JP6779739B2 - 溶鋼浴の温度を測定するための消費光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は溶鋼浴の温度を測定するための、カバーで包囲された光ファイバを含む消費有芯ワイヤに関する。

ＪＰＨ０８１５０４０（Ａ）には、溶鋼浴の温度を測定するために消費光ファイバを溶鋼中に送給する方法が記載される。溶鋼を光ファイバで測定するための類似方法及び装置はＵＳ５，７３０，５２７にも記載される。この種の消費光ファイバは、例えばＪＰＨ１１１６０１５５（Ａ）において既知のものである。これらは、光学芯である前記光ファイバを溶鋼中に浸漬させ得るよう、前記光ファイバを一般にはステンレス鋼で金属被覆したシングルメタルジャケット付き光ファイバである。他方、これらの浸漬可能な光ファイバは溶融表面を下方に貫かせ得るものの急速に退行（ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ）する問題が有る。

これらの初期の消費光ファイバの改善策には保護構造の追加が含まれ、それら保護構造は、例えばＪＰＨ１０１７６９５４（Ａ）において既知のものである。この文献では光ファイバは、プラスチック材料の追加層で包囲したメタル保護管で包囲される。包囲されたこの消費光ファイバは溶鋼中に浸漬可能なものであり、深く浸漬させる際に光ファイバ尖端がメタルに露出される所定速度でコイルあるいはスプールから送給される。前記露出される時点での浸漬深さは温度精度上重要であるため、測定温度を正確なものとするためには、光ファイバ尖端の早期破壊あるいは、測定ポイントへの光ファイバ尖端の急速移動を防止する必要がある。ＪＰＨ０９３０４１８５（Ａ）には送給速度ソリューションが記載され、それによると、新規の光ファイバ表面を常に利用できるよう、ファイバ消費速度をファイバの失透速度より速くする必要がある。

ファイバはいかなる熱源からの熱によっても劣化するため、浸漬直前の熱取得から保護されるべきである。同様に、次の測定に好適化されるよう、測定後は未使用の残余部分も熱取得から保護されるべきである。

ＵＳ５，５８５，９１４には、消費光ファイバを毎秒５ｍｍの速度で１０秒間、ノズルを通して溶鋼中に送り、浸漬状態を２０秒間保持し、このサイクルの完了後、これを連続し得ることが教示される。ＪＰＨ０９３０４１８５（Ａ）には、正確な測定結果を得るには、破壊後に新規表面が露出される速度をファイバ先端のガラス質構造が破壊される速度に合わせる、つまり、新規ファイバー材料を一定供給して失透したファイバに代替させ、かくして、輻射損失を生じることなく輻射受け渡しに好適化させるべきであることが教示される。

この代替を達成するには、ファイバをその温度反応設定点を超えるまで溶鋼中に送給する。送給を２秒後に停止して第１温度を決定する。次いで、ファイバを１０ｍｍ再度メタル中に送り、２秒間停止して第２温度を決定する。第１及び第２温度を比較し、測定が成功か、あるいは追加サイクルが必要かを判定する。読み取り値が受け入れ可能であるかを判定する手段以外のためには送給速度は特定されない。

更には、製鋼はバッチプロセスであるため、上述した従来技術には以下の事実、即ち、残余の光ファイバコイル部分を使用する従来の測定法では失透が生じるため、この方法では次回測定の初期設定点温度を適切に決定できないという事実が問題となる。ＪＰＨ０９２４３４５９（Ａ）によれば、サプライコイルから損傷した消費光ファイバをその都度切除して失透していないファイバを提供させるべきであるとする補正処置が教示されるものの、失透範囲の決定方法については記載されない。

実際上、失透長さを決定するには、ファイバの損傷部分を切除する新たな機器を追加する必要があり、メタル上方から浸漬させるケースでは前記損傷部分をスラグ層を通して抜き出さねばならず、このスラグ層がファイバ上に堆積して容器や切除機構からの除去を妨害する。

消費光ファイバを送給する様々なスキームはその全てが、光ファイバが失透する前にその芯を溶鋼に露出させるように設計されるが、失透速度は溶鋼の温度、その動き、収容容器、そして浴を覆うスラグ等の実際の状況のみならず、各測定サイクルの前後において光ファイバが露出される熱的条件に依存するものである。

正確な温度測定のためには新規ファイバ表面の利用可能性が欠かせず、この利用可能性は溶鋼中への光ファイバの浸漬態様次第であるが、光ファイバが多様な時間に多様な冶金学的容器内を通して浸漬及び露出される状況は多種多様であるため、多数の送給スキームが同様に生じることになる。

消費光ファイバ構造を改良することで失透速度変動を最小化できれば、送給レジームのカスタマイズを要すること無く、広汎な冶金学的容器にこの測定技法を適用可能になり得る。製鋼では、スチール製外側カバー付きの多層ワイヤ構造を用いて溶鋼浴内にドーピング物質を選択的に導入する。それらの多層ワイヤ構造は一般に有芯ワイヤと称され、ＤＥ１９９１６２３５Ａ１、ＤＥ３７１２６１９Ａ１、ＤＥ１９６２３１９４Ｃ１、ＵＳ６,７７０，３６６に記載される。ＵＳ７，９０６，７４７には、溶鋼浴と接触すると分極する材料を含む有芯ワイヤが記載される。

ＵＳ５，９８８，５４５には有芯ワイヤ射出システムが記載され、有芯ワイヤは、ＥＰ０８０６６４０、ＪＰＨ０９１０１２０６（Ａ）、ＪＰＳ６０５２５０７（Ａ）、及びＤＥ３７０７３２２（Ｃ１）に記載されるようにコイル状態で、あるいは例えば、有芯ワイヤを実際に浸漬させる特別のワイヤ送給機に一体化されるスプール上に供給される。

