第2の光ファイバであって、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する、および、対応する交差点の近くに位置する、少なくとも2つの第2のブラッググレーティングを各々が備える、第2の光ファイバとを備えることができる;
− 第1の実施形態において、処理手段が、各第1のブラッググレーティングにより受けられた歪み変動を、この第1のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長およびこの第1のブラッググレーティングのブラッグ波長を含む対応する対から、ならびに、各第2のブラッググレーティング中の温度変動を、この第2のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長およびこの第2のブラッググレーティングのブラッグ波長を含む対応する対から決定し、次に、各第1のブラッググレーティングの決定された歪み変動を、この第1のブラッググレーティングの近くに位置する少なくとも第2のブラッグクレーティングの決定された温度変動に従って補正し、次に、第1の光ファイバの対応する補正された歪み変動から、この第1の光ファイバの各第1の方法に沿った設備の変形を決定するように、配置され得る;
− 各第2の光ファイバが、第2の方向のうちの1つに沿って置かれている熱伝導チューブに取り付けられ得;
〇 各熱伝導チューブが、第2の方向のうちの1つに沿って外面の中に画定された水平な溝に固定して取り付けられ得;
・ 各熱伝導チューブが接着剤を用いて、水平な溝に固定して取り付けられ得;
〇 各熱伝導チューブが、銅ペーストで被覆された外装部分を備えることができ;
・ 銅ペーストが、銅被覆で被覆された外装部分を含み得る;
− 第2の方向のすべてがそれらの間で平行であり得る;
− 各第1の光ファイバが、第1の方向に沿って、外面の中に画定された垂直な溝に固定して取り付けられ得;
〇 各第1の光ファイバが、接着剤を用いて、垂直な溝に固定して取り付けられ得;
〇 各第1の光ファイバが、封止材で被覆された外装部分を備えることができ;
封止材が、熱衝撃に対してそれを保護するように意図されている保護材で被覆された外装部分を備え得る;
− それが、溶鉱炉の冷却板を画定し得;
〇 第1の方向が冷却板の垂直方向であり得、第2の方向が冷却板の水平方向であり得る。
本発明は、上に紹介したものなどの少なくとも1つの設備を備える溶鉱炉にも関する。
本発明の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、指針として下に示し、決して制限するものではないそれの説明から明らかになってくるであろう。
本発明による、冷却板の実施形態の例を、斜視図において、概略的に示す図である。 図1に示された冷却板の第1の光ファイバの実施形態の例の一部を、斜視図において、概略的に示す図である。 交差点の領域における図1に示された冷却板の一部を、第1の横断面図において、概略的に示す図である。 第2の光ファイバを備える熱伝導管を備える、水平な溝を備える領域において、図1に示された冷却板の一部を、第2の横断面図において(第1の横断面図の平面に直角な平面において)、概略的に示す図である。 本発明による、冷却板の実施形態の別の例を、斜視図において、概略的に示す図である。 本発明の1つの実施形態による、設備の変形を決定する、過程ステップを概略的に示す図である。
本発明は、システムまたは装置または施設において使用され得る設備1の変形を決定し、第1の方向D1に沿ってその変形を決定するように意図されている決定手段を備えるための方法を、特に提案することを目的とする。
以下の説明では、設備1が、溶鉱炉において使用され得る冷却板であり、第1の方向D1に沿ってその変形をモニタするように意図されているモニタリング手段を備えることが、例として考慮されることになる。しかし、設備1は、たとえば、連続鋳造ローラまたは例えば亜鉛めっきスナウトでもあり得る。
本発明による設備1(ここでは冷却板)の実施形態の例は、図1に示される。このような冷却板1は、溶鉱炉の内壁に搭載されることを意図される。
示されるように、本発明による冷却板1は、内(またはホット)面3および内面3と反対の外(またはコールド)面4を有する銅本体2を備える。本体2は、銅、例えば、または銑鉄から作られ得る。
内面は、それらの間で平行、溝23によって分けられた、いくつかのリブを備える。冷却板1が溶鉱炉の内壁に搭載されると、そのリブ22および溝23は、水平に配置される(または置かれる)。
外面4は、溶鉱炉の内壁に固定される。したがって、内面3は、まさにホット材と、溶鉱炉の中に存在するガスとに接触している本体面である。
リブ22および溝23は、付着層を生成したプロセスの定着を最適化するために、ダブテール横断面を有し得る。
外面4は、少なくとも1つの第1の光ファイバ5、少なくとも2つの第2の光ファイバ7、光子源9、センサ10、および一緒に決定手段を画定する処理手段11を備える。
