TW202415466A - 用於測量熔融金屬頂部熔渣層的位置與厚度之測量噴槍 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種測量噴槍(1)，用於以單個測量運行來測量在一大氣(4)及位於一熔融金屬(3)之頂部上的一熔渣層(2)之間的一空氣熔渣界面(2as)的位置(has)、及在該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)，該測量噴槍(1)包含： 一承載管(5)，沿著一軸線(X)在一近側端(5p)及位於該近側端(5p)下游的一遠側端(5d)之間延伸， 一測量單元(6)，係耦接到該承載管(5)的遠側端(5d)且構造成穿過該熔渣層(2)，該測量單元(6)包含： 一電路(7)，係構造成偵測該空氣熔渣界面(2as)， 一熔渣金屬界面偵測單元(8)，位於該遠側端(5d)的下游，至少包含第一及第二電測量端子(8ta、8tb)，且構造成測量該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的該熔渣金屬界面(2sm)之位置(hsm)處的第一材料特性的值，及 較佳地，一感測器單元(9)，包含第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)且構造成測量該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)的第二材料特性的值， 一蓋件(10)，係封閉該熔渣金屬界面偵測單元(8)及可選的該感測器單元(9)，且構造成將該熔渣金屬界面偵測單元(8)與一外部環境分離。

Description

用於測量熔融金屬頂部熔渣層的位置與厚度之測量噴槍

本發明係有關一種用於測量位於一熔融金屬之頂部上的一熔渣層的位置及厚度的測量噴槍。該測量噴槍係構造成用於以單個測量運行來測量在一大氣及該熔渣層之間的一空氣熔渣界面的位置、及在該熔渣層及該熔融金屬之間的一熔渣金屬界面的位置。該測量噴槍需要減少用於連接到外部電參數測量硬體的電氣端子之數量。除了現有的測量之外，此允許實行熔渣層的厚度的測量，且對分析裝置作最小的改變，該分析裝置係為連接到測量噴槍的外部電參數測量硬體。

金屬生產線通常包含多個用於保持及運輸熔融金屬的容器，諸如盛鋼桶、分鋼槽或熔爐。如圖20所示，盛鋼桶(21)可以用於從熔爐運輸熔融金屬且將其倒入至分鋼槽(22)中，從該處金屬熔體可以經由澆注噴嘴從分鋼槽出口澆鑄到模具(23)，或是用於連續地形成板坯、鋼坯、梁、薄板坯、及其他的工具。盛鋼桶(21)中的熔融金屬；分鋼槽(22)或甚至在模具(23)中的頂部係為經處理的金屬或礦石中的雜質(諸如氧化物或灰燼)形成的熔渣層(2)。

在容器中，熔渣層漂浮在熔融金屬上，形成將熔融金屬與大氣分開的連續層，藉此保護其免於被大氣氧化且減少熱損失。由於其允許決定包含在容器中的熔融金屬的量以防止熔渣被夾帶到模具(23)中，測量熔渣金屬界面的位置及熔渣層的厚度是至關重要的。熔渣的組成物已知會影響熔融金屬的組成物。例如，熔渣可以有助於熔鋼的脫氧。藉由將保持劑添加至熔渣中可以進一步促進脫氧。為了達到所需濃度而引入的保持劑的量係依據容器中的熔渣的體積而定，可以藉由精確測量來判定空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置。

控制容器中的熔渣的量對於評估容器中的熔融金屬的狀態也很重要的。例如，熔渣的量對於冶金學專家來說是一個重要資訊，用於估算添加到系統中的特殊滅活劑(例如鋁、矽、鈦等)的所需量，因為其中一部分被熔渣吸收，通常被高度氧化。

目前，通常使用專用測量噴槍來判定空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置，該測量噴槍包含測量頭，其構造成當噴槍經由熔渣及金屬熔體而浸入至容器中時，測量周圍材料的特定性質且偵測此特定性質的變化，它們的特定性質彼此不同且與周圍大氣不同。藉由記錄噴槍的位置，空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置藉由經由多個端子而電連接到測量頭的分析裝置來識別特定性質突然變化的位置而判定。分析裝置通常包含電壓計或電阻計。

用於測量空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置且因此測量位於熔融金屬之頂部上的熔渣層的厚度的測量噴槍，在此技藝中是已知的。

US7876095 B2敘述一種用於判定熔融金屬之頂部上的熔渣層的至少一個界面的設備。該設備包含承載管及測量頭，該測量頭係配置在承載管一端且構造成穿過熔渣層，其中該測量頭的柄體係固定在該承載管中，且具有背向該承載管的端面。包含振盪器的電路係配置在測量頭的柄體之內部，且感應線圈係連接到振盪器且配置在測量頭的柄體之外部、在其端面的前面。穿過承載管的訊號線允許具有振盪器的電路與外部分析裝置(例如電腦)連接。感應線圈可以被固定在測量頭的柄體上的保護套所封閉，且藉此保護它免受熔渣的影響。耦接到振盪器的感應線圈允許偵測在從熔渣到導電熔融金屬的過渡時周圍材料的特性之變化。有利地，浴觸點係配置在測量頭的柄體之外部、在其端面的前面。由於一旦浴觸點接觸到熔渣就會發生短路(在正常情況下，熔渣本身通常接地)，此浴觸點允許附加地判定熔渣層與其上方的空氣層之間的界面。浴觸點經由穿過承載管的訊號線而連接到分析裝置。藉此可以判定熔渣的上界面及下界面，且因此可以計算熔渣層的厚度。附加感測器可以配置在測量頭上，諸如熱電偶、電化學或光學感測器，使得進一步的測量可以同時執行。附加感測器可以經由穿過承載管的其他訊號線而連接到分析裝置。

WO2012/171658 A1敘述一種用於測量包含在鑄錠模具中的液態金屬之表面上的熔渣之厚度的裝置。該裝置包含： 由導電材料製成且能夠在熔渣溫度下在熱的作用下被消除的導線，該導線包含用於浸入至熔渣中的自由端， 用於供給導線的手段，能夠使導線位移，使得其自由端根據預定軌跡而垂直地浸入至熔渣中， 測量手段，當導線在供給手段之作用下位移時，能夠測量導線的自由端在兩個預定事件之間的時間間隔之期間行進的距離， 用於控制該供給手段的手段，該控制手段包含能夠偵測自由端與液態金屬的表面之間的接觸的偵測手段。

該裝置使得能夠將導線自動地浸入至熔渣中，直到其到達包含在鑄錠模具中的液態金屬之表面，將其以足夠使導線部分地浸沒在熔渣中的預定持續時間保持在適當位置，以在熱之作用下被消除，接著第二次浸入至熔渣中，直至其到達液態金屬表面。借助於測量手段，計算在最後一次浸入之期間展開的導線之長度。此長度對應於浸沒在熔渣中的導線在熱之作用下已經被消除的部分，且因此對應於熔渣的厚度。

EP330264敘述一種使用偵測器來測量在冶金容器中位於熔渣流體層下方的熔融金屬浴之表面的液位(亦即，熔渣/金屬界面)的方法，該偵測器移動穿過熔渣層且進入到金屬浴中且接著抽出。所使用的偵測器包含氧濃度感測器，其發出訊號以允許識別熔融金屬及熔渣之間的邊界的位置。來自偵測器的訊號偏好在將偵測器從金屬浴抽出時監控，且當偵測器穿過熔渣/金屬界面從熔融金屬進入至熔渣中時，使用所測量的氧濃度的增加作為該邊界的指示。

偵測器係浸入至熔融金屬浴中，其中氧濃度感測器係暴露於金屬熔體且測量金屬熔體的氧濃度。接著將偵測器從熔融金屬浴拉出，直到氧濃度感測器到達熔渣金屬界面且偵測到氧濃度感測器的突然變化，因此識別熔渣金屬界面的位置。偵測器繼續移出容器，直到氧濃度感測器已經到達且穿過空氣熔渣界面。當此測量噴槍能夠準確地偵測熔渣金屬界面的位置時，然而，由於以下原因，不能準確地偵測空氣熔渣界面的位置。當它行進穿過熔渣而離開容器時，氧探針被熔渣材料覆蓋及污染，由於在氧探針被驅出熔渣且處於周圍空氣之後至少在一段時間內，氧探針繼續測量附著其表面的熔渣的氧含量，此會危及空氣熔渣界面的位置的測量。

為了確保工業所需的高金屬部件品質，需要監控流經容器的熔融熔體的多個參數。如果不能使用相同感測器來測量裝置的兩個不同參數，則在分析裝置處的可用端子數量相對應地增加。例如，如果相同的分析裝置係連接到用於測量熔渣厚度的第一感測器(如上所述)及用於測量熔渣及/或金屬熔體的溫度的第二感測器，則兩組兩個端子將需要測量來自兩個感測器(亦即4個端子)的電壓或電流。如果使用第三感測器，則分析裝置應設置有三組兩個端子，亦即6個端子。此意謂著每次將超過一種感測器類型連接到新分析裝置上時，其需要具有相對應數量的端子。

因此，仍然需要一種測量噴槍，其適合於以單個運行來精確地測量空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置，且需要對其所連接的分析裝置作最小的改變。尤其，除了已經存在的測量(例如但不限於溫度)之外，測量噴槍也應當適合於執行空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置的測量，而不需要用於連接到現有分析裝置的增加的電氣端子。本發明提出此種測量噴槍。這些優點及其他優點將在以下部分中詳細地敘述。