ＵＳ７，７４８，８９６には溶融浴のパラメータを測定する装置が記載され、この装置は、光ファイバ、光ファイバを横方向から包囲するカバー、光ファイバに接続した検出器を含み、前記カバーの複数層が光ファイバを包囲し、その１層がメタル管と、このメタル管の下側に配置した中間層とを含み、前記中間層は粉末又は繊維状あるいは顆粒状材料を含み、前記中間層の複数の材料片がファイバを包囲する。

前記中間層は二酸化シリコン粉末あるいは酸化アルミニューム粉末から形成され、且つ、ガス生成材料を含有し得る。記載された中間層の、別個の複数のパーツがファイバを包囲するという特徴は、この発明では多数のパーツの構造が作動状態、言い換えれば被測定溶融浴内への浸漬中あるいは浸漬後に、その使用中に中間層の部片が分離状態に維持され且つ分離可能な状態下にあることを意味する。ガス生成材料の追加は中間層のパーツの爆発性分離を助成する。

各パーツは未溶融の外側メタルジャケット内に収納されるが、この光学有芯ワイヤ構造は極めて低い温度下に比較的長時間に渡り光ファイバをその中心に保持する上で役立つ。光ファイバを破壊する高温下の失透が遅延される。溶鋼中への浸漬中における特定温度以降において、中間層がガス膨張すると、固定されていないカバー層が強制除去される。
ファイバは溶鋼浴内で不規則に加熱されて平衡温度となり、かくして、溶鋼浴に浸漬した光ファイバあるいはその先端が失透する前に、極めて迅速に測定が実施され得る。この、発生ガスの爆発による新規の光学表面露出は予測不能であるため、その測定結果は、正しい温度が解釈や読み誤りに左右され、一貫性がない。

浸漬させた光ファイバにより正確に温度測定する既知の要件によれば、光ファイバは光学芯の失透速度と等しい或いはそれより速い速度で消費されるべきである。失透速度は光学芯の、溶鋼浸漬中の熱入力量及び、有芯光ファイバの周囲環境への露出による光学芯への熱入力の両方の関数であることから、有芯光ファイバは、浸漬位置での輻射熱、スラグ温度、のみならず炉の特定溶融温度等の露出前条件に比例して消費され得るべきである。

ＪＰＨ０８１５０４０（Ａ） ＵＳ５，７３０，５２７ ＪＰＨ１１６０１５５（Ａ） ＪＰＨ１０１７６９５４（Ａ） ＪＰＨ０９３０４１８５（Ａ） ＵＳ５，５８５，９１４ ＪＰＨ０９３０４１８５（Ａ） ＪＰＨ０９２４３４５９（Ａ） ＤＥ１９９１６２３５Ａ１ ＤＥ３７１２６１９Ａ１ ＤＥ１９６２３１９４Ｃ１ ＵＳ６，７７０，３６６ ＵＳ７，９０６，７４７ ＵＳ５，９８８，５４５ ＥＰ０８０６６４０ ＪＰＨ０９１０１２０６（Ａ） ＪＰＳ６０５２５０７（Ａ） ＤＥ３７０７３２２（Ｃ１） ＵＳ７，７４８，８９６

Ｅ．Ｂ．Ｓｈａｎｄ， Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｌａｓｓ， Ｍｏｄｅｒｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｖｏｌ．６， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９６８， ｐ．２６２ "Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｎｌｉｎｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｍｅｌｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｔｈｅ ｍｅｌｔ"と題する、Ｔ．Ｌａｍｐ、他の、Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＥＵＲ ２１４２８， Ｃｏｎｔｒａｃｔ ｎｏ．７２１０−ＰＲ／２０４、２００５，ｐ１３−１７

解決しようとする課題は、溶鋼浴内における温度測定を一層改善することである。本課題は、独立形式請求項の特徴構成を含む改良された有芯ワイヤにより解決される。好ましい実施形態は従属形式請求項の特徴構成を含む。

本発明は、溶鋼の温度測定用の有芯ワイヤに関し、前記有芯ワイヤは、光ファイバ及びこの光ファイバを横方向から包囲するカバーを含み、前記カバーが光ファイバを複数層において包囲し、その１層が、メタル管及びこのメタル管の下側に配置した中間層を含み、前記中間層、前記中間層全体、及び／又は、前記光ファイバを横方向から包囲するカバーが、溶鋼中への浸漬又は溶鋼への露出直後に即座に溶融し得るものである。

明確な溶融温度を有するメタル以外の材料についての“溶融する”とは、本件出願の範囲内では、それ自身の重量で容易に流動する、あるいは向流する溶鋼等の他の液体の重量により押し流されるに十分な流体である材料条件に対して参照されるものとする。従って、ガラス材料は、１０〜１００００ポワズ、好ましくは１０〜１０００ポワズの粘度を有する場合に特に“溶融した”と記載され得る。図８には温度に対するガラス材料の粘度が示される。

“浸漬すると即座に”とは、溶鋼との直接接触時点を言うものとする。しかしながら、中間層全体がメタルを含む場合、“浸漬すると即座に”とは、それらメタル材料が溶融温度に加熱されて流体化する時間を含むものとする。後者の場合、“浸漬すると即座に”は、それらのメタル材料は即座に、例えば１秒以下で溶融するに十分少なく且つ小さいものであることが暗示される。
以下に詳しく記載する理由から、信頼下の測定が達成され得る。