(各)第1の光ファイバ5は、第1の方向D1(リブ22と溝23に直角)に沿って置かれ、また、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する、少なくとも2つの第1のブラッググレーティング6ijを備える。
3つの第1のブラッググレーティング6i1から6i3(iは1から3まで)までを備える第1の光ファイバ5の一部の非限定的な例は、図2に示される。第1のブラッググレーティング6i1は、第1のブラッグ波長を有する光子を反射するための第1のグレーティング周期を有し、第2のブラッググレーティング6i2は、第2のブラッグ波長(第1のものとは異なる)を有する光子を反射するための第2のグレーティング周期(第1のものとは異なる)を有し、また、第3のブラッググレーティング6i3は、第3のブラッグ波長(第1および第2のものとは異なる)を有する光子を反射するための第3のグレーティング周期(第1および第2のグレーティング周期とは異なる)を有する。
光ファイバのブラッググレーティングは、光ファイバの短い部分において画定された分布型ブラッグ反射器であり、また、それが反射するための各ブラッグ波長λとは異なる波長を有する光子を透過する間、ブラッグ波長と名付けられた、少なくとも1つの特定の波長λを有する光子を反射するように意図されていることが想起される。このようなブラッググレーティングは、例えば、波長特異的誘電体ミラー(wavelength−specific dielectric mirror)を生成する、光ファイバのコアの屈折率において周期変動を作ることによって、画定され得る。
反射されたブラッグ波長λは、以下の方程式:
λ=2*n*Λ、によって定義され、ここで、nは光ファイバのコアにおけるブラッググレーティングの有効な屈折率であり(光子の波長および(マルチモード導波管において)光子の伝搬モードによって決まる)、Λはグレーティング周期である。
図2では、異なる波長を有し、左側(矢印F0)の第1の光ファイバ5に入る光子は、第1の光ファイバ(5)に伝搬し、第1のブラッググレーティング6i1に到達したとき、第1のブラッグ波長を有するものは反射される(矢印F1)が、他方、第1のブラッグ波長とは異なる波長を有するものは、透過され(矢印F1’)、第2のブラッググレーティング6i2の方に伝搬され続ける。伝搬された光子が第2のブラッググレーティング6i2に到達したとき、第2のブラッグ波長を有するものは反射される(矢印F2)が、他方、第2のブラッグ波長とは異なる波長を有するものは透過され(矢印F2’)、第3のブラッググレーティング6i3の方に伝搬され続ける。透過された光子が第3のブラッググレーティング6i3に到達したとき、第3のブラッグ波長を有するものは、反射される(矢印F3)が、他方、第3のブラッグ波長とは異なる波長を有するものは、透過され(矢印F3’)、第1の光ファイバ5の方に伝搬され続ける。
光ファイバがブラッググレーティングを備え、「ストレス」が掛かっていない(歪み変動または温度変動によって)とき、そのブラッグ波長が事前定義されることを理解するのが重要である。しかし、この光ファイバが、ブラッググレーティングを備える一部においてストレスが掛けられるとき、そのブラッグ波長は、変化させられ、したがって、事前定義されたブラッグ波長はもうない。それゆえ、光ファイバの局所的なストレス変動または温度変動は、その局所的なブラッググレーティングによって反射された光子のブラッグ波長の変化によって検出され得る。
各第2の光ファイバ7は、第1のブラッググレーティング6ijのうちの1つの近くに位置した交差点21kiにおいて、各第1の光ファイバ5が交差する第2の方向D2に沿って置かれる。それゆえ、異なる第2の光ファイバ7は、少なくとも1つの第2の方向D2に沿って置かれる。さらに、各第2の光ファイバ7は、各交差点21kiの近くにおいて、ブラッグ波長を有する光子を反射するためのグレーティング周期を有する、第2のブラッググレーティング8kn(示されていないが、図2に示されたものと同様である)を備える。それゆえ、決定手段がただ1つの第1の光ファイバ5を備えるとき、各第2の光ファイバ7は、少なくとも1つの第2のブラッググレーティングを備え、モニタリング手段が2つの第1の光ファイバ5(図1に示されるように、i=1または2)を備えるとき、各第2の光ファイバ7は、少なくとも2つの第2のブラッググレーティングを備える。
設備1が冷却板(またはステーブ)である場合には、第1の方向D1は、この冷却板1の垂直方向であり得、第2の方向D2は、この冷却板1の水平方向であり得る。しかし、設備1の第1の方向D1および第2の方向D2は、その配置によって決まる。重要な事は、第1の方向D1が、設備1がその内面3上のホット状態のため変形を被る方向であることである。図1に示された非限定的な例では、すべての第2の方向D2は、それらの間で平行である。しかし、他のタイプの設備1では、第2の方向D2は、それらの間で異なる可能性がある。