所附的獨立項定義本發明。附屬項定義較佳實施例。

本發明係有關一種測量噴槍，用於以單個測量運行來測量在一大氣及位於一熔融金屬之頂部上的一熔渣層之間的一空氣熔渣界面的位置(has)、及在該熔渣層及該熔融金屬之間的一熔渣金屬界面的位置，該測量噴槍包含： 一承載管，沿著一軸線(X)在一近側端及位於該近側端下游的一遠側端之間延伸， 一測量單元，係耦接到該承載管的遠側端且構造成穿過該熔渣層，該測量單元包含： 一電路，係構造成偵測該空氣熔渣界面， 一熔渣金屬界面偵測單元，位於該遠側端的下游，至少包含第一及第二電測量端子，且構造成測量該熔渣層及該熔融金屬之間的該熔渣金屬界面之位置處的第一材料特性的值，及 較佳地，一感測器單元，包含第一及第二電感測器端子且構造成測量該熔渣層及該熔融金屬的第二材料特性的值， 一蓋件，係封閉該熔渣金屬界面偵測單元及可選的該感測器單元，構造成將該熔渣金屬界面偵測單元與一外部環境分離， 其中：該電路包含第一導電元件，其包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第一電測量端子及/或該第一電感測器端子(9ta)，且該第二端係配置在該蓋件的外部，較佳地在該蓋件的下游，且其中： 該電路包含一熱熔斷器，位於該第一導電元件的第一端及第二端之間，且構造成在該第一導電元件接觸該空氣熔渣界面之後熱熔斷以使該電路開路， 其中用語「下游」係定義為沿著該軸線(X)在從該近側端延伸到該遠側端的方向上。

較佳地，該測量噴槍包含為一熱電偶的該感測器單元，其中該第一及第二電感測器端子係構造成電連接到一分析裝置，其中該分析裝置較佳地為一電壓測量裝置。

該熔渣金屬界面偵測單元可以具有以下偵測器組態中的任一者。 在根據本發明之測量噴槍的氧組態中，該熔渣金屬界面偵測單元包含：用於測量氧濃度的一氧探針，其包含連接到該第一電測量端子的一氧電池及連接到該第二電測量端子的一參考電極，且該蓋件係構造成在暴露於一預定溫度值持續一預定的暴露時間時劣化，以將該氧探針暴露於周圍環境，且該熱熔斷器較佳地構造成最遲在一旦該蓋件劣化則熱熔斷。 在感應組態中，該熔渣金屬界面偵測單元包含用於偵測周圍環境的磁導率變化的一感應線圈。

該電路也可以具有以下電組態中的任一者，其可以以任何方式與前述偵測器組態中的任一者組合。

在根據本發明之測量噴槍的電路的感測器組態中： 該第一導電元件的第一端係導電地耦接到該第一電測量端子且其第二端係導電地耦接到一接觸感測器， 該電路包含第二導電元件，其包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第二電測量端子，且該第二端係導電地耦接到該接觸感測器。

該接觸感測器可以擇自下述： 開關組態，包含一機械開關，被偏置在一打開位置且構造成在施加一機械力時移動到一關閉位置，該機械力係對應於該機械開關與該空氣熔渣界面接觸時所產生的力，以導電地連接該第一及第二導電元件，其中該熱熔斷器係構造成一旦該開關處於該關閉位置則熱熔斷，或是 壓電組態，其中一壓電偵測器係構造成在施加一機械力時產生一電流，該機械力係對應於該壓電偵測器與該空氣熔渣界面接觸時所產生的力，其中該熱熔斷器係構造成在該壓電偵測器產生該電流之後熱熔斷。

在電路的接地組態中，電路僅包含第一導電元件。熔渣及第二電測端子係為接地。

在包含感測器單元(例如熱電偶)的噴槍的電路的感測器組態的一個較佳實施例中， 該第一導電元件的第一端係導電地耦接到該第一電感測器端子且其第二端係導電地耦接到一接觸感測器， 該第二導電元件包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第二電感測器端子，且該第二端係導電地耦接到該接觸感測器。

在一個較佳實施例中，該蓋件的一外表面的一部分係為導電的且包含在該第一導電元件中或可選地包含在該第二導電元件中。

例如，該電路的開關組態中的該機械開關較佳地包含： 第二構件，屬於該第二導電元件且牢固地附接到該蓋件，及 第一構件，屬於該第一導電元件且與該第二構件非導電地分離，且經由一彈性構件附接到該蓋件，其中該彈性構件被偏置以將該第一構件與該第二構件分離，且在施加該機械力時變形，以導電地連接該第一及第二構件。

在包含感測器單元的測量噴槍且其中電路具有感測器組態的一個較佳實施例中， 該第一導電元件的第一端係電耦接到該氧探針的氧電池及該第一電感測器端子，或是 該第二導電元件係連接到該氧探針的參考電極及該第二電感測器端子。

本發明也有關一種方法，用於在一冶金容器中判定在一大氣及位於一熔融金屬之頂部上的一熔渣層之間的一空氣熔渣界面的位置、及在該熔渣層及該熔融金屬之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置，該方法包含： 將如前述請求項中任一項之測量噴槍定位在該空氣熔渣界面的上方，其中該第一導電元件的第二端係定位在最靠近該空氣熔渣界面， 沿著實質垂直於該空氣熔渣界面的一垂直軸線(Z)開始測量該測量噴槍的一垂直位置， 利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)開始測量該第一材料特性的值， 開始測量該第一導電元件的一電特性， 沿著平行於該垂直軸線(Z)的至少一個垂直分量，朝向該空氣熔渣界面向下地平移該測量噴槍， 當偵測到該第一導電元件的電特性之梯度時，表明該第一導電元件的第二端已經接觸該空氣熔渣界面，記錄該測量噴槍的垂直位置作為該空氣熔渣界面的位置(has)， 沿著該垂直分量向下地繼續平移該測量噴槍足夠地遠，以確保該測量單元係位於該熔融金屬中，超出該熔渣金屬界面， 允許該熱熔斷器熔斷且因此將該第一導電元件的第一端與第二端導電地分離， 利用該熔渣金屬界面偵測單元來測量該第一材料特性的值，且將該測量單元保持在該熔融金屬(3)中，直到該第一材料特性的測量值變得實質固定， 沿著該垂直分量朝向該熔渣金屬界面向上地平移該熔渣金屬界面偵測單元， 當偵測到利用該熔渣金屬界面偵測單元所測量之該第一材料特性的值的急劇梯度時，記錄該測量噴槍的垂直位置作為該熔渣金屬界面的位置， 沿著該垂直分量向上地繼續平移該測量噴槍，直到其完全地處於大氣中。

在根據本發明之方法的一個較佳實施例中，其中該熔渣金屬界面偵測單元係為如上述定義之用於測量氧濃度的一氧探針，其中該測量噴槍包含： 一感測器單元，係由一熱電偶組成，用於測量一周圍環境的溫度的值，及 一智慧手段，根據該熱電偶所測量的溫度的功能來修正由該氧探針所測量的該氧濃度。

如圖13所示，本發明係有關一種測量噴槍(1)，用於以單個測量運行在一方面測量在一大氣(4)及位於一熔融金屬(3)之頂部上的一熔渣層(2)之間的一空氣熔渣界面(2as)的位置(has)，且在另一方面測量在該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)。如圖1及2所示，該測量噴槍(1)包含一承載管(5)，其沿著一軸線(X)在一近側端(5p)及位於該近側端(5p)下游的一遠側端(5d)之間延伸，其中此處使用用語「下游」係相對於當測量噴槍浸入至容器中、穿過熔渣且接著進入至金屬熔體中時的移動方向。例如，該承載管(5)可以是桿或長形的中空管。如圖1及2所示，該測量噴槍(1)包含一測量單元(6)，其耦接到該承載管(5)的遠側端(5d)且構造成穿過該熔渣層(2)。該測量單元(6)包含： 一電路(7)，係構造成偵測該空氣熔渣界面(2as)， 一熔渣金屬界面偵測單元(8)，位於該承載管(5)的遠側端(5d)的下游，且至少包含第一電測量端子(8ta)及第二電測量端子(8tb)，該熔渣金屬界面偵測單元(8)係構造成測量該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的該熔渣金屬界面(2sm)之位置(hsm)處的第一材料特性的值，及 一蓋件(10)，係封閉該熔渣金屬界面偵測單元(8)，且構造成將該熔渣金屬界面偵測單元(8)與該蓋件(10)以外的外部環境分離。

如圖13所示，冶金裝置係設置有用於以受控速率沿著垂直軸線(Z)在兩個方向上驅動測量噴槍的手段，使得在任何時候，測量噴槍沿著垂直軸線(Z)的位置能被認識且記錄。

如圖3及4所示，測量單元(6)較佳地包含具有第一電感測器端子(9ta)及第二電感測器端子(9tb)的感測器單元(9)，該感測器單元(9)係構造成測量熔渣層(2)及熔融金屬(3)的第二材料特性的值。感測器單元(9)較佳地但不是必要地封閉在蓋件(10)中，以將感測器單元(9)與外部環境分離。