１実施形態において、有芯ワイヤは溶鋼中に浸漬させる浸漬側部及び反対側部を有し、中間層は、前記浸漬側部位置で溶鋼中に浸漬される間に溶融し、同時に、前記反対側部位置が未溶融状態、及び／又は、多孔質状態に維持されるように構成される。
有芯ワイヤが浸漬側部を有し、中間層が浸漬中に溶融し得、反対側部が未溶融の中間層を有することから、光ファイバが中間層により良好に保護され得、かくして信頼下の測定が達成される。未溶融の、及び／又は、多孔質の中間層は光ファイバの良好な絶縁体を提供し得る。

ある実施形態では光ファイバは有芯ワイヤの中央に配置され、及び／又は、プラスチック製の管又はシースでカバーされる。かくして光ファイバが有効に保護され得る。
ある実施形態では、有芯ワイヤはメタルより融点の低い、好ましくはメタルの融点の９０％あるいは５０％〜８５％未満である中間層を含み、融点温度は℃で測定されたものである。
本件出願の範囲内において、“融点”とは、非メタルについて上述した“溶融する”の意味において理解されるべきであり、例えば、ガラス材料に関して示唆されることのある融点又は溶融温度との互換性は無い。従って、図８の１００ポワズにおける“融点”は本件出願の意味の範囲におけるガラスにおける融点では無い。

中間層の溶融塊は静的状態にあり、かくして信頼下の測定が達成され得る。
１実施形態では中間層は、測定中における光ファイバを包囲する静的状態下にある、中間層の溶融塊を形成し得る。
静的状態とは、光ファイバ周囲の溶融塊が、例えば、余剰の溶融塊材料が溶融塊から流失し、その間、それらの材料損失分に代わる新規の溶融塊材料が、光ファイバを横方向から包囲するカバーの溶融、及び／又は、溶融する中間層により補給されるような材料の流出及び流入に拘わらず維持されることを意味する。
周囲を包囲するカバーに起因する妨害が低減された状態下に光ファイバが連続的に更新される信頼下の測定が達成され得る。

１実施形態では中間層の、その重量を多孔質構造の体積で除算したものとしての未溶融密度は、その重量を溶融塊体積で除算したものとしての溶融密度より少なくとも３０％、及び／又は、最大で１００％高い。
未溶融及び溶融密度の意味を例示する１例はボール状のガラスウールである。ボール状のガラスウールは、ウールを構成するガラスの物理特性は高粘度の液体材料であるのに非常に軽く且つふわふわしたものである。軽量且つふわふわの材料が体積を占めており、このボール状のガラスウールの重量及び体積を用いて未溶融密度が算出され得る。この同じガラスウールは、それがガラス化する溶融温度まで加熱すると液体のように流動する。夫々のガラスウールは集積してガラス溜まりを形成する。このガラス溜まりの占める体積で、出発時のボール状のガラスウールの重量と同一のその重量を除算して溶融密度が算出される。これらは２つの異なる密度であるが、中間層の使用以前、及び／又は、使用中における各状態から生じるものである。
溶融密度は、光ファイバ突出位置あるいは光ファイバの尖端表面位置に形成された溶融塊の密度である。溶融塊は、鋼と接触する界面を有し、この界面は液体−液体間のものである。溶融塊の反対側の界面は液体−固体間のものであり、且つ、液体状の溶融塊に新規の溶解材料を送給する、未溶融の中間層に接触する。

未溶融密度が、溶融密度より少なくとも３０％、及び／又は、最大で１００％高いことが測定に信頼性を持たせる。この比率は、未溶融状態下に中間層が未使用の光ファイバを絶縁保護することから重要である。かくして中間層は、溶鋼に露出された場合に、特にはそれ自身の表面張力下に、及び、溶鋼により押されて集積することで、その使用中に未溶融密度から溶融密度に変化され得る。メタル内の高い密度が、光ファイバとの良好な熱交換を促進し、且つ、余剰の溶融塊及び、新規表面が露出する間の失透した光ファイバを排出させる上で役立つ。
１実施形態では中間層は、７ｇ／ｃｍ³又は一般的な溶鋼密度の少なくとも１５％、及び／又は、最大で６０％に相当する溶融密度を有する。

溶融した中間層の、前記７ｇ／ｃｍ³又は、少なくとも１５％、及び／又は、最大で６０％相当する溶融密度に対する密度は、例えば、特にはアルカリ土類ケイ酸（ＡＥＳ）を有する全てのシリカベースのガラスや鋼は尚、密度比の変化に関しては狭帯域であるために比較的一定である。例えば、溶融ガラス及び溶鋼の密度は何れも、温度に関し同一方向に変化する。
中間層は１００％のＥガラスと、１００％の玄武岩ガラス、あるいは、３３％のＡＥＳ及び６６％のＥガラスの混合物から構成され得る。かくして、信頼下の測定が達成され得る。

１実施形態では、溶融した中間層の溶融塊が、突出する光ファイバの表面から除去される速度は、溶融塊及び液体の溶融メタル管の密度差に依存するものであり得る。
突出する光ファイバは光ファイバの先端部であり、測定中は有芯ワイヤから全体に浸漬側部に突出する。
溶融塊の除去速度とは、所定時間長に渡り溶融塊を離れる、余剰の溶融塊の量に対して参照される。ファイバ尖端面からの溶融塊の除去は溶融塊及び溶融メタル管の密度差の関数であるため、その実用上の変動比率が小さく、それ故、実用上反復可能であり、一般に、メタル鋼、鉄、銅等に対して適用される。