図1に示された非限定的な例では、決定手段は、少なくとも2つの第2のブラッググレーティング8knを伴う、温度変動の決定のための3つの第2の光ファイバ7から7まで(k=1から3まで)、および、少なくとも3つの第1のブラッググレーティング6ijを伴い、前記温度変動を使用して、歪み変動の決定のための2つの第1の光ファイバ5(i=1または2)を備える。それゆえ、各第2の光ファイバ7は、それらの(少なくとも)3つの第1のブラッググレーティング6ijのうちの2つの近くにそれぞれ位置した2つの交差点21kiにおいて、2つの第1の光ファイバ5に交差し、また、これらの2つの交差点21kiの近くにそれぞれ位置した、少なくとも2つの第2のブラッググレーティング8knを備える。交差点21kiの近くに位置する、第1のブラッググレーティング6ijおよび対応する第2のブラッググレーティング8knが必ずある。
しかし、実施形態の変形形態では、決定手段は、1つの第1の光ファイバ5(少なくとも2つの第1のブラッググレーティング61jを伴う)および2つの第2の光ファイバ7(k=1または2、少なくとも1つの第2のブラッググレーティング8knを伴う)、または、2つの第1の光ファイバ5(i=1または2、少なくとも2つの第1のブラッググレーティング6ijを伴う)および2つの第2の光ファイバ7(k=1または2、少なくとも2つの第2のブラッググレーティング8knを伴う)、または、他の3つ以上の第1の光ファイバ5および2つ以上の第2の光ファイバ7を備える可能性がある。
第2の光ファイバ7の数は、実質的に異なる温度を受ける既知領域に従って選ばれることが有利である。ステーブのコールド面上の実装の場合には、上縁および下縁は、中心部よりも冷たく、したがって3つの第2の光ファイバ7が適合されることが、知られている。
第2の光ファイバ7の中に画定された第2のブラッググレーティング8knのブラッグ波長λ(8kn)は、第1の光ファイバ5の中に画定された第1のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(6ij)に等しくあり得ることを認めることが重要であり、何故なら、それらは、異なる光ファイバの中に伝搬する光子に関係しているからである。
光子源9は、ブラッグ波長のすべてを含む波長グループに属する波長を有する光子を、第15および第27の光ファイバのそれぞれの第1の端に入力するように配置される。例えば、光子源9は、白色光を提供する少なくとも1つの発光ダイオード(またはLED)を備え得る(すなわち、それがフィードする第15および第27の光ファイバの中に画定された第16ijまたは第2のブラッググレーティング8knの様々なブラッグ波長を含む広域スペクトルを伴う)。
図1に示された非限定的な例では、光子源9は、第15および第27の光ファイバの第1の端の近傍にそれぞれ位置している。しかし、光子源9は、それらの第1の端から離れて位置し、導波管または他の光ファイバを介して第1の端に結合される可能性がある。
センサ10は、(第15および第27の光ファイバの)第1の端にそれぞれ結合され、対応する第16ijまたは第2のブラッググレーティング8knによって反射された光子の波長を決定するように配置される。上で説明されたように、ブラッググレーティングがストレスを掛けられていないときに、このブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長は、ブラッググレーティングのブラッグ波長と等しい。
例えば、各センサ10は、小型分光計であり得る。
図1に示される非限定的な例では、センサ10は、第15および第27の光ファイバの第1の端の近傍にそれぞれ位置している。しかし、それらは、これらの第1の端から離れて位置し、導波管または他の光ファイバを介して第1の端に結合される可能性がある。
また図1に示される非限定的な例では、冷却板1は、例えば、光子源9およびセンサ10を電気的にフィード、および/または制御するためのケーブルを備え得る、保護された溝27を備える。この場合には、これらのケーブルは、パイプ24まで延在し得、そこで、例えば、熱および機械的ストレスに対してそれらを保護するように意図されているシースの中へ一緒にクループ化され得る。
図5に示された実施形態の変形形態では、第15および第27の光ファイバの第1の端は、冷却板1から離れて位置している。実際に、第15および第27の光ファイバは、保護された溝28に入り、パイプ24まで延在し、そこで、熱および機械的ストレスに対してそれらを保護するように意図されているシース25の中へ一緒にクループ化され、ついには、それらは遠位箱26に到達し、そこで、それらのそれぞれの第1の端が対応する光子源9およびセンサ10に接続される。
処理手段11は、各々が決定された波長λおよび対応するブラッグ波長λを含む対応する対から、第1の方向D1に沿った冷却板1の変形を決定するように配置される。それにより、処理手段11は、異なるセンサ10によって検出された波長を受信し、波長から第1の方向D1に沿った冷却板の変形を決定する。例えば、図1の例の1番目の第1の光ファイバ5の第1の方向を考慮すると、その場合、対応する波長対は:
− (第1の交差点2111の近くにおける、1番目の第1の光ファイバ5の1番目の第1のブラッググレーティング611によって反射された光子の決定された波長λ(611)、および、この1番目の第1のブラッググレーティング611のブラッグ波長λ(611))、
− (第1の交差点2111の近くにおける、1番目の第2の光ファイバ7の1番目の第2のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長λ(811)、および、この1番目の第2のブラッググレーティング811のブラッグ波長λ(811))、
− (第3の交差点2121の近くにおける、1番目の第1の光ファイバ5の2番目の第1のブラッググレーティング612によって反射された光子の決定された波長λ(612)、および、この2番目の第1のブラッググレーティング612のブラッグ波長λ(612))、
− (第3の交差点2121の近くにおける、2番目の第2の光ファイバ7の1番目の第2のブラッググレーティング821によって反射された光子の決定された波長λ(821)、および、この1番目の第2のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(821))、
− (第5の交差点2131の近くにおける、1番目の第1の光ファイバ5の3番目の第1のブラッググレーティング613によって反射された光子の決定された波長λ(613)、および、この3番目の第1のブラッググレーティング613のブラッグ波長λ(613))、および、
− (第5の2131の近くにおける、3番目の第2の光ファイバ7の1番目の第2のブラッググレーティング831によって反射された光子の決定された波長λ(831)、および、この1番目の第2のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(831))である。
対応する波長対から第1の方向D1に沿った冷却板の変形の決定は、少なくとも2つの異なる様式による、処理手段11によって行われることができる。
大まかに言えば、処理手段11は:
− 各第1のブラッググレーティング6ijによって受けられた歪みσ(6ij)および歪み変動Δσ(6ij)を、この第1のブラッググレーティング6ijによって反射された光子の決定された波長λ(6ij)およびこの第1のブラッググレーティング6ijのブラッグ波長λ(6ij)を含む、対応する対(λ(6ij)、λ(6ij))からならびに、
− 各第2のブラッググレーティング8kn中の温度T(8kn)および温度変動ΔT(8kn)を、この第2のブラッググレーティング8knによって反射された光子の決定された波長λ(8kn)およびこの第2のブラッググレーティング8knのブラッグ波長λ(8kn)を含む、対応する対(λ(8kn)、λ(8kn))から
決定するように配置され得る。
次に、処理手段11は、この第1のブラッググレーティング6ijの近くに位置する少なくとも第2のブラッググレーティング8knの決定された温度変動ΔT(8kn)に従って、各第1のブラッググレーティング6ijの決定された歪み変動Δσ(6ij)または歪みσ(6ij)を補正するように配置される。次に、処理手段11は、第1の光ファイバ5の対応する補正された歪み変動Δσ(6ij)から、第1の光ファイバ5の第1の方向D1に沿って、冷却板1の変形を決定するように配置される。
言い換えると、処理手段11は、この交差点21ki近くで少なくとも第2の光ファイバ7において決定された温度変動ΔT(8kn)に従って、交差点21kiの近くで第1の光ファイバ5において決定された各歪み変動Δσ(6ij)または歪みσ(6ij)を補正する。
第2のブラッググレーティング(8kn)によって受けられた温度変動ΔT(8kn)の決定は、変形がないときに考慮される温度基準Tref、変形がないときおよび温度が基準温度Trefと等しいときに考慮されるこの第2のブラッググレーティング8knにおけるブラッグ波長λ(8kn)、ならびに、この第2のブラッググレーティング8knによって反射された光子の決定された波長λ(8kn)に応じて、第2のブラッググレーティング8knにおける温度T(8kn)を与える方程式を使用することによって行われ得る。例えば、Tref=22.5℃、および、各第2の光ファイバ7が3つの第2のブラッググレーティング8knを備えるとき、n=1から3までである。
例えば、方程式Aは:
Figure 2020521981
であり得、ここで、SおよびSは、第2の光ファイバ7に対する定数である。
このような方程式は、図3および4を参考にして以下に詳述されるように、考慮された第2の光ファイバ7が歪んでいないときに使用され得る。
温度変動ΔT(8kn)は、この温度変動ΔT(8kn)が波長変動に比例していることを考慮することによっても、計算され得る。それでまず、ブラッググレーティング8knによって反射された光子の各決定された波長λ(8kn)と対応するブラッグ波長λ(8kn)の間の差を決定し、次に、第2のブラッググレーティング8knにおける温度変動ΔT(8kn)を計算するために比例係数を適用する。
