RU2813101C1 - Способ и система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом - Google Patents
Способ и система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813101C1 RU2813101C1 RU2023113191A RU2023113191A RU2813101C1 RU 2813101 C1 RU2813101 C1 RU 2813101C1 RU 2023113191 A RU2023113191 A RU 2023113191A RU 2023113191 A RU2023113191 A RU 2023113191A RU 2813101 C1 RU2813101 C1 RU 2813101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molten metal
- metal bath
- fiber
- bath
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 196
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 196
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 104
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 35
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 235000021197 fiber intake Nutrition 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000013306 transparent fiber Substances 0.000 description 1
Abstract
Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом. Было показано, что способ в соответствии с изобретением особенно подходит для повторяющихся определений значений температуры; т.е. способ позволяет выполнять множество измерений с многократным созданием новых передних наконечников кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Способ включает подачу переднего наконечника в направлении к ванне с расплавленным металлом из положения p1 со скоростью v1 в течение первого периода времени от t1 до t2 в положение p2 на глубину i1 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, подачу переднего наконечника со скоростью v2 в течение второго периода времени от t2 до t3 до положения p3 на глубину i2 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, подачу переднего наконечника со скоростью v3 в течение третьего периода времени от t3 до t4 до положения p4 на глубину i3 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом. Далее способ содержит операцию приостановки подачи переднего наконечника или подачу переднего наконечника со скоростью v4, и то и другое - в течение четвертого периода времени от t4 до t5 и отведение переднего наконечника со скоростью v5 в положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом после момента t5 времени. Результирующая операция предполагает получение информации о температуре ванны с расплавленным металлом в течение периода времени от t2 до t5. Также предложена система определения значения температуры ванны с расплавленным металлом для осуществления данного способа. Технический результат - более надежное определение значений температуры в широком диапазоне условий применения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом.
Температура ванны с расплавленным металлом в металлургическом резервуаре является важным параметром в процессе изготовления металла, который определяет качество полученного продукта. Возможные средства для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, в частности железом или сталью в зоне плавления электродуговой печи (EAF), включают погружение в расплавленный металл оптического волокна, окруженного металлической трубкой. Оптическое волокно, окруженное металлической трубкой, часто также называют кабелем с оптоволоконной сердцевиной.
Для измерения температуры ванны с расплавленным металлом в металлургический резервуар можно вводить кабель с оптоволоконной сердцевиной. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной погружают в ванну с расплавленным металлом, при этом он проходит сначала горячую атмосферу, затем слой шлака, а затем ванну с расплавленным металлом. После погружения части кабеля с оптоволоконной сердцевиной ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом оптическое волокно может передавать тепловое излучение, полученное от расплавленного металла, на детектор, например пирометр. Для определения температуры ванны с расплавленным металлом с детектором может быть связана приемлемая контрольно-измерительная аппаратура. Во время этого измерения погруженная часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной может частично или полностью расходоваться в результате воздействия ванны с расплавленным металлом. После завершения измерения температуры наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной можно убрать из ванны с расплавленным металлом. Наконечник убранного кабеля с оптоволоконной сердцевиной станет новым передним наконечником при следующем измерении температуры.
Такое устройство приемлемо для измерений температуры по команде и полунепрерывных измерений температуры в виде ряда циклов погружения. Оператор может получать измерение температуры без какого-либо прямого вмешательства в жесткую среду вблизи металлургического резервуара.
Для обеспечения точных измерений во время выполнения измерения необходимо обеспечить условия абсолютно черного тела вблизи погруженного переднего наконечника оптического волокна. Волокно должно быть погружено на достаточную глубину ниже поверхности ванны с расплавленным металлом и в таком месте внутри резервуара, которое является репрезентативным для температуры ванны с жидким металлом. С другой стороны, глубокой погружение увеличивает воздействие флотационных сил на кабель с оптоволоконной сердцевиной и увеличивает его расходование во время последовательности измерения.
Наличие неостеклованного оптического волокна имеет важное значение для точного измерения температуры. Особенно важное значение имеет состояние переднего наконечника. Скорость расстекловывания зависит от множества факторов, среди которых конструкция кабеля с оптоволоконной сердцевиной, термическая среда металлургического резервуара, которая воздействует на кабель с оптоволоконной сердцевиной до, во время и после каждого цикла измерения, количество и тип слоя шлака, покрывающего ванну с расплавленным металлом, а также фактическое состояние и температура ванны с расплавленным металлом.
Многие устройства, известные в предшествующем уровне техники, обычно изготавливают с применением оптического волокна, расположенного в защитной трубке. Пустое пространство между оптическим волокном и металлической трубкой может быть заполнено наполнителем для дополнительной защиты оптического волокна от жесткой среды и тепла ванны с расплавленным металлом до погружения и сбора данных. Эта многослойная структура способствует тому, что оптическое волокно остается при низкой температуре в течение относительно длительного времени. Расстекловывание в результате воздействия повышенных температур, которое способствует разрушению оптического волокна, осуществляется позже. Например, в JPH10176954A описано волокно, которое окружено пустым пространством, образованным посредством металлической трубки. Вокруг этой металлической трубки расположена трубка, изготовленная из теплоизолирующего покрытия, которая в свою очередь окружена наружной металлической трубкой. Такая структура предотвращает слишком быстрое расплавление внутренней металлической трубки.
В тех случаях, когда проводят ряд измерений, воздействие среды металлургического резервуара на кабель с оптоволоконной сердцевиной становится серьезной проблемой. В таких случаях тепловое воздействие на оптическое волокно осуществляется не только во временном интервале непосредственно перед получением измерения, но и в промежутке между измерениями.
Для таких множественных погружений в JPH09243459A описано дополнительное корректирующее действие, во время которого после каждого цикла измерения от источника отрезается погруженное оптическое волокно, которое могло быть повреждено, с обеспечением нового переднего наконечника перед каждым измерением. Хотя такое решение и решает проблему использования поврежденных частей оптического волокна, для его реализации требуется дополнительное оборудование, кроме того, неизвестна степень расстеклованной части волокна.
Кроме того, были предложены различные схемы подачи расходуемых оптических волокон в ванну с расплавленным металлом так, чтобы обеспечить подачу в расплавленный металл сердцевины оптического волокна до ее расстеклования.
Например, в JP09304185A описан способ подачи оптического волокна, в котором скорость расходования волокон должна быть больше скорости расстеклования. Схема включает две стадии подачи, разделенных периодом ожидания, причем первая подача осуществляется до тех пор, пока не будет зарегистрирована заданная пороговая температура. Затем измерения температуры, полученные на каждой стадии подачи, сравнивают для определения необходимости дополнительных циклов измерения.