従って、溶融塊は中間層の溶融により補給され得るので、消費有芯ワイヤは、流失した余剰の溶融塊材料を常に補給する相当サイズの溶融塊を維持し得る。
１実施形態では、有芯ワイヤあるいはメタル管は、特にラップシームによってはガス密化されず、又は例えば、カウンターサンクラップシーム又は溝付きフラットロックシームのロックシームによっては特にはガス密化される。
メタル管は一般に外側メタルジャケットあるいは外側メタルコートとして参照される。未溶融の中間層あるいは複数のそれら中間層の密度は、測定中の溶融塊の背後の開放気孔率を規定する。

有芯ワイヤ又はメタル管は、好ましくはラップシームによって少ない製造費用で非ガス密化させ得る。そうした非ガス密設計あるいは、ラップシームを提供することで有芯ワイヤの内側構造内のガスが多孔質の中間層及びシームをも通過してメタル管内の溶融塊から排出されるようにできる。
あるいは有芯ワイヤ又はメタル管は、好ましくはロックシームによって少ない製造費用でガス密化させ得、それにより、前記ガスを有芯ワイヤの内側構造を通過して移動するがシームを通しては溶融塊から排出されないようにできる。
本発明によれば、光ファイバと、この光ファイバを横方向から包囲するカバーとを含む有芯ワイヤも提供される。カバーは複数層において光ファイバを包囲する。

前記複数層の１層はメタルジャケットあるいはメタル管とも称される。フィラーとも称される中間層がこのメタル管の下側に配置される。中間層は、その融点が、中間層の部片が溶鋼温度に露呈されると流体化するような、少なくとも６００℃あるいは少なくとも１０００℃、及び／又は、最大１５００℃、好ましくは１０００℃〜１４００℃、より好ましくは１２００℃〜１４００℃であるガス多孔質の断熱材料から形成される。

光ファイバは可撓性の透明なファイバである。光ファイバはファイバの２つの端部間で光を伝送する手段として最もしばしば使用される。光ファイバはガラス又はプラスチックから形成され得る。中間層の材料はＥガラス、ホウ珪酸ガラス、玄武岩アルカリ土類珪酸塩、及び／又は、それらガラスの混合物である。夫々がメタルジャケットであるメタルコートは、０．５〜１．５ｍｍ厚、好ましくは１．０ｍｍ厚のメタルストリップ、好ましくは、Ｆｅ含有量が５０％以上の、好ましくは低炭素鋼から形成され得、ラップシームを使用して管状に形成され得る。ラップシームは特には機械的に形成され、接着材或いはグルーによってはシールされない。

本装置の使用の適宜時間において、更新プロセスが終了に近づくと鋼浴温度は約１６００℃となる。有芯ワイヤが溶鋼浴に達すると、中間層材料の融点が溶鋼浴の温度よりずっと低いことからメタル管は溶融して鋼浴内に溶解する。
中間層は部分的に溶解し、その溶鋼を液体界面に接触させた溶融塊を形成する。
溶融塊は全体に、ガラスあるいはメタル等の溶融材料の塊を意味する。
その直後に、中間層材料の融点が溶鋼浴温度よりずっと低いことから、溶融塊の一部が即座に流失する。

中間層のガラス等の溶融材料は、結晶構造材料がそうであるようには明確な融点を持たないが、かなり広い温度範囲に渡り軟化することを認識されよう。この固体からプラスチック様に挙動する状態への、移行範囲と称される移行は、温度に伴う粘度の連続変化により識別され、かくして、本発明の範囲では、中間層に適用される如き溶融なる用語は、材料がその自重で、あるいは向流する溶鋼の重量により容易に流動するのに十分流体化される温度範囲を含むものとする。

これは、ガラスケミストリ、好ましくは、使用温度下に１０〜１０３ポワズ間のガラス粘度を一般に生じるガラスケミストリの関数である。対数粘度数及び温度の関係はＥ．Ｂ．Ｓｈａｎｄ，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｌａｓｓ，Ｍｏｄｅｒｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．６，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９６８，ｐ．２６２により既知のものである。
中間層の材料が溶融すると、材料の溶融塊層が光ファイバを包囲して初期保護を提供し、次いで、その溶融粘度及びこの溶融塊と溶鋼との間の密度差の関数である所定速度で光ファイバから流失することが分かった。実用上、溶鋼浴及び中間層から形成された溶融塊間の密度差は、何れも温度及び組成の関数であるが、本件出願においては比較的一定のものである。

有芯光学ワイヤを浸漬させるまでは、中央の光ファイバは、外側メタルジャケットが溶融してフィラー（中間層）を露出させ、このフィラーがその後溶融して光ファイバの周囲に溜まるまで、比較的低密度の未溶融の中間層により断熱保護される。夫々が中間層であるフィラーの溶融温度が一般に溶鋼温度のそれより実質的に低いため、前記露出により、常に溶融された流体状態にあることが保証される。中間層が漸次溶融することで、光ファイバを包囲する溶融塊が形成され得る。

溶融塊が形成されると、溶鋼との液体−液体界面が形成され、同時に、溶鋼とは反対側の、液体−固体界面が形成される。光ファイバを包囲する溶融塊溜まりの体積は、その密度に基づいて溶融質量に作用する流体力及び溶融塊の表面張力により制限される。余剰体積は液体から液体の界面から流失し、液体から固体の界面位置で徐々に補給され、かくして、光ファイバを包囲する中間層の溶融塊の静的状況が達成され得る。従って、溶融する光学有芯ワイヤの先端位置の溶融ガラス材料の体積は比較的一定である。