第1の様式では、第1のブラッググレーティング6ijによって受けられた補正された歪み変動Δσ(6ij)の決定は、第1のブラッググレーティング6ijにおける補正された歪みσ(6ij)を与える方程式を使用することによって、ならびに、D1に沿った変形がないときおよび温度が基準温度Trefと等しい、例えば22.5℃のときに考慮されるこの第1のブラッググレーティング6ijにおける歪み基準σref(6ij)に従って行われる。
例えば、この方程式Bは:
Figure 2020521981
であり得、ここで、λ(6ij)は、対応する第1のブラッググレーティング6ijにおける決定された波長であり、
ここで、λ(6ij)は、対応する第1のブラッググレーティング6ijにおけるブラッグ波長であり、
ここで、αは、冷却板1の熱膨張係数であり、
αは、第1のブラッググレーティング6を備える第1の光ファイバ5の熱膨張係数(例えば、0.5με/℃と等しい)であり、
k、SおよびSは、較正シートにおいて決定された歪みゲージパラメータであり、
ΔTref=T(8kn)−Tref
および、ΔT0,ref=T−Tref、(例えばTref=22.5℃、および、Tは測定の初めの温度を用いる)。
第2の様式では、図6に示されるように、例えば1番目の第1のブラッググレーティング611と2番目の第1のブラッググレーティング612の間で第1の光ファイバ5に沿った変形の決定は:
− T=Trefのとき、およびΔT(8kn)が0に等しい(温度変動がない)のとき、上記の方程式Bを使用して、対応する対(λ(611)、λ(611))、(λ(612)、λ(612))から未補正の変動Δσ(611)およびΔσ(612)を決定することと、
− 対応する交差点2111および2121の少なくとも近くで、第2の光ファイバ7、7に加えられた変形がないとき、上記の方程式Aを使用して、1番目の第2のブラッググレーティング812と2番目の第2のブラッググレーティング822との対応する対(λ(812)、λ(812))、(λ(822)、λ(822))から(図1を参照)、温度変動ΔT(812)およびΔT(822)を決定することと、
− 以前に決定された温度変動ΔT(812)およびΔT(821)で、以前に決定された歪み変動Δσ(611)およびΔσ(612)を補正することと、
− 1番目の第1のブラッググレーティング611と2番目の第1のブラッググレーティング612の間の、第1の光ファイバ5に沿った変形を評価すること
によって行われる。
同じ決定方法は、冷却板1の外面4の全体的な変形を評価するために、第1の光ファイバ5の他のブラッググレーティング61jおよび第2の光ファイバ5のブラッググレーティング62jに対して適用される。
第1の光ファイバ5が、交差点21kiの近傍のいくつかの第1のブラッググレーティング6ijを備える場合において、これらの第1のブラッググレーティング6ijの各々の歪み変動Δσ(6ij)は、この交差点21kiの最も近傍にある第2のブラッググレーティング8knの決定された温度変動Δσ(8kn)を用いて決定され得る。ある変形形態では、第1の光ファイバ5が、2つの交差点21kiと21k’iの間に位置したいくつかの第1のブラッググレーティング6ijを備え、これらの2つの交差点21kiと21k’iの間に温度勾配が存在する場合において、各第1のブラッググレーティング6ij(これらの2つの交差点21kiと21k’iの間に位置する)の歪み変動Δσ(6ij)は、この第1のブラッググレーティング6ijの位置における温度勾配の対応する値によって決まる、評価された温度変動ΔT(8kn)を用いて決定され得る。
図3および4を参照すると、第2の光ファイバ7kのどんな歪みも避け、温度変動ΔT(8kn)の決定を行うために、この第2の光ファイバ7は、第2の方向D2のうちの1つに沿って置かれ、その直径がファイバ7kの直径より実質的に大きい、熱伝導管12に配置される。例えば、各熱伝導管12は、錆びない鉄(inox)から作られ得る。
各熱伝導管12は、第2の方向D2のうちの1つに沿って、本体2の外面4に画定されている水平な溝13に固定して取り付けられ得る。この場合、各熱伝導管12は、例えば、接着剤14を用いて、水平な溝13に固定して取り付けられ得る。この接着剤14は、例えば、参照M−bond600の下、Vishayによって製造されたもの(+260℃まで使用可能)であってもよい。
各水平な溝13の深さは、熱伝導管12の直径およびその形状によって決まる。図4に示される非限定的な例では、各水平な溝13は、横断面においてV形状を有する。しかし、それは、U形状または長方形状などの、横断面において他の形状を有してもよい。例えば、第2の光ファイバ7が、240μmと250μmの間に含まれる直径を有するとき、熱伝導管12の直径は、1mmに等しくあり得、水平な溝13の深さは、第2の光ファイバ7が歪まないように、1.2mmに等しくあり得る。