В US2007268477A1 описан способ подачи, в котором скорость подачи регулируется во время цикла измерения. Термический отклик регистрировали во время фазы первоначальной подачи и сравнивали с изменением температуры, определенной на последующей второй фазе. Хотя этот метод имеет некоторые преимущества, он не учитывает того факта, что во время начальной фазы кабель с оптоволоконной сердцевиной в основном не погружен в ванну с расплавленным металлом, а подвергается воздействию среды плавильной печи или слоя шлака, что приводит к неправильным результатам.
В нескольких документах предшествующего уровня техники описаны способы подачи оптического волокна с металлическим покрытием, которое перед погружением в расплавленный металл дополнительно помещают внутрь подвижной направляющей трубки. Например, в JP2010071666A описана первая фаза, во время которой волокно и направляющую трубку подают из убранного положения к поверхности ванны с расплавленным металлом в 3 стадии с уменьшающимися скоростями. Затем волокно подают в ванну, после чего можно регистрировать температуру. В JPH10185698A подачей оптического волокна дополнительно управляют посредством нескольких средств, помимо прочего, на основе обратной связи по скорости увеличения измеренной температуры и заданных периодов времени.
Хотя эти решения обеспечивают долговременную защитную среду для волокна и низкий расход волокна, для их реализации требуется дополнительное оборудование.
В US2018180484A1 описан способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом, приемлемый для нескольких циклов измерения и не требующий дополнительного оборудования. Предложенная схема подачи включает две скорости подачи, за которыми следует стационарный период, после которого проводят измерение температуры. С одной стороны, этот способ решает некоторые из проблем, известных ранее для определенных условий металлургического процесса. С другой стороны, он не учитывает точный уровень ванны с металлом. Поскольку при первой подаче необходимо обеспечить погружение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, количество кабеля с оптоволоконной сердцевиной, израсходованного во время цикла измерения, может превышать необходимое количество.
С учетом предшествующего уровня техники существует потребность в способе измерения и системе, которая обеспечивает высокую точность во всем диапазоне возможных условий, преобладающих при обработке расплавленных металлов, например, при различных параметрах ванн с расплавленным металлом и особенностях конструкции различных металлургических резервуара.
Таким образом, целью настоящего изобретения является предложить улучшенный способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью кабеля с оптоволоконной сердцевиной, способный решить по меньшей мере одну из описанных выше проблем. В частности, одной из целей является предложить улучшенный способ для более надежного определения значений температуры в широком диапазоне условий применения. В частности, целью является улучшение характеристик плавления и разложения кабеля с оптоволоконной сердцевиной во время определения значения температуры и после него. Другой целью является предложить способ, который позволяет свести к минимуму расходование кабеля с оптоволоконной сердцевиной во время определения. Кроме того, целью является предложить способ определения значения температуры на определенной глубине погружения кабеля с оптоволоконной сердцевиной.
Дополнительной целью настоящего изобретения является предложить улучшенную систему для осуществления способа, обладающего признаками изобретения.
Эти цели достигаются посредством объекта изобретения, определенного в независимых пунктах формулы изобретения.
В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью устройства, содержащего кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор, причем способ включает
(a) обеспечение кабеля с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник которого находится в положении p1 над поверхностью ванны с расплавленным металлом;
(b) подачу переднего наконечника в направлении к ванне с расплавленным металлом из положения p1 со скоростью v1 в течение первого периода времени от t1 до t2 в положение p2 на глубину i1 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(c) подачу переднего наконечника со скоростью v2 в течение второго периода времени от t2 до t3 до положения p3 на глубину i2 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(d) подачу переднего наконечника со скоростью v3 в течение третьего периода времени от t3 до t4 до положения p4 на глубину i3 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(e) приостановку подачи переднего наконечника или подачу переднего наконечника со скоростью v4, и то и другое — в течение четвертого периода времени от t4 до t5;
(f) отведение переднего наконечника со скоростью v5 в положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом после момента t5 времени,
(g) получение информации о температуре ванны с расплавленным металлом в течение периода времени от t2 до t5,
причем глубина и скорости погружения соотносятся следующим образом
(i) i2 > i1,
(ii) i3 > i2,
(iii) v1 > v2,
(iv) v2 < v3 и
(v) v4 < v1, или v2, или v3.
Во избежание каких-либо неправильных толкований положения p1, p2, p3 и p4, упомянутые в стадиях (a)–(d), и положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом, упомянутое в стадии (f), являются положениями переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Специалисту в данной области будет понятно, что «обеспечение переднего наконечника» и «подача переднего наконечника» обязательно включают обеспечение и подачу кабеля с оптоволоконной сердцевиной, т.е. обеспечение кабеля с оптоволоконной сердцевиной, имеющего передний наконечник, и перемещение кабеля с оптоволоконной сердцевиной вместе с его передним наконечником в указанные положения.
Моменты t1, t2, t3, t4 и t5 времени следуют друг за другом непосредственно; т.е. между ними отсутствуют интервалы.
Кроме того, в изобретении предложена система для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления могут быть реализованы по отдельности или в любой возможной комбинации.
Было показано, что способ в соответствии с изобретением особенно подходит для повторяющихся определений значений температуры; т.е. способ позволяет выполнять множество измерений с многократным созданием новых передних наконечников «бесконечного» кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Поскольку способ, обладающий признаками изобретения, обеспечивает надежное позиционирование переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной, он дополнительно позволяет определить точные значения температуры при минимальном расходовании кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Используемый в настоящем документе термин «расходование» или «расход» относится к разрушению кабеля с оптоволоконной сердцевиной, такому как, например, плавление кабеля с оптоволоконной сердцевиной посредством воздействия ванны с расплавленным металлом и его растворение в ванне с расплавленным металлом, разложение или сгорание кабеля с оптоволоконной сердцевиной целиком или его различных частей и т.п. В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает, что передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в оптимальном состоянии для определения значения температуры в некотором положении на определенной глубине погружения.
В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом.
В настоящем документе термин «определение значения температуры» может использоваться как синоним термина «измерение температуры». Следует понимать, что он относится к получению измерения в одной точке или к способам, которые включают измерения более чем в одной точке и необязательную связанную обработку данных.
Используемый в настоящем документе термин «ванна с расплавленным металлом» используется для описания расплава в резервуаре. Альтернативным термином для «ванны с расплавленным металлом», известным специалисту в данной области, является «расплав металла». Расплавленный металл в ванне с расплавленным металлом не имеет конкретных ограничений. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления расплавленный металл представляет собой расплавленную сталь. Термин «ванна с расплавленным металлом» не исключает наличия каких-либо твердых или газообразных компонентов, включая, например, нерасплавленные компоненты соответствующего металла. Ванна с расплавленным металлом может быть покрыта слоем шлака.