鋼の密度及び溶融塊の密度間の変動が、新規の光ファイバ表面を露出及び更新させるためのより予測可能なメカニズムを生じることが分かった。中間層の溶融材料（フィラー材料）上を偏倚されるメタルの上昇力が、塊状のフィラーから伸延して突出部を形成する光ファイバから離れるように溶融塊を押し戻す。従来技術におけるように内側メタルジャケットを補強しないと突出するファイバは実施的に脆弱である。送給が進むに従い、十分量の溶融フィラーがベース部に溜まり、この量の一部が、伸延する光学芯と共に溶鋼中に引きずり込まれ、前記溜まった溶融塊に作用する溶鋼の上昇力で光ファイバが前記ベース部で破壊される。

従って、溶鋼に露出される未失透の光ファイバの速度は、溶融塊／溶鋼の密度比がほぼ一定であることに対する依存度がより高く、従って、送給速度に対する浸漬深さの公差幅を大きくできる。前進して突出する光ファイバの先端部から溶融塊を後退させることで、検出機会の反復性がより高まることが分かった。

融点が少なくとも６００℃〜１５００℃、あるいは１０００℃〜１５００℃、好ましくは１２００℃〜１４００℃であるガス多孔質の断熱材料から形成された中間層を提供することで、ＵＳ７，７４８，８９６及びＵＳ２００７／０２５８４７７Ａ１における激しい“爆発”や膨張が排除されるのに代えて、浴へのファイバ露出の制御性がより高まる。

好ましい実施例では中間層はファイバから形成される。ファイバは、有芯ワイヤをメルト中に送出した場合、粒状物のように有芯ワイヤから先立って放出され得ない。メルトに達する以前に放出されると光ファイバのための熱遮断力が低下し、それが測定結果の信頼性を低下させる。フィラー材料を纏めて固着させる接着材或いは樹脂は不要であり、それが、爆発性のあるガス化を生じ得る材料の存在を排除する。
好ましい実施例ではファイバは無端ファイバである。これにより、測定の信頼化が容易化される。更には、無端ファイバは中間層の製造を容易化する。

好ましい実施例では、ロープが中間層を形成する。一般に、ロープはファイバの群であり、纏めて撚るあるいは編んで組み合わせることで、大きく且つ強い形態とされる。古典的な言葉の感覚ではロープは、特には、ファイバを纏めて１本の繊維（ｙａｒｎ）とし、多数の繊維を纏めて１つのストランドとし、このストランドを幾つか纏めたものであり得る。本発明で用いるロープなる言葉は、一般的構造を表し且つ繊維を群状態に纏めて及び／又は、ストランド、撚り繊維コード及び一般的形状を形成するその他を群状態に纏めて形成され得るものに使用する。

ロープは単一化学組成のものであり得る。従って、撚ったあるいは編んだロープの形態の中間層のファイバ等の、未溶融パーツの配置の体積で除算した重量、即ち未溶融密度は、塊状形態を含む個々の繊維／ストランドの数及び厚さの、制御可能な関数である。より正確には、ロープの線形ユニット当たりの出発体積に関する、結果として生じる溶融体積が良好に制御される。これにより、上述した放出問題がより高い信頼性を有する様式下に回避され、それに伴い、断熱特性が良好となる。その結果、測定の信頼性が更に高まる。
好ましい実施例では光ファイバはロープの中央に配置され、それが測定結果の品質及び信頼性を一層改善させる。

好ましい実施例では、ロープ、あるいはロープのストランドが増嵩（ｖｏｌｕｍｉｚｅｄ）される。本発明の意味の範囲におけるストランドのみならずロープは複数のファイバから構成される。増嵩されたロープあるいはストランドは、テクスチャライズとも称される方法で、ファブリックプレーンから不規則に出るファイバを有するように処理される。ファイバあるいはストランドはノズルを通して引き抜かれ得、このノズル内で空気流れが創出する乱流がロープあるいはストランドを増嵩させる。ロープあるいはストランドの増増嵩は、見掛け未溶融密度を減少させ、他方、熱遮断力を高め、かくして測定結果の改善に貢献する。

好ましい実施例では中間層はガラスファイバ、好ましくはＥガラスから形成される。ガラスファイバのベースはシリカ（ＳｉＯ₂）、特には、融点が１２００℃までのものである。Ｅガラスは一般的な工業材料であり、本発明の目的上好適なものの１つはＥＴ９１４１５ＴＥＸＯの名称で米国のＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｈｅｓｗｉｃｋ，ＰＡ，ＵＳＡから入手可能である。好ましいＥガラスのＴＥＸ、即ち重量は１４２０（ｇ／ｋｍ）である。ガラスファイバの溶融前密度は、それらのガラスファイバの重量に対する表面積の比が大きいことから、有益な断熱体ガイドである。溶融するに従い、前記密度は溶鋼浴の密度に比較して低下し、かくして、溶鋼浴内で流体化したガラスファイバ材料はファイバから離れて即座に上方に流れ、測定結果の改善に貢献する。ガラスファイバの融点及び軟化点は１６００℃以下であり、従って、溶鋼処理の温度範囲よりずっと低い。

中間層の密度は溶融及び未溶融密度を有することが好ましい。例えば、上述した少なくとも２つのファイバの未溶解密度あるいは未溶融密度は、少なくとも２つのファイバの重量を、前記少なくとも２つのファイバを一緒に溶解させて、例えば、何れのファイバも軟化あるいは溶融した塊状形態とした前記少なくとも２つのファイバの体積で除算した値に相当する。

中間層の材料の密度あるいは溶融密度は好ましくは５ｇ／ｃｍ³未満、好ましくは４ｇ／ｃｍ³未満、より好ましくは２．０及び３．５ｇ／ｃｍ³の間であることが好ましい。溶鋼の密度はもっと高いことから、中間層の材料は外側金属層が溶融すると直ぐに上方に流動する。かくして、測定結果の改善が可能である。