如圖1~12所示，該測量噴槍(1)的特徵在於，該電路(7)包含第一導電元件(11)，其包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到第一電測量端子(8ta)及/或第一電感測器端子(9ta)，且該第二端係配置在該蓋件(10)外部，且較佳地配置在其下游，其中本發明中的用語「下游」係定義為沿著軸線(X)在從該近側端(5p)延伸到該遠側端(5d)的方向上。第一導電元件(11)的第二端較佳地界定測量噴槍的遠側端，亦即，當測量噴槍沿著垂直軸線(Z)穿過熔渣層被驅動至容器中及進入至熔融金屬中時，首先接觸空氣熔渣界面的端部。

該測量噴槍(1)的特徵也在於，該電路(7)包含一熱熔斷器(13)，位於該第一導電元件(11)的第一端及第二端之間且構造成當該第一導電元件(11)接觸該空氣熔渣界面(2as)之後熱熔斷，以使該電路(7)開路。 電路 (7)

電路(7)係專用地構造成判定空氣熔渣界面(2as)的位置。電路(7)的原理係為只要其完全地處於大氣(4)中則處於第一電組態，且一旦接觸空氣熔渣界面(2as)則移動到第二電組態。提出幾個實施例。

在圖1、3、6、9及10中所示的第一組態(=「接地組態」)中，第一導電元件(11)僅耦接到測量單元(6)。如上所述，第一導電元件(11)包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到第一電測量端子(8ta)及/或第一電感測器端子(9ta)，該第二端係配置在蓋件(10)的外部、且在該測量單元中沿著軸線(X)的定義位置處。第二端較佳地係位於蓋件(10)的下游，使得當測量噴槍浸入至容器中時，第二端為測量噴槍中接觸空氣熔渣界面的第一組件。此為有利的，由於當第二端與空氣熔渣界面之間發生接觸時，空氣熔渣界面不會受到測量噴槍穿透熔渣層的干擾。熔渣係電氣接地。如在圖6及10中所示，當第一導電元件(11)的第二端接觸電氣接地的熔渣層(2)時，整個電路(7)係電氣接地且短路。當發生此情況時，分析裝置(16)測量到零電壓差或電流，其指示空氣熔渣界面(2as)的位置。此實施例可以實行於其中熔渣係為導電的冶金裝置，雖然情況並非總是如此，但此是經常發生的。

在圖2、4、5、7、8、11、12中所示的第二組態(=「感測器組態」)中，第一導電元件(11)的第一端係導電地耦接到第一電測量端子(8ta)及/或第一電感測器端子(9ta)，且其第二端係導電地耦接到接觸感測器(14)。該電路(7)包含第二導電元件(12)，其包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到第二電測量端子(8tb)及/或第二電感測器端子(9tb)，且該第二端係導電地耦接到該接觸感測器(14)。無論熔渣是否導電，都可以實行此實施例。

如圖2、4、7、8、11、12所示，接觸感測器(14)較佳地係為機械開關(14s)(=「開關組態」)，其被偏置在打開位置且構造成一旦其接觸空氣熔渣界面(2as)且因此當機械力施加在其上時，則移動到關閉位置。電路(7)因此關閉，因為當第一導電元件(11)導電地連接到第二導電元件(12)時使電路(7)短路。當發生此情況時，分析裝置(16)測量到零電壓或電流，其指示空氣熔渣界面(2as)的位置。

替代性地，如圖5所示，接觸感測器(14)可以是壓電偵測器(14p)(=「壓電組態」)，其構造成當施加機械力時產生電流，該機械力係相對應於壓電偵測器(14p)與空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力。當發生此情況時，分析裝置(16)測量到不同的電壓或電流，其指示空氣熔渣界面(2as)的位置。

如圖21(先前技術)所示，第一導電元件(11)及可選的第二導電元件(12)可以形成獨立於電測量及感測器端子的電路(7)。但此會增加連接到分析裝置(16)的電氣端子的數量。將電路(7)加入至測量噴槍的此種看似簡單的修改則是需要提供配備有更多連接端子的新分析裝置(16)。根據本發明，第一導電元件(11)及可選的第二導電元件(12)係耦接到熔渣金屬界面偵測單元(8)的第一及第二電測量端子(8ta、8tb)中之任一者、可選地任意兩者，或是感測器單元(9)的第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)中之任一者、可選地任意兩者，使得不需要新的連接端子以將電路(7)耦接到分析裝置。因此，相同的分析裝置(16)可以與根據先前技術之沒有電路(7)的測量噴槍以及配備有根據本發明之電路(7)的測量噴槍一起使用。

一旦第一導電元件(11)的第二端或一旦接觸感測器(14)接觸空氣熔渣界面(2as)，則電路(7)移動到第二電組態，其係為接地組態及開關組態的短路，且也是壓電組態的應力電壓。在電路(7)獨立於熔渣金屬界面偵測單元(8)或感測器單元(9)之情況下，此將是不重要的。然而，如上所述，為了減少連接到分析裝置的電氣端子的數量，第一導電元件(11)及可選的第二導電元件(12)係耦接到熔渣金屬界面偵測單元(8)的第一及第二電測量端子(8ta、8tb)中之任一者或兩者、及感測器單元(9)的第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)中之任一者或兩者。此具有以下效應：分析裝置(16)測量受到電路(7)的第二電組態強烈地影響的電訊號。尤其是此情況： 當第二電組態係為短路且分析裝置(16)可以測量到零電壓或電流時，以及 當接觸感測器(14)係為壓電偵測器(14p)時，由於將機械力施加到壓電偵測器(14p)時所產生的電流隨著壓電偵測器(14p)的浸入深度及經由它行進的介質(亦即熔渣層及金屬熔體)的密度而變化。

在此種條件下，熔渣金屬界面偵測單元(8)及/或感測器單元(9)根本不能或至少不能以足夠的精確度來測量任何參數。因此，一旦電路完成其識別空氣熔渣界面(2as)之位置的功能，則需要「中和」電路，使得從那時刻起，熔渣金屬界面偵測單元(8)及感測器單元(9)處於它們可以再次測量相對應參數的組態中。「中和」電路在此處係意謂著修改電路(7)，使得其不再影響由分析裝置(16)所測量在第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間的電壓差或是在第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)之間的電壓差。

為了「中和」電路(7)處於第二電組態時的效應，本發明提出使電路開路。在除了壓電偵測器(14p)之外的所有實施例中，此對應於第一電組態。一旦電路開路，熔渣金屬界面偵測單元(8)及感測器單元(9)可以再次測量為它們設計的參數。為了使電路(7)開路，熱熔斷器(13)位於第一導電元件(11)的第一端及第二端之間。熱熔斷器係構造成在第一導電元件(11)接觸空氣熔渣界面(2as)之後，藉由暴露於高溫而熱熔斷以使電路(7)開路。 熱熔斷器 (13)

熱熔斷器(13)係構造成在第一導電元件(11)接觸空氣熔渣界面(2as)之後熱熔斷以使電路(7)開路。較佳地，測量單元(6)係構造成使得一旦熱熔斷器(13)已經熔斷且測量單元(6)與熔融金屬(3)接觸，則電路(7)保持永久開路。

必須控制各種參數以確定在第一導電元件(11)已經接觸熔渣層(2)之後熱熔斷器沿著垂直軸線(Z)熔斷的時間及位置。重要的是，在如上所述的電路(7)判定空氣熔渣界面(2as)的位置之前，熱熔斷器不會熔斷。當噴槍被驅出容器時，熱熔斷器必須在熔渣金屬界面偵測單元(8)到達熔渣金屬界面(2sm)之前熔斷。這兩個事件定義熱熔斷器熔斷的時間窗口。時間窗口可以容易地轉換成相對應的位置窗口。位置窗口在下述時係定義在測量噴槍的位置之間： 當接觸感測器(14)或第一導電元件(11)的第二端接觸空氣熔渣界面(2as)時，及 當熔渣金屬界面偵測單元(8)位於下游且處於熔渣金屬界面(2sm)的液位處，亦即當測量噴槍被驅出容器時，位於金屬熔體(3)中。

熱熔斷器在其達到預定熔斷溫度時將會熔斷。因此，熱熔斷器將熔斷的時刻及位置係依據所使用的熱熔斷器的類型而定。它也依據圍繞它的外部環境的溫度而定，包括熔渣層及熔融金屬溫度。最後，它依據從外部環境到熱熔斷器的傳熱速率而定。如果熱熔斷器係封閉在殼體中，則此可能會發生很大變化，依據殼體的隔離特性而減低傳熱速率。

熱熔斷器(13)可以位於測量單元(6)的凹部中或測量單元(6)的外表面上。較佳地，熱熔斷器(13)完全地一體化或結合在殼體中，該殼體係附接到測量單元(6)或形成測量單元(6)的整體部分，且其壁係由在殼體的內部及外部之間形成的隔熱材料來製成。壁材料可以是例如紙板或耐火材料。壁材料係構造成熱屏蔽熱熔斷器(13)以免受熔渣層及熔融金屬的高溫。當穿過熔渣層(2)或熔融金屬(3)使測量單元(6)下降，由從熔渣層(2)或熔融金屬(3)傳送到熔斷器(13)的熱導致熔斷器(13)之溫度上升，可因此被殼體壁的隔熱效應延遲。對於給定類型的熱熔斷器，在預定溫度下熔斷，設計者可以調整屏蔽熔斷器(13)的壁材料的類型及厚度，以確保熱熔斷器將達到預定溫度且在如上述定義的時間窗口或位置窗口內熔斷，亦即，當測量噴槍被驅出容器時在偵測到空氣熔渣界面的時刻與熔渣金屬界面偵測單元(8)到達熔渣金屬界面(2sm)的時刻之間。