Температура расплавов металлов отличается и обычно зависит от состава металла и стадии процесса плавки. Предпочтительно температура ванны с расплавленным металлом находится в диапазоне 1500–1800°C, а более предпочтительно в диапазоне 1500–1700°C.
Ванна с расплавленным металлом может содержаться в резервуаре, содержащем точку ввода, приемлемую для подачи через нее кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Такая точка ввода может быть расположена на панели боковой стенки или в своде, покрывающем резервуар.
В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры с помощью устройства, содержащего кабель с оптоволоконной сердцевиной. Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной представлял собой оптическое волокно, окруженное в боковом направлении металлической трубкой.
Предпочтительно оптическое волокно представляет собой гибкое прозрачное волокно. Оптические волокна чаще всего используют в качестве средства передачи света, особенно в диапазоне длин волн ИК-излучения, между двумя концами волокна. Предпочтительно оптическое волокно образовано из стекла или пластика, более предпочтительно из кварцевого стекла. Предпочтительно оптическое волокно выбирают из группы, состоящей из волокон с плавно изменяющимся показателем преломления и одномодовых волокон со ступенчато изменяющимся показателем преломления.
Металлическая трубка, окружающая оптическое волокно, может полностью охватывать оптическое волокно или может быть по меньшей мере частично открыта таким образом, чтобы корпус не полностью окружал оптическое волокно.
Предпочтительно металл металлической трубки, окружающей оптическое волокно, представляет собой железо или сталь, предпочтительно нержавеющую сталь.
В одном предпочтительном варианте осуществления линейная плотность кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в диапазоне 25–80 г/м, еще более предпочтительно в диапазоне 35–70 г/м. Линейная плотность определяется как масса на единицу длины.
Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной был окружен в боковом направлении по меньшей мере одной дополнительной металлической трубкой, т.е. чтобы оптическое волокно было окружено в боковом направлении по меньшей мере двумя металлическими трубками. Более предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной располагался по центру по меньшей мере в одной дополнительной металлической трубке.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна дополнительная металлическая трубка не контактировала с кабелем с оптоволоконной сердцевиной. Более предпочтительно, чтобы пустое пространство между этими по меньшей мере двумя металлическими трубками было по меньшей мере частично заполнено материалом, выбранным из группы, состоящей из газообразных или твердых материалов или их комбинации. Твердый материал предпочтительно выбирают из группы, состоящей из неорганических материалов, природных полимеров, синтетических полимеров и их комбинаций. Газообразный материал предпочтительно представляет собой газ или смесь газов. Более предпочтительно газ представляет собой воздух или инертный газ.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления кабель с оптоволоконной сердцевиной содержит множество разделительных элементов, расположенных по меньшей мере в одной металлической трубке, с образованием по меньшей мере одного отделения между разделительными элементами. В данном случае термин «отделение» относится к объему между различными разделительными элементами в трубке. Термин «разделительные элементы» относится к компонентам, расположенным внутри трубки и разделяющим объем внутри трубки. Предпочтительно разделительные элементы представляют собой дискообразные элементы, расположенные внутри трубки, содержащие отверстие, через которое проходит кабель с оптоволоконной сердцевиной и которое может по меньшей мере частично поддерживать кабель с оптоволоконной сердцевиной. Материал разделительных элементов предпочтительно выбирают из группы, состоящей из силикона, предпочтительно двухкомпонентного силикона, каучука, кожи, пробки, металла и их комбинаций.
Кабель с оптоволоконной сердцевиной необязательно окружен по меньшей мере одним дополнительным слоем. Этот по меньшей мере один дополнительный слой может заменять или может не заменять собой указанную по меньшей мере одну дополнительную металлическую трубку. В одном предпочтительном варианте осуществления этот по меньшей мере один дополнительный слой состоит из множества кусков, более предпочтительно слой состоит из волокон.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления материал по меньшей мере одного дополнительного слоя имеет форму полотна, сетки, тканой или вязаной структуры.
Предпочтительно по меньшей мере один дополнительный слой изготовлен из различных материалов. Более предпочтительно материал представляет собой неметаллический материал, наиболее предпочтительно органический материал.
Следует понимать, что кабель с оптоволоконной сердцевиной может содержать любую комбинацию описанных выше конфигураций. Например, может быть преимущественным, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной был окружен в боковом направлении дополнительным слоем и второй металлической трубкой.
Устройство, используемое для применения способа в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно содержит детектор. Детектор может быть соединен с одним концом кабеля с оптоволоконной сердцевиной и может принимать световой сигнал, в частности сигнал в диапазоне длин волн ИК-излучения, передаваемый посредством оптического волокна. Детектор в контексте настоящего изобретения может представлять собой пирометр.
Кабель с оптоволоконной сердцевиной имеет погружаемый конец и противоположный конец. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной представляет собой наконечник погружаемого конца кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Предпочтительно во время применения способа в соответствии с настоящим изобретением кабель с оптоволоконной сердцевиной расходуется в направлении от погружаемого конца к противоположному концу, и после каждой последовательности измерения в качестве погружаемого конца будут использовать другую часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной; т.е. после каждой последовательности измерения создается новый передний наконечник. Противоположный конец соединяется с детектором и не будет расходоваться во время измерения.
На стадии (а) способа в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается кабель с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник которого находится в положении p1 над поверхностью ванны с расплавленным металлом.
Поверхность расплавленного металла может представлять собой поверхность, обращенную к газообразной атмосфере над этой поверхностью в резервуаре, или, при наличии слоя шлака, поверхность, обращенную к слою шлака.
Положение p1 может находиться выше резервуара или предпочтительно внутри резервуара. Передний наконечник в положении p1 может контактировать или может не контактировать с необязательно присутствующим шлаком.
На стадии (b) способа в соответствии с настоящим изобретением передний наконечник подают в направлении к ванне с расплавленным металлом из положения p1 со скоростью v1 в течение первого периода времени от t1 до t2 в положение p2 на глубину i1 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом.
Перемещение к ванне с расплавленным металлом может включать прохождение переднего наконечника через ранее упомянутый слой шлака, который может присутствовать или отсутствовать.
Глубину погружения в контексте настоящего изобретения следует понимать как расстояние от переднего наконечника до поверхности ванны с расплавленным металлом, и ее определяют вдоль оси, перпендикулярной поверхности.
Может быть преимущественным, чтобы угол погружения находится в диапазоне 45–90°, предпочтительно в диапазоне 60–90°, наиболее предпочтительно угол погружения составляет 90°. Этот угол определяется как угол между поверхностью ванны с расплавленным металлом и осью, проходящей вдоль кабеля с оптоволоконной сердцевиной по оптимальной прямой линии. Угол 90° можно понимать как погружение кабеля с оптоволоконной сердцевиной перпендикулярно поверхности ванны с расплавленным металлом.