液体の中間層の密度の、溶鋼密度に対する比は好ましくは０．２５及び０．４５の間、より好ましくは０．３２〜０．３８の間である。中間層は多少とも織ったロープ構造のものであることから、その溶融前密度はその溶解密度よりずっと小さく且つ非常に断絶性を有する。中間層の溶融前密度は０．３〜１．７ｇ／ｃｍ³である。より好ましくは０．４〜１．０ｇ／ｃｍ³である。
溶融前密度は、溶融塊と残余の未溶融中間層との間の界面からのガス多孔性であり且つ中間層の燃焼生成物の、溶融した中間層材料とは逆方向への通過が許容されるようなものである。かくして測定結果の改善が可能となる。

好ましい実施例では中間層はメタル管と、プラスチックから形成した管との間に配置され、光ファイバが前記プラスチック管内に配置される。あるいは、プラスチックに代えて厚紙を使用できる。測定結果の改善は、特に、光ファイバの外径がプラスチック管の内径より小さい場合に可能である。

好ましい実施例はセミタイトバッファジャケットであるがルーズジャケットも受け入れ可能である。斯界に既知の一般構造は、６２．５／１２５μｍあるいは５０／１２５μｍのグレーデッドインデクスファイバを０．９ｍｍのプラスチック管内に配置し、このプラスチック管内でファイバを外力から機械的に隔絶するものである。管の材料は一般にプラスチックであり、詳しくは、商標名ナイロン等のポリアミド、あるいは、Ｈｙｔｒｅｌ等の熱可塑性プラスチックエラストマー、あるいは、“Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｎｌｉｎｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｍｅｌｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｔｈｅ ｍｅｌｔ”と題する、Ｔ．Ｌａｍｐ他の、Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＥＵＲ ２１４２８， Ｃｏｎｔｒａｃｔ ｎｏ．７２１０−ＰＲ／２０４、２００５，ｐ１３−１７なる出版物に記載されるような類似材料である。これらのプラスチックは一般に、外部のマイクロベンディングインフルエンスに抗するファイバの補強を提供する。記載されたような通信に好適な光ファイバはＨｕｂｅｒ ａｎｄ Ｓｕｈｎｅｒ ＡＧ，Ｄｅｇｅｒｓｈｅｉｍｅｒｓｔｒａｓｓｅ １４，ＣＨ−９１００ Ｈｅｒｉｓａｕ ＤＥから入手できる。プラスチック管は耐水性ゲルで充填され、それが追加的な機械的保護と、ファイバ周囲の水バリヤ層を提供する。この充填材は一般に石油あるいはシリコーンベースの組成物である。

他の実施形態ではロープは１群の繊維あるいはストランドから構成され得、この群の幾つかのユニットは異なる化学組成を有し得る。従って、化学組成の異なる繊維あるいはストランドが混合されることで、その全体の中心部から外径部までの厚さが一様なロープの物理及び化学特性を制御する単純な製造法が提供され得る。

別の構成ではファイバストランド数は２４であり、６２．５／１４５μｍあるいは５０／１２５μｍのグレーデッドインデクスファイバを含み、０．９ｍｍのセミタイトチューブがファイバ束の中央に配置される。ファイバ束の１６のファイバストランドのうち８つはＥガラスであり、８つのストランドは、融点が約１３３０℃である、Ｅｃｏｍａｂ、アルカリ土類珪酸（ＡＥＳ）、Ｋｅｒａｍａｂ， Ｈａｖｅｒｈｅｉｄｅｌａａｎ ４，Ｂ９１４０ Ｔｅｍｓｅ，ＢＥから入手可能な材料であり得る。ＡＥＳ材料の一般組成は、５０〜８２％のシリカ、１８〜４３％のカルシア、及び／又は、マグネシア及び、６％未満のアルミナ、チタニアあるいはジルコニア、そして微量酸化物から成る。更に８つの、Ｅガラスのストランドがファイバ束の周囲に巻装される。２４のストランドのうち計８つがＡＥＳであり、残余のＥガラスは混合ファイバの溶融温度を低下させるように作用する。特には、構成上の中間層の密度は約０．５１ｇ／ｃｍ³である。次いで、中間層は、少なくとも５０％のＦｅから成る約１ｍｍのラップシームメタルジャケットで好ましくカバーされる。
他の実施形態ではロープは、所望の溶融温度及び密度を達成するよう、全体が玄武岩ファイバから構成され得、あるいはＥガラスあるいはＡＥＳのファイバと混合され得る。

溶鋼浴内における温度測定を一層改善することである。

中心の光ファイバの周囲のロープ様形態の中間層を示す光学有芯ワイヤの断面図である。 中心の光ファイバの周囲に於いて中間層の物理特性に影響を与えるよう、交互する材料ストランドを導入した、ロープ様形態の中間層を示す光学有芯ワイヤの断面図である。 斯界に既知の外側管の閉鎖部を構成し得る部分を示す斜視図である。 容器内の溶鋼に有芯ワイヤを浸漬させた状態を示す断面図である。 溶鋼の温度を測定するシステムの略図である。 Ｅガラスの組成を示す表である。 玄武岩ガラスを作成する玄武岩の組成を示す表である。 選択するガラスに関するガラス粘度対温度のプロット図である。 ファイバの増嵩されたストランドの断面図である。 ファイバが増嵩されないストランドの断面図である。