また例えば、図4に示されるように、各熱伝導管12は、銅ペースト15で被覆された外装部を備え得る。銅ペースト(15)は、空気の悪い熱伝導性のために、熱伝導管12の外装部に対して空気層の存在を避けるように意図されている。ステンレス鋼材を使用することも可能であり得る。
また例えば、図4に示されるように、各銅ペーストは、銅被覆で被覆された外装部を備え得る。銅カバー(16)は、衝撃に対して熱伝導管12を保護するように意図されている。
図3に示されるように、各第1の光ファイバ5は、第1の方向D1に沿って、本体2の外面4の中に画定された垂直な溝17に固定して取り付けられ得る。各交差点21kiにおいて、第1の光ファイバ5は、第2の光ファイバ7より外部からより近傍にあるのが好ましい。したがって、第2の光ファイバ(7)が熱伝導管12の内部に位置しているとき、熱伝導管(12)は、垂直な溝17の「下」を通過するために、各対応する交差点21kiにおいて変形を含み得るか、でなければ、水平な溝13は、第2の光ファイバ7が垂直な溝17のレベルの「下」のどこにでもあるように、より重要な深さを有しなければならない(例えば、この深さは、1.2cmまたは2cmに等しくあり得る)。これらの場合において、熱伝導管12は、第1の光ファイバ5が垂直な溝17に固定して取り付けられる前に、水平な溝13の内部に固定して取り付けられなければならない。実施形態の変形形態では、外面4の中に水平な溝13を画定する代わりに、垂直な溝17のレベルの「下」の、本体2の中にドリルを画定し、次に、これらの本体ドリルの内部に熱伝導管12を導入することが可能である。
各垂直な溝17の深さは、第1の光ファイバ5の直径によって決まる。図3に示される非限定的な例では、各垂直な溝17は、横断面においてV形状を有する。しかし、それは、U形状または長方形状などの、横断面において他の形状を有してもよい。例えば、第1の光ファイバ5が、240μmと250μmの間に含まれる直径を有するとき、垂直な溝17の深さは、1cmと等しくあり得る。
例えば、図3に示されるように、各第1の光ファイバ5は、接着剤18を用いて垂直な溝17に固定して取り付けられ得る。この接着剤18は、例えば、参照M−bond600の下、Vishayによって製造されたもの(+260℃まで使用可能)であってもよい。
また例えば、図3に示されるように、各第1の光ファイバ5は、機械的衝撃に対して保護するように意図されている封止材19で被覆された外装部を備え得る。この封止材19は、例えば、参照RTV3145の下、Vishayによって製造された(+260℃まで使用可能)シリコンゴムであってもよい。各第1の光ファイバ5および接着剤18を保護するために、各第1の光ファイバ5と封止材19の間にニスを挿入することも可能である。例えば、このニスは、参照M−COAT Aの下、Vishayによって製造されたものであってもよい。
また例えば、図4に示されるように、封止材19は、熱衝撃に対して外装部を保護するように意図されている保護材20で被覆された外装部を備え得る。例えば、この保護材20は、シリコーンであってもよい。
処理手段11は、例えば、冷却板1から離れて、コンピュータの中に局所化され得る。この場合、処理手段は、少なくとも部分的に、ソフトウェアモジュールで作られているのが好ましい。但し、処理手段は、電子回路(またはハードウェアモジュール)とソフトウェアモジュールとの組み合わせ(ハードウェアモジュールとソフトウェアモジュールの間のインターワーキングを可能にするソフトウェアインターフェースも必要とする)から作られている可能性もある。したがって、処理手段は、コンピュータである可能性がある。処理手段がソフトウェアモジュールのみから作られている場合、処理手段は、例えば、コンピュータのメモリに、または、例えば、コンピューなどによって読み取り可能であるCD−ROMなどの任意のコンピュータソフトウェア製品に格納され得る。
光ファイバ(の中に画定されたブラッググレーティングによって反射された光子の波長の永続的な決定(歪み測定および温度測定専用)によって、今や、溶鉱炉の冷却板(またはステーブ)の垂直方向の変形、またより一般的には、ホット材に接触している任意の設備の所与の方向における変形の決定の進展をリアルタイムにモニタすることが可能になる。
任意選択で、冷却板1の内面3は、この面3における温度変動の決定用に、コールド面4の光ファイバ5iに対応する配置において、第1の方向D1に沿って置かれる1つ以上の光ファイバ(図示せず)も備え得る。

Claims (20)

  1. ホット材に接触し、ホット材に接触している内面(3)および内面(3)と反対の外面(4)を備える設備(1)の、第1の方向に沿った変形を決定する方法であって、
    − 外面(4)に、
    ○ 第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも2つの第1のブラッググレーティング(6ij)を備える、少なくとも1つの第1の光ファイバ(5)と、