Угол погружения остается постоянным во время стадий, включающих подачу; т.е. во время стадий (b), (c), (d) и (e).
В одном предпочтительном варианте осуществления v1 находится в диапазоне 2–4 м/с, более предпочтительно в диапазоне 2,5–3,5 м/с.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления i1 находится в диапазоне 0,01–0,35 м ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, более предпочтительно в диапазоне 0,05–0,35 м.
Предпочтительно продолжительность первого периода времени от t1 до t2 находится в диапазоне 0,1–1 с, предпочтительно в диапазоне 0,25–0,75 с.
На стадии (c) способа в соответствии с настоящим изобретением передний наконечник подают со скоростью v2 в течение второго периода времени от t2 до t3 в положение p3 на глубину i2 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом.
В соответствии с настоящим изобретением i2 > i1; т.е. i2 глубже относительно поверхности ванны с расплавленным металлом, чем i1.
В соответствии с настоящим изобретением скорость v2 меньше скорости v1.
В одном предпочтительном варианте осуществления v2 находится в диапазоне 0,05–0,5 м/с, более предпочтительно в диапазоне 0,1–0,3 м/с.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления i2 находится в диапазоне 0,05–0,4 м, более предпочтительно в диапазоне 0,1–0,3 м.
В одном предпочтительном варианте осуществления продолжительность второго периода времени от t2 до t3 находится в диапазоне 0,2–2,0 с, предпочтительно в диапазоне 0,3–1,5 с.
На стадии (d) способа в соответствии с настоящим изобретением передний наконечник подают со скоростью v3 в течение третьего периода времени от t3 до t4 в положение p4 на глубину i3 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом.
В соответствии с настоящим изобретением i3 > i2; т.е. i3 глубже относительно поверхности ванны с расплавленным металлом, чем i2, а скорость v2 меньше скорости v3.
Преимущественно v3 находится в диапазоне 0,5–4,5 м/с, предпочтительно в диапазоне 1,5–3,5 м/с.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления i3 находится в диапазоне 0,1–1,0 м, более предпочтительно в диапазоне 0,2–0,8 м.
В одном предпочтительном варианте осуществления продолжительность третьего периода времени от t3 до t4 находится в диапазоне 0,05–0,45 с, предпочтительно в диапазоне 0,05–0,25 с.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления v1 и v3 превышают v2.
На стадии (e) способа в соответствии с настоящим изобретением приостанавливают подачу переднего наконечника или подают передний наконечник со скоростью v4, и то и другое — в течение четвертого периода времени от t4 до t5.
Термин «приостановка подачи переднего наконечника», используемый в настоящем документе, означает, что передний наконечник активно не перемещают.
В альтернативном варианте осуществления передний наконечник подают со скоростью v4. Предпочтительно скорость v4 ниже скорости, с которой передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной перемещается назад в направлении поверхности ванны с расплавленным металлом из-за определенного расходования кабеля с оптоволоконной сердцевиной в результате плавления.
Оба варианта приводят к перемещению положения переднего наконечника в направлении к поверхности ванны с расплавленным металлом из-за расходования. Тем не менее передний наконечник все еще остается погруженным ниже поверхности ванны с расплавленным металлом.
Предпочтительно вся часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, поданная ниже поверхности ванны с расплавленным металлом в течение времени от t1 до t5, полностью расходуется до момента t5 времени.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления v4 составляет менее 0,2 м/с, более предпочтительно менее 0,1 м/с.
В одном предпочтительном варианте осуществления продолжительность третьего периода времени от t4 до t5 находится в диапазоне 0,05–0,5 с, предпочтительно в диапазоне 0,1–0,4 с.
В одном предпочтительном варианте осуществления продолжительность четвертого периода времени от t4 до t5 выбирают способом, включающим
(i) обеспечение набора данных, связывающих измеренные данные ванны с расплавленным металлом со значениями продолжительности;
(ii) получение измерения в период времени до момента t4;
(iii) выбор из обеспеченного набора данных продолжительности четвертого периода времени в соответствии с измеренными данными, полученными в течение периода времени до момента t4.
Термин «набор данных» используется в настоящем документе в качестве базы данных, содержащей соответствующие данные, т.е. такой набор содержит пары данных, в которых одно определенное значение одного типа данных присваивается одному определенному значению другого типа данных. Он также может содержать пары данных, в которых одно определенное значение типа данных присваивается модели, последовательности из нескольких стадий или т.п.
Предпочтительно измеренные данные содержат значения температуры. Более предпочтительно измеренные данные представляют собой серию значений температуры. Наиболее предпочтительно измеренные данные представляют собой наклон функции, описывающей серию значений температуры.
Преимущественно продолжительность четвертого периода уменьшается при повышении значений температуры, полученных в течение периода времени до момента t4.
На стадии (f) способа в соответствии с настоящим изобретением передний наконечник убирают со скоростью v5 в положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом после момента t5; т.е. передний наконечник перемещается назад к положению p1.
Отведение на стадии (f) может привести или может не привести к тому, что передний наконечник будет располагаться в положении p1.
Предпочтительно v5 находится в диапазоне 2–4 м/с, более предпочтительно в диапазоне 2,5–3,5 м/с.
На стадии (g) способа в соответствии с настоящим изобретением информацию о температуре ванны с расплавленным металлом получают в течение периода времени от t2 до t5.
В настоящем документе термин «получение информации о температуре» используется для описания стадии, приводящей к определению значения температуры. Она может включать измерение одной точки данных или измерение более чем одной точки данных; т.е. измерение серии точек данных.
Предпочтительно получение информации о температуре включает измерение серии точек данных.
Определенная температура может представлять собой среднее значение по серии точек данных. В дополнительном варианте осуществления полученная температура может быть обеспечена на основе применения алгоритма обработки серии точек данных.
Предпочтительно, чтобы информация о температуре была получена в течение периода времени от t3 до t5.
Может быть преимущественным, чтобы начало периода измерения составляло t3 + (t4-t3)/2 или наступало позже.
Может быть преимущественным, чтобы конец периода измерения составлял t4 + (t5-t4)/2 или наступал раньше.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из скоростей v1, v2 или v3 выбирают на основе характеристик кабеля с оптоволоконной сердцевиной, в частности на основе толщины стенки трубки, материала соединений, конкретной конструкции или их комбинации.
Термин «конкретная конструкция» относится, например, к выбранной комбинации вариантов осуществления, относящихся к вышеупомянутому кабелю с оптоволоконной сердцевиной; т.е. помимо прочего, к выбору слоев и материалов.
В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из скоростей v1, v2 или v3 выбирают способом, включающим
(i) обеспечение наборов данных, связывающих ожидаемые температуры ванны с расплавленным металлом со скоростями v1, v2 или v3;
(ii) обеспечение ожидаемого значения температуры ванны с расплавленным металлом;
(iii) выбор из обеспеченных наборов данных по меньшей мере одной из скоростей v1, v2 или v3 в соответствии с ожидаемым значением температуры.