測量噴槍的位移速率必須對應外部環境及熱熔斷器之間的熱交換速率，以確保熱熔斷器在時間窗口及位置窗口內熔斷。另外，如果由於熱熔斷器處於熔渣層或金屬熔體中而導致殼體被破壞，則熱熔斷器的溫度幾乎會立即地上升且熔斷。因此位置窗口也可以由殼體的劣化溫度來決定。技術人員可以容易地最佳化這些參數，亦即熱交換速率、位移速率及殼體劣化溫度，以確保熱熔斷器在時間窗口及位置窗口內達到預定熔斷溫度。

較佳地，熱熔斷器(13)係構造成當達到包含在100°C及比熔渣層(2)或熔融金屬(3)的最高溫度低5°C的溫度之間的溫度時熱熔斷，且較佳為高於150°C。熱熔斷器較佳地封閉在將其與外部環境隔熱的殼體中，以減低外部環境及熱熔斷器之間的熱交換速率。 電氣端子 (8ta 、 8tb 、 9ta 、 9tb)

如圖1~4所示，第一及第二電測量端子(8ta、8tb)係構造成將熔渣金屬界面偵測單元(8)電連接到分析裝置(16)。此連接較佳地經由熔渣金屬界面偵測單元導線延伸，該導線穿過承載管(5)且較佳地在其中的近側端及遠側端(5p、5d)之間沿著中空承載管(5)的腔體全部延伸。熔渣金屬界面偵測單元有兩條導線。分析裝置(16)係構造成測量或偵測第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間的一個或以上的電參數，其中該一個或以上的電參數較佳地係選自電壓大小、電流大小、電阻及短路之間。由分析裝置(16)所測量在第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間的電參數，對於本發明用於判定熔渣金屬界面(2sm)的位置是有用的。

如圖3~4所示，第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)係構造成將感測器單元(9)電連接到第二分析裝置(16)。在圖3及4中，第一及第二分析裝置(16)係表示為單個裝置。此係為一個較佳實施例。在其他附圖中，第一分析裝置及第二分析裝置係分開地表示，以在討論中區分第一及第二分析裝置從電感測器端子(9ta、9tb)到電測量端子(8ta、8tb)的連接。

此連接較佳地經由感測器單元導線延伸，該導線穿過承載管(5)且較佳地在其中的近側端及遠側端(5p、5d)之間沿著中空承載管(5)的腔體全部延伸。感測器單元有兩條導線。第二分析裝置(16)係構造成測量或偵測第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)之間代表熔渣及金屬熔體的特性(諸如溫度)的一個或以上的電參數。該一個或以上的電參數較佳地係選自電壓大小、電流大小、電阻及短路之間。第一及第二分析裝置可以是分開的或是屬於相同的分析裝置，如圖3及4所示。

如圖5~6所示，當測量噴槍包含感測器單元(9)時，較佳的是，熔渣金屬界面偵測單元(8)及感測器單元(9)共用用於連接第一及第二分析裝置的至少一條導線，以減少連接到分析裝置(16)及連接到所有單元的導線的數量。例如，第一或第二電測量端子(8ta、8tb)中之一者可以與第一或第二電感測器端子(9ta、9tb)中之一者電連接且共用相同的電位。 感測器單元 (9)

如圖7所示，測量噴槍(1)的感測器單元(9)較佳地係為熱電偶(15)，且由感測器單元(9)所測量的第二材料特性係為溫度。第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)係構造成電連接到第二分析裝置(16)，其構造成測量至少包含第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)之間的電壓或電流的電參數。較佳地，分析裝置(16)係構造成基於在第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)之間測量的電訊號(例如，電壓)來計算溫度的數值，例如以攝氏度或開爾文度為單位。較佳地，分析裝置(16)係構造成將溫度的數值顯示給使用者。

較佳地，蓋件(10)封閉熱電偶(15)且構造成成當蓋件(10)暴露於預定溫度持續預定的暴露時間時劣化以將熱電偶(15)暴露於測量頭(6)的周圍環境，使得熱電偶(15)可以接觸且測量周圍環境中的溫度，該周圍環境係例如大氣(4)、熔融金屬(3)或熔渣(2)。

熱電偶(15)可以是金屬熱電偶或陶瓷熱電偶。感測器單元(9)也可以包含或者是熱敏電阻，且由感測器單元(9)測量的第二材料特性係為溫度，且第二分析裝置(16)較佳地係構造成測量至少包含電阻的電參數。 氧探針 (8o)

除了測量熔渣層(2)及熔融金屬(3)中的氧濃度(確保鑄件之品質的關鍵特性)之外，由於如上所述空氣熔渣界面的位置係由電路(7)偵測，根據本發明之熔渣金屬界面偵測單元(8)的專用功能在於偵測熔渣金屬界面(2sm)的位置。在根據本發明之測量噴槍(1)的一個較佳實施例中，熔渣金屬界面偵測單元(8)包含用於測量氧濃度的氧探針(8o)。如圖7~8所示，氧探針(8o)包含連接到第一電測量端子(8ta)的氧電池(8c)，較佳地為氧化鋯電池，以及連接到第二電測量端子(8tb)的參考電極(8r)。封閉氧探針(8o)的蓋件(10)係構造成在暴露於預定溫度持續預定的暴露時間時劣化以將氧探針(8o)暴露於測量頭(6)的周圍環境。用於劣化蓋件(10)的預定溫度較佳地在1350℃及1500℃之間，較佳地在1400℃及1450℃之間，且用於劣化蓋件(10)的預定暴露時間較佳地在1.0至3.0秒之間、在1.5至2.0秒之間。如以下所說明的，蓋件(10)係設計及尺寸化使得在其到達熔渣層(2)下游的熔融金屬(3)之前不會劣化，以在將測量噴槍驅出容器時，在氧探針接觸熔渣層(2)之前首先將氧探針(8o)暴露於熔融金屬。當氧探針(8o)暴露於熔融金屬(3)時，它可以開始測量熔融金屬中的氧濃度。可以將測量噴槍驅出容器，且當氧探針(8o)到達熔渣金屬界面(2sm)時，它將測量因此測量到的氧濃度的突然變化。當測量噴槍繼續移出容器時，氧探針(8o)穿過其表面附著有雜質的熔渣層，直到它到達空氣熔渣界面(2as)，理論上它應該在此處測量因此測量到的氧濃度的第二次的突然變化，如配備有氧探針(8o)的先前技術測量噴槍。然而，由於附著在其表面上的雜質，氧探針(8o)被污染且不能立即地測量氧濃度的變化。本發明相對於先前技術測量噴槍的優點在於，空氣熔渣界面(2as)的位置不依賴於氧探針(8o)，由於前述原因氧探針(8o)是不可靠的，但是如上所述已經用電路(7)很精確地判定。

如圖14及15所示，在包含氧探針(8o)的測量噴槍(1)中，熱熔斷器(13)可以構造成熱熔斷， 在蓋件(10)劣化以將氧探針(8o)及可選的感測器單元(9)暴露於周圍環境之前(參見圖14(a)及14(b))，或是 僅在蓋件(10)劣化之後。由於此必須在蓋件浸沒在熔融金屬時發生，重要的是，熱熔斷器之後快速地熔斷以使電路(7)開路，使得分析單元可以開始測量氧濃度。 感應線圈 (8i)

作為氧探針(8o)的替代例，測量噴槍(1)的熔渣金屬界面偵測單元(8)可以包含感應線圈(8i)，用於偵測周圍環境的磁導率之變化，如圖9~10所示。封閉感應線圈(8i)的蓋件(10)係構造成將感應線圈(8i)與蓋件(10)外部的外部環境分開，且在測量操作期間在暴露於熔融金屬(3)及熔渣(2)的溫度時必須不劣化，且在穿過熔渣層(2)時不劣化。 包含接觸感測器 (14) 的電路 (7)

在一個實施例中，電路(7)包含第一及第二導電元件(11、12)以及接觸感測器(14)。如圖2、4、5、7、8、11及12所示，感測器(14)係耦接到第一及第二導電元件(11、12)的第二端。為了使連接到分析裝置(16)的電氣端子的總數量保持為與沒有電路(7)的先前技術測量噴槍相同，第一及第二導電元件(11、12)可以根據以下實施例的任意一種組合而導電地耦接， 第一導電元件(11)的第一端係導電地耦接， 耦接到第一電測量端子(8ta)(參見圖1)，或 耦接到第一電感測器端子(9ta)(參見圖4)， 以及 第二導電元件(12)的第一端係導電地耦接， 耦接到第二電測量端子(8tb)(參見圖1)，或 耦接到第二電感測器端子(9tb)(參見圖4)。

當然，僅當測量噴槍包含感測器單元(9)時，第一及第二導電元件(11、12)中之任一者的第一端與第一或第二電感測器端子(9ta、9tb)的連接才是可行的。在沒有感測器單元(9)之情況下，第一及第二導電元件(11、12)的第一端必須分別連接到第一及第二電測量端子(8ta、8tb)。

接觸感測器(14)較佳地位於蓋件(10)的下游。較佳地，接觸感測器(14)係為測量噴槍(1)的最下游部分。以此方式，當噴槍浸入至容器中時，感測器係為測量噴槍接觸且破壞空氣熔渣界面的第一組件，與如果感測器在測量噴槍的另一部分已經接觸且破壞界面之後到達空氣熔渣界面相比，允許更準確的測量。