    ○ 第1のブラッググレーティング(6ij)のうちの1つの近くに位置する交差点で、少なくとも第1の光ファイバ(5)に交差する、少なくとも1つの第2の方向に沿って置かれた少なくとも2つの第2の光ファイバ(7)であって、交差点の近くに、ブラッグ波長を有する光子を反射するためのグレーティング周期を有する第2のブラッググレーティング(8kn)を各々が備える、第2の光ファイバと
    を提供するステップと、
    − ブラッグ波長のすべてを含む波長グループに属する波長を有する光子を、第1(5)および第2(7)の光ファイバのそれぞれの第1の端に入力するステップと、
    − 対応する第1(6ij)または第2のブラッググレーティング(8kn)によって反射された光子の波長を決定するステップと、
    − 決定された波長λおよび対応するブラッグ波長λを各々が含む対応する対から、第1の方向に沿った設備(1)の変形を決定するステップとを含む、方法。
  2. 提供するステップが、
    − 平行な第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも3つの第1のブラッググレーティング(6ij)を備える、2つの第1の光ファイバ(5)と、
    − 第1のブラッググレーティング(6ij)のうちの3つの近くに位置する交差点で、2つの第1の光ファイバ(5)に各々が交差する、第2の方向に沿って置かれた3つの第2の光ファイバ(7)であって、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する、および、対応する交差点の近くに位置する、少なくとも2つの第2のブラッググレーティング(8kn)を各々が備える、第2の光ファイバと
    を提供することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 変形を決定するステップが、次の、
    ○ 第1のブラッググレーティング(6ij)によって反射された光子の決定された波長λ(6ij)および第1のブラッググレーティング(6ij)のブラッグ波長λ(6ij)を含む対応する対から、および、歪み基準σref(6ij)から、温度変動がないことを考慮して、各第1のブラッググレーティング(6ij)によって受けられた歪み変動Δσ(6ij)を決定するサブステップと、
    ○ 第2のブラッググレーティングによって反射された光子の決定された波長λ(8kn)および第2のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(8kn)を含む対応する対から、各第2のブラッググレーティング(8kn)中の温度変動ΔT(8kn)を決定するサブステップと、
    ○ 少なくとも第1のブラッググレーティング(6ij)の近くに位置する少なくとも第2のブラッググレーティング(8kn)の決定された温度変動ΔT(8kn)に従って、各第1のブラッググレーティング(6ij)の決定された歪み変動Δσ(6ij)を補正するサブステップと、
    ○ 少なくとも第1の光ファイバ(5)の対応する補正された歪み変動Δσ’(6ij)から、第1の方向に沿った設備(1)の変形を決定するサブステップと
    を含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 変形を決定するステップが、
    − 第2のブラッググレーティング(8kn)によって反射された光子の決定された波長λ(8kn)および第2のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(8kn)を含む対応する対から、各第2のブラッググレーティング(8kn)中の温度変動ΔT(8kn)を決定するサブステップと、
    − 以前に決定された温度変動を使用して、各第1のブラッググレーティング(6ij)中の補正された歪みσ’(6ij)を決定するサブステップと、
    − 以前に決定された補正された歪みσ’(6ij)から、および歪み基準σref(6ij)から、各第1のブラッググレーティング(6ij)によって受けられた補正された歪み変動Δσ’(6ij)を決定するサブステップと、
    − 少なくとも第1の光ファイバ5の対応する補正された歪み変動Δσ’(6ij)から、第1の方向D1に沿った設備の変形を決定するサブステップと
    をさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
  5. ホット材に接触するように意図され、ホット材に接触している内面(3)および内面(3)と反対の外面(4)を備える設備(1)であって、外面(4)が、
    i)第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも2つの第1のブラッググレーティング(6ij)を備える、少なくとも1つの第1の光ファイバ(5)と、