Под ожидаемой температурой можно понимать температуру, которая не была измерена или не была определена, т.е. температуру, которая, например, получена на основе эмпирических данных. Такие эмпирические данные могут представлять собой характеристики ванны с расплавленным металлом или рабочие параметры процесса производства металла, такие как энергия, обеспечиваемая для процесса плавки, или продолжительность процесса. Характеристики ванны с расплавленным металлом включают физические свойства ванны с расплавленным металлом, например загруженную массу расплавленного металла или композиции металла.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из продолжительностей первого, второго, третьего или четвертого периода времени выбирают на основе характеристик кабеля с оптоволоконной сердцевиной, в частности на основе толщины стенки трубки, материала соединений, конкретной конструкции или их комбинации.
В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из продолжительностей первого, второго, третьего или четвертого периода времени выбирают способом, включающим
(i) обеспечение наборов данных, связывающих ожидаемые температуры ванны с расплавленным металлом с продолжительностями первого, второго, третьего и четвертого периодов времени;
(ii) обеспечение ожидаемого значения температуры ванны с расплавленным металлом;
(iii) выбор из обеспеченных наборов данных по меньшей мере одной из продолжительностей для первого, второго, третьего и четвертого периодов времени, соответствующих ожидаемому значению температуры.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из глубин i1, i2 или i3 погружения выбирают на основе характеристик кабеля с оптоволоконной сердцевиной, в частности на основе толщины стенки трубки, материала соединений, конкретной конструкции или их комбинации.
В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одну из глубин i1, i2 или i3 погружения выбирают способом, включающим
(i) обеспечение наборов данных, связывающих ожидаемые температуры ванны с расплавленным металлом с глубинами i1, i2 или i3 погружения;
(ii) обеспечение ожидаемого значения температуры ванны с расплавленным металлом;
(iii) выбор из предоставленных наборов данных по меньшей мере одной из глубин i1, i2 или i3 погружения, соответствующих ожидаемому значению температуры.
Предпочтительно способ может дополнительно включать стадию (a1), в которой определяют уровень поверхности ванны с расплавленным металлом.
Специалисту в данной области известно множество способов для определения уровня ванны с расплавленным металлом. Такие способы включают, например, определение загруженной массы сырьевого материала в сочетании с известной плотностью расплавленного материала и конструкцией резервуара, контактные измерения, такие как использование погружной фурмы или контактных датчиков, бесконтактные определения, которые могут осуществляться на основе радиолокационных или микроволновых технологий, а также непрямые способы, такие как измерение давления внутри резервуара.
Предпочтительно стадию (a1) осуществляют перед стадией (a).
Настоящее изобретение также относится к системе для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительные варианты осуществления, относящиеся к обладающему признаками изобретения способу, относятся к предпочтительным вариантам осуществления, приведенным выше.
Предпочтительно система содержит вышеупомянутое устройство, содержащее кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор.
В одном варианте осуществления система может содержать средство подачи. В контексте настоящего изобретения под средством подачи может пониматься средство, которое обеспечивает подачу кабеля с оптоволоконной сердцевиной в ванну с расплавленным металлом. Такое средство может быть выбрано из группы, состоящей из системы подачи, элемента управления подачей, устройства выпрямления и направляющей трубки.
В одном варианте осуществления система также содержит средства регулирования. Средства регулирования выполнены с возможностью управления устройством для осуществления описанного выше способа. Средства регулирования могут содержать аппаратную часть, блок памяти и блок обработки.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления система может дополнительно содержать катушку, которая вмещает в себя длину кабеля с оптоволоконной сердцевиной.
Идея, лежащая в основе изобретения, будет более подробно описана ниже в отношении вариантов осуществления, представленных на фигурах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается показанными точными схемами и устройствами. В настоящем документе предложено следующее.
На фиг. 1 представлены схематические виды в поперечном сечении различных конструкций кабелей с оптоволоконной сердцевиной.
На фиг. 2 представлен схематический вид примера системы для измерения температуры ванны с расплавленным металлом.
На фиг. 3 представлен график зависимости положения от времени для переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 представлено положение переднего наконечника в репрезентативном резервуаре на различных стадиях обладающего признаками изобретения способа.
На фиг. 1 представлены схематические виды в поперечном сечении различных конструкций кабелей с оптоволоконной сердцевиной в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1A показан кабель 1’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’, окруженное металлической трубкой 3’.
На фиг. 1B показан кабель 1’’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’’, окруженное металлической трубкой 3’’. Вторая металлическая трубка 4’’ дополнительно окружает металлическую трубку 3’’. Пустое пространство между двумя металлическими трубками 5’’ не заполнено твердым материалом; т.е. пустое пространство может содержать газ или газовую смесь.
На фиг. 1C представлен кабель 1’’’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’’’, окруженное металлической трубкой 3’’’ и второй металлической трубкой 4’’’. Пустое пространство между двумя металлическими трубками 5’’’ заполнено материалом наполнителя, например волокнами из органического материала или стекла Е.
На фиг. 2 представлен схематический вид примера системы 6 для определения значения температуры ванны 7 с расплавленным металлом.
Система 6 содержит кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной, который расположен по меньшей мере частично на катушке 8 и по меньшей мере частично смотан с катушки 8 для проведения измерения. Один конец кабеля 9 с оптоволоконной сердцевиной соединен с детектором 10, который в свою очередь может быть соединен с компьютерной системой (не показана) для обработки данных, полученных с помощью устройства 6. Ванна 7 с расплавленным металлом содержится в резервуаре 11, который может представлять собой электродуговую печь, разливочный ковш, промежуточный ковш или любую емкость, известную специалистам в области обработки расплавленного металла. Кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной подают с помощью системы 12 подачи через направляющую трубку 13 в резервуар 11, имеющий точку 14 ввода. Показанная конфигурация используется в качестве примера, наличие свода с соответствующей точкой ввода не является обязательным условием для реализации настоящего изобретения.
Показанная конфигурация иллюстрирует пример положения измерения кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник 15 которого погружен ниже поверхности ванны MBS с расплавленным металлом. Угол погружения кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной относительно поверхности ванны MBS с расплавленным металлом в представленном варианте осуществления составляет 90°. Однако этот угол может изменяться в зависимости от конструктивных особенностей оборудования на металлургическом предприятии.