在一個實施例中，接觸感測器(14)係為偏置在打開位置的機械開關(14s)，其中第一及第二導電元件(11、12)非導電地分離，亦即分離且沒有電接觸。機械開關(14s)係構造成在施加機械力時移動到關閉位置，該機械力係對應於機械開關(14s)與空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力，以導電地連接第一及第二導電元件(11、12)。熱熔斷器(13)係構造成在機械開關(14s)從打開位置移動到關閉位置時或之後熱熔斷。

第一及第二導電元件(11、12)可以各自彼此獨立地由導電電纜或導線形成，或者由測量單元的任何組件的導電部分來形成。例如，如圖11及12所示，第二導電元件(12)可以是蓋件(10)的一部分，諸如由導電材料製成的導電條，或者整個蓋件(10)可以是導電的，且因此形成第二導電元件(12)。蓋件或其導電條必須電耦接到第二電測量端子(8tb)或第二電感測器端子(9tb)。在這些組態中，機械開關(14s)可以包含， 第一構件(14a)，係導電地連接或形成第一導電元件(11)的第二端的整體部分，以及 第二構件(14b)，係牢固地附接或是形成蓋件(10)或其導電條的整體部分。

第一構件(14a)係與第二構件(14b)彈性地分離。彈性可以經由第一導電元件(11)的彈性特性或者藉由諸如彈簧的彈性構件(17)來實現，如圖11及12所示，彈簧可以(非導電地)附接到蓋件(10)。如圖11及12所示，彈性構件(17)被偏置以將第一構件(14a)與第二構件(14b)自然地分離，且構造成在施加機械力時變形，該機械力係對應於機械開關(14s)與空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力，以導電地連接第一及第二構件(14a、14b)。換句話說，彈性構件(17)係自然地偏置以用於定位第一及第二構件(14a、14b)，使得第一及第二構件(14a、14b)之間不存在電接觸，且構造成在施加機械力時變形，以允許第一及第二構件(14a、14b)之間發生電接觸，因此產生被分析裝置(16)立即地識別的短路。

作為機械開關(14s)的替代例，接觸感測器(14)可以是壓電偵測器(14p)，其構造成在施加機械力時產生電流，該機械力係對應於壓電偵測器(14p)與空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力。熱熔斷器(13)係構造成壓電偵測器(14p)產生電流時或之後熱熔斷。

在包含接觸感測器(14)及感測器單元(9)的測量噴槍(1)的實施例中，如圖8、11及12所示，較佳的是，第一導電元件(11)的第一端係電連接到第一電測量端子(8ta)及第一電感測器端子(9ta)。替代性地，第二導電元件(12)係電連接到第二電測量端子(8tb)及第二電感測器端子(9tb)(未顯示)。 具有單個第一導電元件 (11) 的電路 (7)

替代性地，如圖1、3、6、9、10所示，電路(7)不包含第二導電元件(12)且不包含接觸感測器(14)。第一導電元件(11)中配置在蓋件(10)的外部且較佳地在其下游的第二端係包含指向下游的電接觸尖端。較佳地，電接觸尖端係為測量單元(6)的最下游部分。如圖1所示，如果第一導電元件(11)的第一端係電連接到第一電測量端子(8ta)，則第二電測量端子(8tb)係連接到地電位。在此實施例中，必須導電的熔渣層係電接地至與第二電測量端子(8tb)相同的地。如圖3所示，如果第一導電元件(11)的第一端係電連接到第一電感測器端子(9ta)，則第二電感測器端子(9tb)係連接到地電位。

由於熔渣層(2)及第二電測量端子(8tb)或第二電感測器端子(9tb)都接地到相同的地，一旦第一導電元件(11)的第二端的電接觸尖端接觸空氣熔渣界面(2as)，第一導電元件(11)也接地且短路。分析裝置可以偵測到第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間沒有電位差，其指示空氣熔渣界面(2as)的位置。 蓋件 (10)

當測量噴槍浸入至容器中時，蓋件(10)保護熔渣金屬界面偵測單元(8)及可選地感測器單元(9)免於與熔渣層(2)及熔融金屬(3)接觸。如果熔渣金屬界面偵測單元(8)包含感應線圈(8i)，則蓋件(10)在測量操作的整個持續期間必須抵抗以封閉熔渣金屬界面偵測單元(8)且保護其不與熔渣及金屬接觸。如果熔渣金屬界面偵測單元(8)包含必須與測量其O ₂濃度的介質接觸的氧探針(8o)，則蓋件必須不能在其浸入至熔渣金屬界面(2sm)下游的熔融金屬(3)中之前劣化。一旦進入熔融金屬，蓋件(10)較佳地快速劣化以縮短測量操作。重要的是，當蓋件(10)仍在熔渣層(2)中時它不會劣化，由於氧探針(8o)將暴露於熔渣且雜質將附著在其表面且污染測量。蓋件(10)可以構造成藉由與熔渣接觸而化學地劣化。然而，當蓋件(10)被驅動穿過熔渣層(2)且進入至熔融金屬(3)中時較佳地被熱劣化，以將氧探針(8o)暴露於熔融金屬(3)。

依據氧探針(8o)或感應線圈(8i)的要求以及熔渣層及熔融金屬的溫度而定，蓋件(10)可以由金屬、紙板或其組合來製成。在一個實施例中，蓋件(10)的外表面(10s)的一部分係為導電的且包含在第一或第二導電元件(11、12)中之一者中，較佳地在第二導電元件(12)中。較佳地，蓋件(10)係構造成與熔鋼一起使用且可以由具有1520℃與1540℃之間的熔點的鋼來製成。 方法

本發明也有關一種方法，用於在一冶金容器中判定在一大氣(4)及位於一熔融金屬(3)之頂部上的一熔渣層(2)之間的空氣熔渣界面(2as)的位置(has)、及在該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)。該方法包含： 將根據本發明之測量噴槍(1)完全地定位在該空氣熔渣界面(2as)上方的大氣(4)中且具有測量單元(6)，且較佳地該第一導電元件(11)的第二端係定位成最靠近該空氣熔渣界面(2as)， 沿著實質垂直於該空氣熔渣界面(2as)的一垂直軸線(Z)開始測量且較佳地記錄該測量噴槍(1)的垂直位置， 利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)開始測量且較佳地記錄第一材料特性的值， 開始測量該第一導電元件(11)的電特性，且較佳地偵測該第一導電元件(11)與地電位之間的短路， 沿著平行於該垂直軸線(Z)的至少一個垂直分量且向下地平移該測量噴槍(1)，亦即朝向該空氣熔渣界面(2as)， 當偵測到該第一導電元件(11)的電特性之梯度時，表明該第一導電元件(11)的第二端已經接觸該空氣熔渣界面(2as)，記錄該測量噴槍(1)的垂直位置作為該空氣熔渣界面(2as)的位置(has)， 沿著至少該垂直分量向下地繼續平移該測量噴槍(1)，直至到達該熔渣金屬界面(2sm)且使該測量單元(6)與該熔融金屬(3)接觸， 允許該熱熔斷器(13)熔斷且因此將該第一導電元件(11)的第一端與第二端導電地分離及電隔離， 利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)來測量該第一材料特性的值，且將該測量單元(6)保持在該熔融金屬(3)中，直到該第一材料特性的測量值變得實質固定(例如，直到該值變化不超過10%，較佳地不超過5%)，其代表該熔融金屬的第一材料特性的值， 沿著該垂直分量向上地亦即朝向該熔渣金屬界面(2sm)，平移該熔渣金屬界面偵測單元(8)，較佳地為該氧探針(8o) 當偵測到利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)所測量之該第一材料特性的值的急劇變化時，從代表熔融金屬的第一材料特性的值到代表熔渣的第一材料特性的值，記錄該測量噴槍(1)的垂直位置作為該熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)， 沿著該垂直分量向上地繼續平移該測量噴槍(1)，直到測量噴槍(1)完全地處於大氣(4)中。

較佳地，在根據本發明之方法中，該測量噴槍(1)的熔渣金屬界面偵測單元(8)係為用於測量氧濃度的氧探針(8o)。較佳的是，該測量噴槍(1)包含： 一感測器單元(9)，係由一熱電偶(15)組成，用於測量一周圍環境的溫度的值，及 較佳地，一智慧手段，根據該熱電偶(15)所測量的溫度的功能來修正由該氧探針(8o)所測量的該氧濃度。 操作原理 – 圖 14 及 15

圖13~15係顯示利用根據本發明之測量噴槍(1)來測量熔渣層(2)的位置及厚度的方法的各個階段。根據本發明之測量噴槍(1)係構造成以由下述一個循環所組成的單個測量運行來測量空氣熔渣界面(2as)的位置(has)及熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)： 沿著垂直軸線(Z)向下地驅動測量噴槍，測量單元從大氣(4)移動至容器中，穿過熔渣層(2)且到達熔融金屬(3)(參見圖13、圖14(a)及圖15(a)中的階段(A)、(B)至(E))，接著是 沿著垂直軸線(Z)向上地驅動測量噴槍，將測量單元從熔融金屬(3)移動出容器，穿過熔渣層(2)且到達大氣(4)(參見圖13、圖14(a)及圖15(a)中的階段(E)至(F))。