図１には光学有芯ワイヤ２の断面が示され、夫々メタルジャケット３である外側メタルコート、複数のストランド、セミタイトジャケットとも称する内側プラスチック管５、そして、前記プラスチック管５内の光ファイバ６を含んでいる。光ファイバ６の外周部はプラスチック管５の内径より小さい。ストランド４は増嵩され、且つ、複数のＥガラスファイバから形成される。

ストランド４はプラスチック管５の周囲に撚られてロープを形成する。ストランドの層は交互に時計方向７及び反時計方向８に配置される。光ファイバ６はロープの中心に配置される。外側ジャケットは低炭素鋼から形成される。

図２には別の光学有芯ワイヤ２の断面が示され、夫々メタルジャケット３である外側メタルコート、Ｅガラスから形成した複数のストランド４、Ｅガラスから形成したストランド４との混合物を形成する代替材料４ａの複数のストランド、セミタイトジャケットとも称する内側プラスチック管５、そしてこのプラスチック管５内の光ファイバ６を含んでいる。光ファイバ６の外周部はプラスチック管５の内径より小さい。ストランド４及び４ａは増嵩され、且つ、複数のガラスファイバから形成される。ストランド４及び４ａは、プラスチック管５の周囲に撚られてロープを形成する。ストランドの層は交互に時計方向及び反時計方向に配置される。光ファイバ６はロープの中心に配置される。外側ジャケットは低炭素鋼から形成される。

図３には好ましい実施形態における、斯界に既知の且つ本明細書において参照される、ラップシーム１５、交互するカウンターサンクラップシーム１６及び溝付けフラットロックシーム１７を含む管閉鎖部のプロファイルが示される。
図４には、溶鋼１２中に浸漬させた光学有芯ワイヤ２の断面が示される。溶鋼１２の温度が高いため、光ファイバ２を包囲する材料は上記理由のために徐々に溶融９する。その結果、中間材料１１の余剰部分１１ａが流失して光ファイバ尖端１０が前記中間材料の溶融塊から突出する。測定後、光学有芯ワイヤは完全溶融して溶鋼１３の上面まで後退する。

図５に示すように、有芯ワイヤ送給システムにおいて、ラップシームで閉じた、Ｆｅ含有量が少なくとも５０％である１ｍｍのメタル鋼外層で包囲した、Ｅガラス製の低溶融性の中間層（１）を有するグレーデッドインデックス６２．５／１２５μｍの０．９ｍｍセミタイトジャケット付き光ファイバである有芯ワイヤ２が使用される。あるいは、グレーデッドインデックス５０／１２５μｍ又は６２．５／１２５μｍのルーズジャケット光ファイバを使用できる。光学有芯ワイヤ２は平置きコイル２０あるいはロールスタンド２０ａから有芯ワイヤフィーダ２４により巻き解かれ、コネクタ２９で浸漬ノズル２１の内側通路に接続したガイド管２５に押し込まれ、かくして、光ファイバ尖端１０は測定位置２３に到達する。図５にはルーフ２２及びフロア２６を備える冶金学的容器が示されるがその他の溶融容器、溶鋼移行あるいは保持容器を使用できる。

容器の外側位置から出発した有芯ワイヤ２は、そのノズル２１の出口開口２１ａを容器の内側に配置する状態で上方容器壁２２に組み付込まれたガス冷却式浸漬ノズル、即ち上吹きランス２１を通して送られる。上吹きランス２１は外側管の内側に同中心状態に形成した内側管である。有芯ワイヤは内側管を通して送られ、一方、アタッチメント２７を通して、外側管の内径部と内側管の外径部との間の環状空間内に冷却用空気が送られ容器内の位置２８にて存在する。冷却用空気の絶対量は、炉スラグが発泡化した場合でさえ、ランス出口がスラグで閉鎖されず、かくして出口２１ａがスラグ層１４内にあるよう選択されるべきである。浸漬ノズル２１は種々の位置とされ得るが、組み付け原理上重要なのは、ノズルが、溶鋼浴上方から出発して溶鋼の表面１３に至る直通アクセスラインを有することである。

図６には、４３〜７４モル％のＳｉＯ₂、０〜８．５モル％のＢ₂Ｏ₃、６〜１０モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０．５〜９モル％のＭｇＯ、１５〜２８モル％のＣａＯ、２．５モル％までのＮａ₂Ｏ、０．０５モル％までのＫ₂Ｏ、０．３モル％までのＦｅ₂Ｏ₃、１モル％までのＴｉＯ₂、及び／又は、２モル％までのＦを含む好ましいＥガラス材料組成が示される。
図７には、約５２．８モル％のＳｉＯ₂、約１７．５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、約１０．３モル％のＦｅ₂Ｏ₃、約４．６３モル％のＭｇＯ、約８．５９モル％のＣａＯ、約３．３４モル％のＮａ₂Ｏ、約１．４６モル％のＫ₂Ｏ、約１．３８モル％のＴｉＯ₂、約０．２８モル％のＰ₂Ｏ₅、約０．１６モル％のＭｎＯ、及び／又は、約０．０６モル％のＣｒ₂Ｏ₃を含む、中間層（１）用の玄武岩の好ましいファイバ材料化学組成が示される。

図８には、中間層（１）用のファイバ材料例における、温度に対する粘度の図式図が示される。左端の曲線はソーダ石灰ガラスに対して参照され、隣の曲線はホウケイ酸ガラスに対して参照されるものである。これらの材料は一般に、本件出願では、約１２００〜１４００℃の温度範囲で１０〜１００００ポワズの粘度である状態を“溶融”あるいは“溶解”されたものとする。これらの材料の軟化点は６００℃以上である。
図９及び１０には、例えばＥガラス製の複数のファイバ１から構成されるストランドの断面が示される。図９に示されるストランドは増嵩され、図１０に示すストランドは増嵩されていない。この理由から、図９のファイバのパターンは図１０のファイバ４のパターンより規則性が低い。更に、図９に示す増嵩されたファイバ４は図１０に示すファイバ４と比較してコンパクト性が低い。