Температура части кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной, проходящего от катушки до точки ввода резервуара 14, может считаться низкой и может находиться в диапазоне, например, от комнатной температуры до 100°C. После прохождения точки 14 ввода в направлении относительно ванны 7 с расплавленным металлом сначала на пути встречается горячая атмосфера с температурой до 1700°C или даже выше, за которой следует слой 17 шлака, за которым в свою очередь следует ванна 7 с расплавленным металлом. Слой 17 шлака может быть жидким, преимущественно жидким или пенистым. Точка 14 ввода в резервуар может быть оснащена продувочной фурмой 18 для предотвращения проникновения металла и шлака в направляющую трубку 13.
Чтобы реализовать способ настоящего изобретения в различных обстоятельствах, может быть преимущественным иметь по меньшей мере элементарные знания о конструкции резервуара и содержащемся в нем расплавленном металле. Можно примерно оценить оптимальный уровень поверхности ванны MBS с расплавленным металлом для каждого металлургического резервуара по его конструкции и режиму работы. На практике фактический уровень поверхности не является фиксированным значением из-за изменений контура стенки резервуара в результате эрозии или чрезмерного образования настылей или наростов на поверхности огнеупорной кладки и/или операций, осуществляемых при наклоненном резервуаре. Известно множество способов определения уровня поверхности ванны MBS с расплавленным металлом. Например, можно погрузить мерную рейку из положения над поверхностью ванны с известной опорной точкой и дать ей сгореть до поверхности расплавленного металла. Расстояние между оставшейся частью рейки и опорной точкой позволяет вычислить уровень поверхности расплавленного металла MBS. Положение поверхности MBS также можно определить посредством измерения электропроводности с помощью приемлемого зонда. Эту операцию также можно выполнить in situ, это означает, что в качестве зонда электропроводности выступает проводящая часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Такие измерения известны в данной области и не ограничивают применение настоящего изобретения.
Чтобы определить значение температуры, кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной подают передним наконечником на погружаемом конце 15 в направлении к ванне 7 с расплавленным металлом на требуемую глубину погружения. Приемлемая система 12 подачи будет точно контролировать скорость подачи кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной.
После выполнения последовательности измерения часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная в ванну 19 с расплавленным металлом, расплавится и, таким образом, будет израсходована. Длина этой части обозначена LC.
После определения температуры часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, расположенную в горячей атмосфере и проходящую через слой 20 шлака, можно отвести назад в направлении катушки 8 и можно повторно использовать для следующего измерения.
На фиг. 3 и фиг. 4 способ настоящего изобретения показан более подробно. В частности, на фиг. 3 показано перемещение переднего наконечника во время реализации примера схемы подачи. По оси x откладывается время, в то время как по оси y откладывается положение переднего наконечника. Для ориентации также указаны положение поверхности ванны MBS с расплавленным металлом, а также скорости подачи в различные периоды времени. Для ясности ускорение и замедление не учитываются. Характеристики плавления и расстекловывания кабеля с оптоволоконной сердцевиной зависят от количества тепла, передаваемого из среды, которое непосредственно связано со скоростью подачи переднего наконечника.
На первой стадии передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в положении p1. Затем кабель с оптоволоконной сердцевиной подают с высокой скоростью (v1) и, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, в направлении к ванне с расплавленным металлом для погружения переднего наконечника на определенную глубину i1 погружения (положение p2). Испытания показали, что i1 может предпочтительно находиться в диапазоне нескольких сантиметров.
На следующей стадии скорость подачи уменьшается до v2. Продолжительность периода времени подачи с указанной второй скоростью может быть выбрана таким образом, что наружная металлическая трубка кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная в ванну с расплавленным металлом, не успеет расплавиться.
После этого скорость подачи увеличивают до скорости v3, а передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной подают в самое глубокое положение p4 в ванне с расплавленным металлом на глубине i3 погружения. Поскольку v3 больше v2, передний наконечник может успеть достичь в ванне с расплавленным металлом достаточной глубины погружения, на которой обеспечиваются однородные условия.
После достижения самого глубокого положения p4 подачу предпочтительно приостанавливают, как указано на представленной схеме; т.е. переходят к стационарной фазе. В альтернативном варианте осуществления при определенных обстоятельствах преимущественной может являться медленная подача. Для ясности процесс плавления и разложения и итоговое перемещение вновь формируемого переднего наконечника не показаны на фиг. 3.
Измерение температуры осуществляют в течение периода времени измерения, также указанного на фигуре. В представленном предпочтительном варианте осуществления этот период времени перекрывается с третьим периодом времени, в течение которого кабель с оптоволоконной сердцевиной подают со скоростью v3, и со стационарной фазой. Значения температуры, полученные на более ранних фазах подачи, часто могут не отражать общую температуру в ванне с расплавленным металлом. Кроме того, можно избежать сбора данных, полученных посредством поврежденного переднего наконечника.
Наконец, кабель с оптоволоконной сердцевиной убирают со скоростью v5 из ванны с расплавленным металлом назад в положение над поверхностью.
На фиг. 4 представлен кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной и положение его переднего наконечника 15 в репрезентативном резервуаре 11 на различных стадиях примера осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением относительно ванны 7 с расплавленным металлом, ее поверхности MBS и слоя 17 шлака.
Перед началом последовательности измерения передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной может быть расположен снаружи от горячей среды в металлургической емкости, т.е. резервуаре, в котором содержится ванна с расплавленным металлом. В частности, в тех случаях, когда ранее уже проводили какие-либо измерения, часть погружаемого конца, содержащая передний наконечник 15, уже может быть повреждена. Было отмечено, что в таких случаях эта часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной не может обеспечивать надежные измерения. Чем больше было время пребывания в ходе предыдущей последовательности измерения в зонах с повышенными тепловыми нагрузками, тем больше повреждений можно наблюдать. Применение способа в соответствии с настоящим изобретением сводит такое повреждение к минимуму.
На фиг. 4A представлен передний наконечник 15 кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной в положении p1. Это положение может находиться внутри металлургического резервуара и вблизи точки ввода; т.е. поблизости от точки, в которой кабель с оптоволоконной сердцевиной вводят в резервуар.
В соответствии одним с предпочтительным вариантом осуществления кабель с оптоволоконной сердцевиной далее подают в ванну 7 с расплавленным металлом для погружения переднего наконечника на определенную глубину i1 погружения, соответствующую положению p2, как показано на фиг. 4B. Соответственно, с этого момента времени передний наконечник кабеля 15 с оптоволоконной сердцевиной может находиться в контакте с ванной 7 с расплавленным металлом. В зависимости от особенностей оборудования на металлургическом предприятии первая глубина i1 погружения может быть меньше, если уровень ванны считается стабильным. В случае нестабильных уровней ванны эта глубина может быть увеличена. Стабильность уровня ванны зависит от различных обстоятельств и может зависеть от выбора оператора или внешних воздействий, таких как качество лома.