換句話說，測量單元(6)從熔渣層(2)上方的大氣(4)單次向下穿透到熔融金屬(3)，接著測量單元(6)從熔融金屬(3)單次向上抽出到大氣(4)，足以測量熔渣層(2)的厚度及位置。圖13係表示垂直定向的測量噴槍(1)，其中在承載管(5)的近側端(5p)及遠側端(5d)之間延伸的承載軸線(X)在整個測量循環之期間因此保持平行於分鋼槽(22)的垂直軸線(Z)。然而，在根據本發明之方法的其他實施方式中，測量噴槍(1)可以呈一角度傾斜，使得承載軸線(X)因此沿著傾斜軸線延伸，其不平行於冶金容器的垂直軸線Z。此種構造對於某些類型的冶金容器尤其有意義的，其中為了要進出液態金屬的表面，測量噴槍(1)可以或需要經由沿著非垂直軸線延伸的通道而插入至冶金容器中。此是EAF(電弧爐)的典型情況，其中測量噴槍通常需要經由熔渣門開口插入至液態金屬中，該開口係位於EAF的側壁上且沿著非垂直的熔渣門開口軸線延伸。因此，測量噴槍(1)穿過熔渣門開口的插入有利地在測量噴槍(1)傾斜至一傾斜角之情況下執行，使得承載軸線(X)係實質平行於熔渣門開口軸線。接著，在測量循環期間，測量噴槍(1)有利地係沿著熔渣門開口軸線驅入及驅出冶金容器。當執行測量噴槍(1)的此種傾斜平移時，根據本發明之方法仍然可以藉由僅記錄測量噴槍(1)在空氣熔渣界面(2as)及在熔渣金屬界面(2am)處的垂直位置來實施。替代性地，可以記錄測量噴槍(1)在空氣熔渣界面(2as)及熔渣金屬界面(2am)處沿著熔渣門開口軸線的傾斜位置。在此情況下，這些界面(2as、2am)的各自垂直位置可以藉由使用沿著熔渣門開口軸線的位置與其沿著垂直軸線的投影相關聯的適當的三角恆等式從它們的傾斜位置來判定。

圖14(a)、14(b)及圖15(a)、15(b)係顯示具有測量單元的各個階段，其特徵在於包含氧探針(8o)的熔渣金屬界面偵測單元(8)、及包含耦接到機械開關(14s)的第一及第二導電元件(11、12)的電路(7)。除非另有說明，關於圖14(a)、14(b)及圖15(a)、15(b)所示的實施例所作的討論一般適用於本發明，亦即適用於落入請求保護的本發明之範圍內的任何實施例。

圖14(a)中所示的實施例與圖15(a)中所示的實施例的不同之處在於： 在圖14(a)中，熱熔斷器(13)係構造成在蓋件(10)充分地劣化以將熔渣金屬界面偵測單元(8)暴露於熔融金屬(3)之前熔斷。此實施例被稱為第一實施例14(參考圖14)。 在圖15(a)中，熱熔斷器(13)係構造成在蓋件(10)充分地劣化以將熔渣金屬界面偵測單元(8)暴露於熔融金屬(3)之後熔斷。此實施例被稱為第二實施例15(參考圖15)。由於在熔渣金屬界面偵測單元(8)到達熔融金屬的液位之前蓋件(10)必須不劣化，為了減少測量操作時間，較佳的是，熱熔斷器(13)在蓋件劣化之後儘快地熔斷。

接下來，使用電路組態的以下命名法。 感測器組態=包含電路(7)的測量頭，該電路(7)包含耦接到接觸感測器(14)的第一及第二導電元件(11、12)。感測器組態可以是下述中之一者， 開關組態=包含電路(7)的測量頭，該電路(7)包含耦接到機械開關(14s)的第一及第二導電元件(11、12)。 壓電組態=包含電路(7)的測量頭，該電路(7)包含耦接到壓電偵測器(14p)的第一及第二導電元件(11、12)。 接地組態=包含電路(7)的測量頭，該電路(7)僅包含第一導電元件(11)，且熔渣及第二電測量端子(8tb)係接地。

使用熔渣金屬界面偵測單元組態的以下命名法。 氧組態=熔渣金屬界面偵測單元(8)包含氧探針(8o)。 感應組態=熔渣金屬界面偵測單元(8)包含感應線圈(8i)。

此外，如上述所定義，也使用以下命名法： 第一實施例 14=熱熔斷器在蓋件劣化之前熔斷，如圖14所示， 第二實施例 15=熱熔斷器在蓋件劣化之後熔斷，如圖15所示。

為了清楚起見，在以下的討論中確定下述條件。技術人員可以容易地歸納任何替代性組態。 第一導電元件(11)係導電地耦接到第一電測量端子(8ta)，且對於感測器組態，第二導電元件(12)係導電地耦接到第二電測量端子(8tb)。技術人員可以歸納為其中第一導電元件(11)及第二導電元件(12)中之任一者係耦接到第一電感測器端子(9ta)及第二電感測器端子(9tb)中之任一者的情況。 分析裝置(16)測量第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間的電壓差。關於操作原理的相同結論比照適用於分析裝置(16)測量諸如強度的另一個電參數的情況。 操作原理 (A)

在圖13、14(a)及15(a)中所示的測量過程的初始時間(A)，根據本發明之包括測量單元(6)的測量噴槍(1)被完全地定位在空氣熔渣界面(2as)上方的大氣(4)中。蓋件(10)係完好無損，且電路(7)處於第一電組態而熱熔斷器(13)未熔斷。在初始時間(A)，第一實施例14及第二實施例15是相同的。

用於感測器組態的感測器(14)及用於接地組態的第一導電元件(11)的第二端係較佳地定位成最靠近空氣熔渣界面(2as)，因為如果有測量噴槍的任何其他組件首先到達空氣熔渣界面，則當電路(7)到達它時，空氣熔渣界面可能會受到干擾及攪動，因此減低測量精確度。

測量且記錄測量噴槍(1)沿著垂直軸線(Z)的初始垂直位置。由於電路(7)係導電地耦接到第一及第二電測量端子(8ta、8tb)，由分析裝置(16)所測量的電訊號係依據由熔渣金屬界面偵測單元(8)所測量的值及電路(7)而定。在初始時間(A)，分析裝置(16)測量電壓差Vmes(A)，其值係依據熔渣金屬界面偵測單元(8)及電路(7)的第一電組態而定，如下述。

熔渣金屬界面偵測單元(8)測量以下特性， 氧組態：氧探針(8o)測量氧電池(8c)及參考電池(8r)之間的電壓差V8(A)，係代表將其封閉的蓋件(10)內的氧濃度。 感應組態：感應線圈(8i)測量蓋件(10)周圍的大氣(4)的磁導率。

電路(7)處於第一電組態。由分析裝置(16)所測量的電壓差Vmes(A)係依據電路(7)的組態而定。 開關組態：電路如圖16中所示係開路，使得分析裝置測量電壓差Vmes(A)=V8(A)≠0(V)，其中V8(A)係為在初始時間(A)時由熔渣金屬界面偵測單元8所測量的電壓差，其代表蓋件(10)中的氧濃度(參見圖14(b)及15(b)，在時間(A))。如果電路改為連接到第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)，則測量電壓Vmes(A)當然代表由感測器單元(9)所測量的參數，如果感測器單元係為熱電偶則例如為溫度。 壓電組態：壓電偵測器(14p)處於休止電壓(V14p0)。分析裝置測量電壓差，其為由熔渣金屬界面偵測單元(8)及休止電壓所測量的特性的函數，亦即，Vmes(A)=f(V8(A)，V14p0)≠0(V)。 接地組態：電路係開路，使得分析裝置測量由熔渣金屬界面偵測單元(8)所測量的特性。與開關組態類似，分析裝置測量電壓差Vmes(A)≠0(V)，其代表蓋件(10)中的氧濃度。 操作原理 (B)

接著，沿著平行於垂直軸線(Z)的垂直分量朝向空氣熔渣界面(2as)將測量噴槍(1)向下地平移，直到接觸感測器(14)或電路(7)的第一導電元件(11)的第二端在時間(B)接觸空氣熔渣界面(2as)，如圖13、圖14(a)及圖14(b)所示。在時間(B)，第一實施例14及第二實施例15是相同的。

熔渣金屬界面偵測單元(8)測量以下特性， 氧組態：如圖17所示，由於蓋件在時間(B)時仍然完好無損，熔渣金屬界面偵測單元(8)測量到與在初始時間(A)相同的電壓差，亦即電壓差V8(B)=V8(A)，其代表將其封閉的蓋件(10)內的氧濃度。 感應組態：感應線圈(8i)測量蓋件(10)周圍之介質的磁導率。如果接觸感測器(14)或電路(7)的第一導電元件(11)的第二端首先接觸空氣熔渣界面(2as)，則感應線圈(8i)仍然被大氣(4)包圍且如在初始時間(A)測量磁導率。另一方面，當電路(7)到達空氣熔渣界面(2as)時熔渣金屬界面偵測單元(8) 如果已經在熔渣層(2)中，則感應線圈(8i)測量熔渣層(2)的磁導率。