１ 中間層
２ 光学有芯ワイヤ/光ファイバ/有芯ワイヤ
３ メタルジャケット/メタルコート/メタル管
４ ストランド（複数のファイバからなる）
４ａ 代替材料
５ 内側プラスチック管／プラスチック管
６ 光ファイバ
７ 時計方向
８ 反時計方向
９ スラグ
１０ 光ファイバ尖端
１１ 中間材料/溶融塊
１１ａ 余剰部分
１２ 溶鋼
１３ 表面
１４ スラグ層
１５ ラップシーム
１６ カウンターサンクラップシーム
１７ 溝付きフラットロックシーム
２０ 平置きコイル
２０ａ ロールスタンド
２１ 浸漬ノズル
２１ａ 出口開口／出口
２２ ルーフ／上方容器壁
２３ 測定位置
２４ 有芯ワイヤフィーダ
２５ ガイド管
２６ フロア
２７ アタッチメント
２８ 排出パージガス
２９ コネクタ
３０ ソーダ石灰ガラス
３１ ホウケイ酸ガラス
３２ ９６％シリカガラス
３３ 溶融シリカ
３４ 応力点
３５ 焼鈍点
３６ 軟化点
３７ 作用範囲
３８ 作用点
３９ 融点
Ｅ 例示的ガラス
Ａ 略限定
Ｃ 構成
Ｔ 温度
Ｖ 粘度

Claims (17)

1. 溶鋼浴の温度を測定するための消費光ケーブル用の有芯ワイヤ（２）であって、
   光ファイバ（６）と、前記光ファイバを横方向から包囲するカバーとを含み、前記カバーが前記光ファイバを複数層において包囲し、その１層がメタル管（３）と前記メタル管（３）の下側に配置した中間層（１）を含み、前記中間層（１）が、融点が少なくとも６００℃及び最大１５００℃である材料から形成され、中間層（１）がＥガラスファイバから形成されることを特徴とする有芯ワイヤ（２）。
2. ロープが前記中間層（１）を形成する請求項１に記載の有芯ワイヤ（２）。
3. 光ファイバ（６）がロープの中心に配置される請求項２に記載の有芯ワイヤ（２）。
4. ロープが増嵩され、ファイバがファブリックプレーンから不規則に出る請求項１〜３の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
5. 中間層（１）がメタル管（３）と、プラスチック又は厚紙から形成した管（５）との間に配置され、光ファイバ（６）が前記プラスチック又は厚紙から形成した管（５）内に配置される請求項１〜４の何れか１項に記載の有芯ワイヤ。
6. 光ファイバ（６）が前記プラスチック又は厚紙から形成した管（５）の内部で可動であるよう、光ファイバ（６）の外径は前記管（５）の内径より小さい請求項５に記載の有芯ワイヤ。
7. 中間層（１）の材料の密度は５ｇ／ｃｍ³未満である請求項１〜６の何れか１項に記載の有芯ワイヤ。
8. 前記中間層（１）、前記中間層（１）全体、及び／又は、前記光ファイバ（６）を横方向から包囲するカバーが、前記溶鋼（１２）中への浸漬又は露出に際して即座に溶融し得る請求項１〜７の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
9. 前記有芯ワイヤ（２）が、溶鋼（１２）中に浸漬する浸漬側部と、反対側部とを有し、前記中間層（１）が、溶鋼（１２）中への浸漬中に前記浸漬側部位置で溶解し、同時に、前記反対側部位置が未溶融状態、及び／又は、多孔質状態に維持される請求項８に記載の有芯ワイヤ（２）。
10. 光ファイバ（６）が有芯ワイヤ（２）の中央に配置され、及び／又は、プラスチック製の管（５）によりカバーされる請求項１〜９の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
11. 中間層（１）の融点が鋼の融点より低い請求項１〜１０の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
12. 中間層（１）が、測定中に、光ファイバ（６）を静止状態で包囲する溶融した中間層（１）の溶融塊（１１）を形成し得る請求項１〜１１の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
13. 中間層（１）が、その重量を多孔性構造部の体積で除算した未溶融密度を提供し得、前記未溶融密度が、その重量を溶融塊材料の体積で除算した溶融密度より少なくとも３０％低い、及び／又は、最大で１００％低い請求項１〜１２の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。
14. 中間層（１）が溶融密度を有し、前記溶融密度が、７ｇ／ｃｍ³、即ち溶鋼の共同密度の少なくとも１５％、及び／又は、最大で６０％に相当するものである請求項１３に記載の有芯ワイヤ（２）。
15. 中間層（１）の未溶融密度が、溶融塊（１１）の背後の開放多孔性を提供する請求項１３に記載の有芯ワイヤ（２）。
16. 溶融した中間層（１）の溶融塊（１１）が、突出する光ファイバ（１０）の表面から除去される速度は、溶融塊（１１）及び溶鋼（１２）間の密度差に依存し得る請求項１２に記載の有芯ワイヤ（２）。
17. 有芯ワイヤ（２）あるいはメタル管（３）は、特にはラップシーム（１５）により非ガス密化され、あるいは、例えば、カウンターサンクラップシーム（１６）又は溝付きフラットロックシーム（１７）のロックシームによりガス密化される請求項１〜１６の何れか１項に記載の有芯ワイヤ（２）。