После последующей фазы подачи передний наконечник оказывается в положении p2, как показано на фиг. 4C. На этой фазе потенциально поврежденную часть можно предварительно нагреть в среде расплавленного металла. Неповрежденная часть кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной по-прежнему может располагаться в зоне с меньшими тепловыми нагрузками над поверхностью ванны с расплавленным металлом, и оптическое волокно может быть защищено от воздействия температуры его наружной оболочкой.
После этого передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной подают в самое глубокое положение p4 в ванне с расплавленным металлом на глубину i3 погружения в соответствии с конфигурацией, представленной на фиг. 4D. В результате предварительного нагрева на второй фазе подачи наружная металлическая трубка во время этой третьей фазы подачи может начать расплавляться, что приведет к образованию нового переднего наконечника 15* из неповрежденной части кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Поскольку скорость v3 подачи на этой фазе выше, чем скорость v2 подачи на предыдущей фазе, передний наконечник 15 может успеть достичь в ванне с расплавленным металлом достаточной глубины погружения, на которой обеспечиваются однородные условия. Самая большая глубина i3 погружения в положении p4 в ванне с жидким металлом должна быть больше, чем длина температурного градиента в ванне, а также предпочтительно, чтобы она была больше типичной толщины слоя шлака. В случае, если это условие будет выполнено, вновь образованный передний наконечник 15* кабеля с оптоволоконной сердцевиной будет подвергаться воздействию тепла от слоя 17 шлака только в течение ограниченного периода времени.
На фиг. 4E представлено положение вновь образованного переднего наконечника 15* после стационарной или почти стационарной фазы четвертого периода времени; т.е. фазы, на которой передний наконечник активно не перемещают или подают с низкой скоростью. Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной был израсходован до поверхности ванны с расплавленным металлом. Время, необходимое для полного израсходования погруженной части кабеля с оптоволоконной сердцевиной до поверхности ванны с расплавленным металлом, зависит от температуры расплавленного металла и характеристик кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Поскольку ожидается, что расходование кабеля с оптоволоконной сердцевиной будет увеличиваться с повышением температуры ванны с расплавленным металлом, при повышении ожидаемой температуры ванны с расплавленным металлом, т.е. ожидаемой температуры на момент перед выполнением последовательности измерения или температуры, измеренной на более ранней фазе последовательности измерения, продолжительность этой стационарной или почти стационарной фазы может уменьшаться. Указанные характеристики кабеля с оптоволоконной сердцевиной, влияющие на характеристики его плавления или расходования, включают в себя конструкцию этого кабеля и материалы, из которых он изготовлен. Например, металлическая трубка с большей толщиной стенки расплавляется медленнее, чем металлическая трубка того же материала, но с меньшей толщиной стенки. Выбранный материал также определяет точные характеристики плавления, особенно определяющим параметром является температура плавления. Кроме того, на характеристики плавления может влиять линейная плотность, являющаяся результатом комбинации конструкции и выбранных материалов. По указанным причинам может быть преимущественным скорректировать параметры схемы подачи в соответствии со свойствами используемого кабеля с оптоволоконной сердцевиной.
Наконец, кабель с оптоволоконной сердцевиной убирают из ванны с расплавленным металлом назад в положение, в котором передний наконечник 15* находится над поверхностью (фиг. 4F).
Как видно из приведенного выше пояснения, часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная в ванну с расплавленным металлом, расходуется во время последовательности измерения в соответствии с настоящим изобретением. Часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, которая подвергается воздействию среды внутри резервуара, содержащего расплавленный металл, может быть повреждена и больше не является приемлемой для последующих измерений.
Ниже будут приведены иллюстративные условия в соответствии с обладающим признаками изобретения способом.
Пример
В конфигурации в соответствии с фиг. 2 в системе подачи, установленной в электродуговой печи, используют кабель с оптоволоконной сердцевиной, имеющий линейную плотность 46 г/м, содержащий волокна с плавно изменяющимся показателем преломления, с диаметром сердцевины 50 мкм и трубкой из нержавеющей стали с наружным диаметром 1,3 мм, заключенной в трубку из нержавеющей стали с наружным диаметром 6 мм и толщиной стенки 0,3 мм.
После достижения определенного общего энергопотребления системы электродуговой печи или путем ручного ввода передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной располагают на расстоянии 120 см над поверхностью ванны с расплавленным металлом. Первую фазу подачи со скоростью 3 м/с инициируют на время 0,45 с. Затем скорость подачи замедляют до 0,2 м/с. При ожидаемой температуре ванны с расплавленным металлом 1600°C такую подачу осуществляют в течение 0,4 с. По окончании этой фазы медленной подачи поврежденная часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в состоянии, близком к состоянию плавления, тогда как участок кабеля с сердцевиной, расположенный в слое шлака, находится в предварительно нагретом состоянии. На третьей фазе скорость подачи снова увеличивают до 2,3 м/с так, чтобы привести передний наконечник в положение на 0,5 м ниже поверхности ванны с расплавленным металлом. После достижения этой наименьшей глубины погружения подачу приостанавливают на 0,15 с. Измерение требуемых данных для измерения температуры осуществляют во время третьей фазы быстрой подачи и стационарной фазы. Посредством детектора получают множество точек данных, отражающих температуру. Также возможны другие интервалы и продолжительности измерений, но в данном интервале можно обеспечить достаточное и наиболее точное определение температуры.
Наконец, кабель с оптоволоконной сердцевиной убирают назад со скоростью 3 м/с так, чтобы вновь образованный передний наконечник располагался над поверхностью ванны с расплавленным металлом. По отношению к общей длине кабеля с оптоволоконной сердцевиной положение переднего наконечника сместилось в направлении конца, соединенного с детектором, на длину, израсходованную во время реализации схемы измерения, в описанном примере она составляет 0,5 м. При необходимости эту последовательность измерения можно повторить.