電路(7)從初始時間(A)的第一電組態改變到時間(B)的第二電組態。第一至第二電組態的變化係觸發由分析裝置(16)所測量電壓差的跳躍，ΔVmes=Vmes(B)–Vmes(A)，其立即地識別空氣熔渣界面(2as)沿著垂直軸線(Z)的位置。由分析裝置(16)所測量的電壓差Vmes(B)係依據電路(7)的組態而定。 開關組態：機械開關(14s)藉由將測量噴槍壓在空氣熔渣界面(2as)上而施加於其上的力而關閉。因此，電路關閉且短路，使得分析裝置測量到第一及第二電測量端子之間的零電壓，亦即Vmes(B)=0(V)，而不管由熔渣金屬界面偵測單元(8)在時間(B)所測量之電壓差V8(B)的值如何。(參見圖14(b)及15(b)，在時間(B))。如果電路改為連接到第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)，也會發生同樣的情況。 壓電組態：壓電偵測器(14p)處於應力電壓(V14p1)下。分析裝置測量電壓差，其為由熔渣金屬界面偵測單元(8)及應力電壓所測量的特性的函數，亦即，Vmes(B)=f(V8(B)，V14p1)≠Vmes(A)。 接地組態：當第一導電元件(11)的第二端接觸接地的空氣熔渣界面(2as)時，其也變為接地的。由於第二電測量端子(8tb)也是接地的，電路係短路，使得分析裝置可以測量到第一電測量端子及第二電測量端子之間的零電壓，亦即Vmes(B)=0(V)，而不管由熔渣金屬界面偵測單元(8)在時間(B)所測量之電壓差V8(B)的值如何。

在時間(B)，測量噴槍(1)以高精確度成功地測量空氣熔渣界面的位置。 操作原理 (C 、 D)

在空氣熔渣界面(2as)已經與測量單元(6)的電路(7)接觸之後，測量噴槍(1)沿著平行於垂直軸線(Z)的垂直分量繼續向下地移動，且包括蓋件(10)的測量單元(6)被驅動穿過熔渣層(2)且進入至熔融金屬(3)中，如圖13中的位置(E)及圖14(a)及15(a)中的位置(C)、(D)、(E)所示。例如，熔渣金屬界面偵測單元(8)移動穿過熔渣層(2)所需的時間，亦即從位置(A)或(B)到位置(C)、(D)或(E)所需的時間可以介於0.5至1秒之間。

電路(7)在接觸空氣熔渣界面(2as)時進入的第二電組態係允許準確地識別空氣熔渣界面(2as)的位置，但它也掩蓋對熔渣金屬界面偵測單元(8)的測量的任何合理讀取。事實上，第一及第二電測量端子(8ta、8tb)在開關組態及接地組態中都是短路的，且在壓電組態中由壓電偵測器所測量的應力電壓V14p1隨著經由它行進的介質的穿透深度及密度而變化，如上述參考時間(B)所說明的。

為了使分析裝置(16)對熔渣金屬界面偵測單元(8)所作的測量的合理讀取，電路(7)必須被中和。此是藉由熔斷熱熔斷器(13)以使電路開路來實現的。

由於氧探針(8o)必須與從其測量氧濃度的介質接觸，也必須移除或劣化蓋件以使分析裝置(16)對熔渣金屬界面偵測單元(8)所作的測量做合理讀取。此係在圖18中所示，其中熔斷器熔斷且蓋件劣化。由於感應線圈(8i)不需要與介質直接接觸來測量其磁導率，此對於感應組態來說不是必須的。

這兩個操作，亦即熔斷熱熔斷器以中和電路(7)，以及劣化蓋件以暴露氧探針(8o)，如在圖14(a)及15(a)中所示係分別在時間(C)及(D)執行。可以看出的是，這兩個操作的順序在分別討論的第一實施例14及第二實施例15之間係顛倒的。 操作原理 (C 、 D)– 第一實施例 14 ，順序 (C)–(D)

如圖14(a)所示，在第一實施例14中，在蓋件(10)在時間(D)劣化之前，熱熔斷器在時間(C)熔斷。 時間 (C)

與測量單元(6)接觸的熔渣層(2)及熔融金屬(3)的高溫係導致熱熔斷器(13)在時間(C)熱熔斷且使電路(7)開路。其結果是，第一導電元件(11)的第一端及第二端彼此電隔離，且不再有電流通過電路。由於電路(7)不再影響由分析裝置(16)所測量在第一及第二電測量端子(8ta、8tb)之間的電壓差Vmes(C)，電路(7)在該點被認為是中和的。

在時間(B)識別出空氣熔渣界面的位置之後，熱熔斷器(13)可以隨時熔斷。當測量噴槍在圖14(a)中的時間(F)向上驅動且驅出容器時，熱熔斷器(13)必須在熔渣金屬界面偵測單元(8)到達熔渣金屬界面(2sm)之前熔斷。

當測量單元與熔渣層(2)及/或熔融金屬(3)接觸時，熱熔斷器(13)隨著溫度上升且達到熔斷溫度而熔斷。如上所述，當測量頭穿過熔渣層(2)向下驅動且進入至熔融金屬(3)中時，熱熔斷器(13)在已經接觸空氣熔渣界面(2as)之後熔斷的時間及位置，可以藉由選擇熔斷器的類型、測量噴槍的向下平移速度以及經由封閉熱熔斷器(13)的殼體的熱交換速率來控制。

當熱熔斷器熔斷時，電路被中和，且分析裝置(16)可以測量由熔渣金屬界面偵測單元(8)所測量的電壓差V8(C)。此對於電路(7)的所有組態都是成立的。 氧組態：由於蓋件在時間(C)時仍然完好無損，熔渣金屬界面偵測單元(8)測量到與在時間(A)相同的電壓差，亦即電壓差V8(C)=V8(A)，其代表將其封閉的蓋件(10)內的氧濃度。因此，在電路中和之情況下，分析裝置測量電壓差，Vmes(C)=V8(C)=Vmes(A)，如在圖14(b)中在時間(C)所示。 感應組態：感應線圈(8i)測量蓋件(10)周圍之介質的磁導率。當電路被中和時，分析裝置(16)測量當感應線圈(8i)穿過熔渣層(2)向下行進且進入至熔融金屬(3)中時，代表感應線圈(8i)之周圍的介質的電壓差Vmes(C)。 時間 (D)

在第一實施例14的氧組態中，在熱熔斷器在時間(C)熔斷之後，蓋件在時間(D)劣化。由於蓋件(10)的功能係為保護氧探針(8o)免受與熔渣的任何接觸，以免可能會污染它，因而危及測量的準確度，測量頭(6)的蓋件(10)係構造成在蓋件(10)到達熔融金屬(3)之前不劣化。蓋件(10)可以構造成藉由與熔渣接觸而化學地劣化。然而，當蓋件(10)被驅動穿過熔渣層(2)且進入至熔融金屬(3)中時，蓋件(10)係較佳地熱劣化，以將氧探針(8o)暴露於熔融金屬(3)。

從時間(D)開始，分析裝置(16)測量代表熔融金屬(3)中的氧濃度的電壓差V8(D)。由於分析裝置(16)測量電壓差Vmes(D)=V8(D)，如在圖14(b)中在時間(D)所示，可以判定從時間(D)開始熔融金屬的氧濃度。

對於感應組態，由於感應線圈(8i)不需要與介質直接接觸來測量其磁導率，蓋件(10)不需要劣化，且較佳地在整個測量操作期間不劣化。在當感應線圈(8i)位於熔渣層(2)中時熱熔斷器(13)熔斷之情況下，則分析裝置(16)在時間(C)所測量的電壓差將代表熔渣的磁導率。當測量噴槍被向下驅動且感應線圈(8i)到達熔渣金屬界面(2sm)時，則分析裝置偵測到代表熔渣及熔融金屬之間的磁導率梯度的電壓差的急劇變化。此電壓差的急劇變化係識別熔渣金屬界面(2sm)的位置，且因此完成熔渣層(2)的位置及厚度的特徵化。

另一方面，如果熱熔斷器(13)僅在感應線圈(8i)到達熔融金屬(3)之後熔斷，則熔渣金屬界面(2sm)的位置仍將是未知的。 操作原理 (C,D)– 第二實施例 15 ，順序 (D)–(C)

如圖15(a)所示，在第二實施例15中，在熱熔斷器在時間(C)熔斷之前，蓋件(10)在時間(D)劣化。 時間 (D)

如上述所討論，由於感應組態不需要介質與感應線圈(8i)之間的直接接觸，蓋件必須僅針對氧組態而劣化。在氧組態中，在蓋件(10)到達熔融金屬(3)之前，蓋件(10)必須不劣化，以保護氧探針(8o)不與熔渣接觸。由於電路(7)處於第二電組態，分析裝置(16)在時間(D)測量以下電壓差Vmes(D)。 熔渣組態及接地組態：電路(7)係短路，且分析裝置(16)測量不到電壓差，亦即Vmes(D)=0V(參見圖15(b)，在時間(D))。 壓電組態：壓電偵測器(14p)處於應力電壓V14p1下，該應力電壓V14p1隨著壓電偵測器(14p)更深入地行進穿過熔渣層(2)且進入至熔融金屬(3)而變化。分析裝置(16)測量變化的電壓差，但由於其變化依據可變參數而定，很難利用該電壓差。 時間 (C)

如上述所討論，藉由在暴露於熱時熔斷，熱熔斷器(13)使電路(7)開路且將其中和，其中電路(7)不再影響由分析裝置(16)所測量的電壓差。由於在第二實施例15中，熱熔斷器在蓋件(10)劣化之後熔斷，且由於蓋件(10)必須僅在其到達熔融金屬(3)之後劣化，熱熔斷器(13)必須隨著熔渣金屬界面偵測單元(8)浸入至熔融金屬(3)中而熔斷。