    ii)第1のブラッググレーティング(6ij)のうちの1つの近くに位置する交差点で、少なくとも1つの第1の光ファイバ(5)に交差する、少なくとも1つの第2の方向D2に沿って置かれた少なくとも2つの第2の光ファイバ(7)であって、交差点の近くに、ブラッグ波長を有する光子を反射するためのグレーティング周期を有する第2のブラッググレーティング(8kn)を各々が備える、第2の光ファイバと、
    iii)ブラッグ波長のすべてを含む波長グループに属する波長を有する光子を、第1の光ファイバ(5)および第2の光ファイバ(7)のそれぞれの第1の端に入力するように配置された光子源(9)と、
    iv)第1の端にそれぞれ結合され、対応する第1のブラッググレーティング(6ij)または第2のブラッググレーティング(8kn)によって反射された光子の波長を決定するように配置されたセンサ(10)と
    v)決定された波長λおよび対応するブラッグ波長λを各々が含む対応する対から、第1の方向D1に沿った設備(1)の変形を決定するように配置された処理手段(11)と
    を備える、設備(1)。
  6. 設備(1)が、平行な第1の方向に沿って置かれ、および、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有する少なくとも3つの第1のブラッググレーティング(6ij)を備える、2つの第1の光ファイバ(5)と、前記第1のブラッググレーティング(6ij)のうちの3つの近く位置する交差点で、前記2つの第1の光ファイバ(5)に各々が交差する、第2の方向に沿って置かれた3つの第2の光ファイバ(7)であって、異なるブラッグ波長を有する光子を反射するための異なるグレーティング周期を有し、対応する交差点の近くに位置する少なくとも2つの第2のブラッググレーティング(8kn)を備える、第2の光ファイバとを各々が備える、請求項5に記載の設備。
  7. 処理手段(11)が、第1のブラッググレーティング(6)によって反射された光子の決定された波長λ(6ij)および第1のブラッググレーティング(6ij)のブラッグ波長λ(6ij)を含む対応する対から、各第1のブラッググレーティング(6ij)によって受けられた歪み変動Δσ(6ij)、ならびに、第2のブラッググレーティング(8kn)によって反射された光子の決定された波長λ(8kn)および第2のブラッググレーティングのブラッグ波長λ(8kn)を含む対応する対から、各第2のブラッググレーティング(8kn)中の温度変動ΔT(8kn)を決定し、次に、少なくとも第1のブラッググレーティング(6ij)の近くに位置する少なくとも第2のブラッググレーティング(8kn)の決定された温度変動ΔT(8kn)に従って、各第1のブラッググレーティング(6ij)の決定された歪み変動Δσ(6ij)を補正し、次に、第1の光ファイバ(5)の対応する補正された歪み変動Δσ’(6ij)から、第1の光ファイバ(5)の各第1の方向に沿った設備(1)の変形を決定するように配置されている、請求項5または6に記載の設備。
  8. 各第2の光ファイバ(7)が、第2の方向のうちの1つに沿って置かれている熱伝導チューブ(12)に取り付けられている、請求項5から7のいずれか一項に記載の設備。
  9. 各熱伝導チューブ(12)が、第2の方向のうちの1つに沿った外面(4)の中に画定された水平な溝(13)に固定して取り付けられている、請求項8に記載の設備。
  10. 各熱伝導チューブ(12)が、接着剤(14)を用いて、水平な溝(13)に固定して取り付けられている、請求項9に記載の設備。
  11. 各熱伝導チューブ(12)が、銅ペースト(15)で被覆された外装部分を備える、請求項9または10に記載の設備。
  12. 銅ペースト(15)が、銅被覆(16)で被覆された外装部分を備える、請求項11に記載の設備。
  13. 各第1の光ファイバ(5)が、第1の方向に沿って、外面(4)の中に画定されている垂直な溝(17)に固定して取り付けられている、請求項5から12のいずれか一項に記載の設備。
  14. 各第1の光ファイバ(5)が、接着剤(18)を用いて、垂直な溝(17)に固定して取り付けられている、請求項13に記載の設備。
  15. 各第1の光ファイバ(5)が、封止材(19)で被覆された外装部分を備える、請求項13または14に記載の設備。
  16. 封止材(19)が、熱衝撃に対して外装部分を保護するように意図されている保護材(20)で被覆された外装部分を備える、請求項15に記載の設備。
  17. 設備が、溶鉱炉の冷却板を画定する、請求項5から16のいずれか一項に記載の設備。
  18. 第1の方向D1が冷却板の垂直方向であり、第2の方向が冷却板の水平方向である、請求項17に記載の設備。
  19. 第2の方向のすべてがそれらの間で互いに平行である、請求項5から18のいずれか一項に記載の設備。
  20. 請求項5から19のいずれか一項による、少なくとも1つの設備(1)を備える、溶鉱炉。
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