Список номеров позиций
| 1, 1‘, 1‘‘, 1‘‘‘ | Кабель с оптоволоконной сердцевиной |
| 2, 2‘, 2‘‘, 2‘‘‘ | Оптическое волокно |
| 3‘, 3‘‘, 3‘‘‘ | Металлическая трубка |
| 4‘‘, 4‘‘‘ | Вторая металлическая трубка |
| 5‘‘, 5‘‘‘ | Пустое пространство между металлическими трубками |
| 6 | Система |
| 7 | Ванна с расплавленным металлом |
| 8 | Катушка |
| 9 | Противоположный конец (конец кабеля с сердцевиной, соединенный с детектором) |
| 10 | Детектор |
| 11 | Резервуар; металлургическая емкость |
| 12 | Система подачи |
| 13 | Направляющая трубка |
| 14 | Точка ввода |
| 15, 15* | Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной |
| MBS | Поверхность ванны с расплавленным металлом |
| 17 | Слой шлака |
| 18 | Продувочная фурма |
| 19 | Часть кабеля с сердцевиной, погруженная в ванну с расплавленным металлом |
| 20 | Часть кабеля с сердцевиной, подвергающаяся воздействию горячей атмосферы и шлака |
| p1-p5 | Положение переднего наконечника во время последовательности измерения |
| v1-v5 | Скорости переднего наконечника во время последовательности измерения |
| i1-i4 | Глубина погружения наконечника во время последовательности измерения |
Claims (35)
1. Способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью устройства, содержащего кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор, включающий
(a) обеспечение кабеля с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник которого находится в положении p1 над поверхностью ванны с расплавленным металлом;
(b) подачу переднего наконечника в направлении к ванне с расплавленным металлом из положения p1 со скоростью v1 в течение первого периода времени от t1 до t2 в положение p2 на глубину i1 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(c) подачу переднего наконечника со скоростью v2 в течение второго периода времени от t2 до t3 до положения p3 на глубину i2 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(d) подачу переднего наконечника со скоростью v3 в течение третьего периода времени от t3 до t4 до положения p4 на глубину i3 погружения ниже поверхности ванны с расплавленным металлом;
(e) приостановку подачи переднего наконечника или подачу переднего наконечника со скоростью v4, и то и другое - в течение четвертого периода времени от t4 до t5;
(f) отведение переднего наконечника со скоростью v5 в положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом после момента t5 времени,
(g) получение информации о температуре ванны с расплавленным металлом в течение периода времени от t2 до t5,
причем глубина и скорости погружения соотносятся следующим образом
(i) i2 > i1,
(ii) i3 > i2,
(iii) v1 > v2,
(iv) v2 < v3 и
(v) v4 < v1, или v2, или v3.
2. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расплавленный металл представляет собой расплавленную сталь.
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором кабель с оптоволоконной сердцевиной окружен в боковом направлении по меньшей мере одной дополнительной металлической трубкой.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором линейная плотность кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в диапазоне 25-80 г/м.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором продолжительность четвертого периода времени от t4 до t5 выбирают способом, включающим
(i) обеспечение набора данных, связывающих измеренные данные ванны с расплавленным металлом со значениями продолжительности;
(ii) получение измерения в период времени до момента t4;
(iii) выбор из обеспеченного набора данных продолжительности четвертого периода времени в соответствии с измеренными данными, полученными в течение периода времени до момента t4.
6. Способ по предшествующему пункту, в котором измеренные данные представляют собой значения температуры.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, подаваемая ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, расходуется до момента t5.
8. Способ по предшествующему пункту, в котором измерение температуры осуществляют в течение периода времени измерения от t3 до t5.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором начало периода времени измерения составляет t3 + (t4 - t3) / 2 или наступает позже.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором конец периода времени измерения составляет t4 + (t5 - t4) / 2 или наступает раньше.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно из значений продолжительности первого, второго, третьего или четвертого периодов времени выбирают на основе характеристик кабеля с оптоволоконной сердцевиной.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одну из скоростей v1, v2 или v3 выбирают способом, включающим
(i) обеспечение наборов данных, связывающих ожидаемые температуры ванны с расплавленным металлом со скоростями v1, v2 или v3;
(ii) обеспечение ожидаемого значения температуры ванны с расплавленным металлом;
(iii) выбор из обеспеченных наборов данных по меньшей мере одной из скоростей в соответствии с ожидаемым значением температуры.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий
(a1) определение уровня поверхности ванны с расплавленным металлом.
14. Система определения значения температуры ванны с расплавленным металлом для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов.
15. Система по п. 14, которая содержит средство подачи.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20211284.3 | 2020-12-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813101C1 true RU2813101C1 (ru) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10185698A (ja) * | 1995-11-15 | 1998-07-14 | Toyota Motor Corp | 光ファイバを用いた溶融金属の温度測定方法ならびにその装置および光ファイバの突き出し量制御方法 |
| RU2416785C2 (ru) * | 2006-05-19 | 2011-04-20 | Хераеус Электро-Ните Интернациональ Н.В. | Способ и устройство для измерения температуры ванны расплавленного металла |
| EP2799824A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-11-05 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Method and apparatus for measuring the temperature of a molten metal |
| WO2016026530A1 (en) * | 2014-08-21 | 2016-02-25 | Abb Technology Ltd | A system and a method for determining temperature of a metal melt in an electric arc furnace |
| JP2018151371A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-09-27 | ヘレーウス エレクトロ−ナイト インターナシヨナル エヌ ヴイＨｅｒａｅｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｎｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎ．Ｖ． | 溶湯浴の温度の測定方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10185698A (ja) * | 1995-11-15 | 1998-07-14 | Toyota Motor Corp | 光ファイバを用いた溶融金属の温度測定方法ならびにその装置および光ファイバの突き出し量制御方法 |
| RU2416785C2 (ru) * | 2006-05-19 | 2011-04-20 | Хераеус Электро-Ните Интернациональ Н.В. | Способ и устройство для измерения температуры ванны расплавленного металла |
| EP2799824A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-11-05 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Method and apparatus for measuring the temperature of a molten metal |
| WO2016026530A1 (en) * | 2014-08-21 | 2016-02-25 | Abb Technology Ltd | A system and a method for determining temperature of a metal melt in an electric arc furnace |
| JP2018151371A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-09-27 | ヘレーウス エレクトロ−ナイト インターナシヨナル エヌ ヴイＨｅｒａｅｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｎｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎ．Ｖ． | 溶湯浴の温度の測定方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101679115B1 (ko) | 용융 금속의 온도를 측정하는 방법 및 장치 | |
| KR102267529B1 (ko) | 용융 금속 욕의 온도 측정 방법 | |
| JP6122902B2 (ja) | 溶融金属の温度を測定するための装置 | |
| US4843234A (en) | Consumable electrode length monitor based on optical time domain reflectometry | |
| CA2041777A1 (en) | Method of forming glass articles | |
| US20240027272A1 (en) | Method and system for determining a temperature value of a molten metal bath | |
| RU2813101C1 (ru) | Способ и система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом | |
| US4893895A (en) | An improved encased high temperature optical fiber | |
| US20240027273A1 (en) | Method and system for determining a series of temperature values of a molten metal bath | |
| RU2815186C1 (ru) | Способ и система для определения серии значений температуры ванны с расплавленным металлом | |
| RU2817528C1 (ru) | Способ и система для определения серии значений температуры ванны с расплавленным металлом | |
| JP4618555B2 (ja) | 連続鋳造における湯面制御方法及び湯面制御装置 | |
| EP4009021A1 (en) | Method and system for determining a series of temperature values of a molten metal bath | |
| RU2813452C1 (ru) | Способ и система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом | |
| KR100985492B1 (ko) | 용강의 연속측온장치 |