在電路因此中和之情況下，分析裝置(16)測量在熔渣金屬界面偵測單元(8)處的電壓差，其代表測量噴槍在熔融金屬中的位置，而不受電路的干擾(亦即，Vmes(C)=V8(C))。在此階段，對於所有的組態，熔渣金屬界面(2sm)的位置都是未知的。 操作原理 (E)

在電路(7)中和，且熔渣金屬界面偵測單元(8)測量其周圍之介質的特性之情況下，只要熔渣金屬界面偵測單元(8)保持在熔融金屬(3)中，對於所有的組態及實施例，分析裝置測量實質固定的電壓差，Vmes(E)=固定(參見圖14(b)及15(b)，在時間(E))。熔渣金屬界面偵測單元(8)在熔融金屬中的駐留時間((E)-(C))或((E)-(D))必須足夠長，以確保熱熔斷器(13)熔斷且蓋件(10)針對氧組態而劣化，且儘可能安全地縮短以減少偵測空氣熔渣界面(2as)及熔渣金屬界面(2sm)所需的總時間。例如，熔渣金屬界面偵測單元(8)在熔融金屬中的駐留時間((E)-(C))或((E)-(D))可以在5秒及8秒之間。 操作原理 (F 、 G)

在熔融金屬中的駐留時間之後，測量噴槍(1)可以沿著平行於垂直軸線(Z)的垂直分量向上驅動且驅出熔融金屬，穿過熔渣金屬界面(2sm)及熔渣層(2)將熔渣金屬界面偵測單元(8)驅出熔融金屬(3)，且進入至大氣(4)中。熔渣金屬界面偵測單元(8)在時間(F)穿過熔渣金屬界面(2sm)，如圖13、14(a)及15(a)所示。從最近的時間(C)及(D)開始，分析裝置(16)測量代表熔渣金屬界面偵測單元(8)周圍之介質的特性的電壓差。

當熔渣金屬界面偵測單元(8)穿過熔渣金屬界面(2sm)時，由分析裝置(16)所測量的電壓差Vmes(F)突然地變化。 氧組態：因為熔渣的氧濃度係與熔融金屬中的氧濃度不同，且 感應組態：因為熔渣的磁導率係與熔融金屬的磁導率不同。

由分析裝置所測量的電壓差的此突然變化係識別熔渣金屬界面(2sm)的位置。針對此，由於下述，完成熔渣層(2)的位置及厚度的測量： 在時間(B)利用電路(7)來測量空氣熔渣界面(2as)的位置(has)，且 在時間(F)利用熔渣金屬界面偵測單元(8)來測量熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)。

測量噴槍可以從容器完全地抽出。熔渣金屬界面偵測單元(8)繼續測量藉此穿過的介質的特性，但在圖19中所示的氧組態之情況下，氧探針(8o)在行進穿過熔渣層(2)時可能會被雜質污染，破壞測量的可靠性，如在圖14(b)及15(b)中由在時間(F)之後及在時間(G)的電壓差的波形曲線所顯示。

氧組態具有相對於感應組態的附加約束，亦即蓋件(10)必須在偵測單元(8)向下進入至容器中且接著向上離開容器而分隔熔渣金屬界面(2sm)的兩個交叉點的時間段內劣化。氧組態的優點在於，除了熔渣層(2)的位置及厚度之外，氧探針(8o)也產生熔融金屬及熔渣層中的氧濃度，此是重要的資訊。 先前技術測量噴槍

圖21係為根據先前技術US7876095的測量噴槍的例子的示意圖，其與圖9及10中所示之根據本發明的測量噴槍(1)至少共用測量空氣熔渣界面(2as)及熔渣金屬界面(2sm)的位置(has、hsm)的功能。US7876095的測量噴槍的熔渣金屬界面偵測單元係包含： 電路，用於偵測空氣熔渣界面的位置(has)，及 感應線圈(8i)，其構造成偵測熔渣金屬界面的位置(hsm)。

由耦接到感應線圈(8i)的振盪器所產生的振盪係代表其周圍之介質的磁導率。當感應線圈接近導電熔融金屬時，振盪係減弱，直到當浸入至熔融金屬中時停止。振盪的阻尼係代表熔渣金屬界面的位置(hsm)。

在根據US7876095且不包含熱熔斷器(13)的測量噴槍中，因此需要連接到地電位及電路(7)的額外分析裝置(16e)來偵測當電接觸點在時間(B)接觸空氣熔渣界面(2as)時，第一導電元件(11)及地電位之間的短路。

利用圖9及10中所示之根據本發明的實施例的測量噴槍，其設置有熱熔斷器(13)，電路(7)的第一導電元件(11)可以耦接到第一及第二電測量端子及電感測器端子(8ta、8tb、9ta、9tb)中之任一者，且由於電氣端子的數量保持與沒有電路時相同，不需要額外的分析裝置且可以單獨使用相同的分析裝置。

圖22係表示US7876095的測量噴槍及本發明之測量噴槍的組合，其中第一導電元件(11)係連接到第一電測量端子(8ta)且與圖9中所示的實施例不同，其中電路(7)不包含熱熔斷器(13)。在沒有熱熔斷器(13)之情況下，當電路(7)在第一導電元件(11)與空氣熔渣界面接觸時進入至第二電組態時電路(7)短路的那時刻起，測量噴槍(1)無法測量其隨後穿過的介質的磁導率的任何值。由於沒有中和短路的電路(7)的機制，分析裝置(16)在時間(B)之後的任何時間連續地沒有測量到電壓差，亦即對於所有時間＞(B)，Vmes=0V。因此，分析裝置(16)在時間(F)沒有測量到電壓差且無法識別熔渣金屬界面(2sm)的垂直位置。

1:測量噴槍 2:熔渣層 2as:空氣熔渣界面 2sm:熔渣金屬界面 3:熔融金屬 4:大氣 5:承載管 5p:承載管的近側端 5d:承載管的遠側端 6:測量單元 7:電路 8:熔渣金屬界面偵測單元 8c:氧電池 8i:感應線圈 8o:氧探針 8r:參考電極 8ta:第一電測量端子 8tb:第二電測量端子 9:感測器單元 9ta:第一電感測器端子 9tb:第二電感測器端子 10:蓋件 10s:蓋件的外表面 11:第一導電元件 12:第二導電元件 13:熱熔斷器 14:接觸感測器 14a:機械開關的第一構件 14b:機械開關的第二構件 14p:壓電偵測器 14s:機械開關 15:熱電偶 16:分析裝置 17:彈性構件 21:盛鋼桶 22:分鋼槽 23:模具 has:空氣熔渣界面的位置 hsm:熔渣金屬界面的位置 A,B,C,D,E,F,G,t:時間 Z:垂直軸線

為了更全面地理解本發明之本質，請參考以下結合附圖的詳細敘述，其中： 圖1至圖12：係顯示根據本發明之測量噴槍的測量單元的各種實施例的示意圖。 圖13：係為測量噴槍在不同垂直位置相對於包含在容器(此處為分鋼槽)中之金屬熔體及熔渣隨時間變化的示意圖。 圖14(a)：係顯示本發明之測量噴槍的操作原理，測量單元在測量操作期間被驅入及驅出金屬熔體時的電路的各種組態，且其中熱熔斷器在蓋件劣化之前熔斷。 圖14(b)：係顯示利用與圖14(a)中所示的測量單元的不同位置相對應的測量單元而測量的電壓隨時間變化的演變。 圖15(a)：係顯示本發明之測量噴槍的操作原理，測量單元在測量操作期間被驅入及驅出金屬熔體時的電路的各種組態，且其中熱熔斷器在蓋件劣化之後熔斷。 圖15(b)：係顯示利用與圖15(a)中所示的測量單元的不同位置相對應的測量單元而測量的電壓隨時間變化的演變。 圖16至圖19：係顯示測量噴槍在如圖14(a)中所標記的不同位置(A)、(B)、(C)、(D)至(F)處的電路的組態的詳細視圖。 圖20：係顯示包含盛鋼桶的連續金屬鑄造裝置，該盛鋼桶將熔融金屬澆注到與模具耦接的分鋼槽中。 圖21：係顯示根據先前技術之用於判定空氣熔渣界面及熔渣金屬界面的位置的測量噴槍。 圖22：係顯示圖21的測量噴槍，其被修改以減少電氣端子的數量。

10:蓋件

13:熱熔斷器

14s:機械開關

has:空氣熔渣界面的位置

hsm:熔渣金屬界面的位置

A,B,C,D,E,F,G,t:時間

Z:垂直軸線

Claims (12)

1. 一種測量噴槍(1)，用於以單個測量運行來測量在一大氣(4)及位於一熔融金屬(3)之頂部上的一熔渣層(2)之間的一空氣熔渣界面(2as)的位置(has)、及在該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)，該測量噴槍(1)包含： 一承載管(5)，沿著一軸線(X)在一近側端(5p)及位於該近側端(5p)下游的一遠側端(5d)之間延伸， 一測量單元(6)，係耦接到該承載管(5)的遠側端(5d)且構造成穿過該熔渣層(2)，該測量單元(6)包含： 一電路(7)，係構造成偵測該空氣熔渣界面(2as)， 一熔渣金屬界面偵測單元(8)，位於該遠側端(5d)的下游，包含至少第一及第二電測量端子(8ta、8tb)，且構造成測量該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的該熔渣金屬界面(2sm)之位置(hsm)處的第一材料特性的值，及 較佳地，一感測器單元(9)，包含第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)且構造成測量該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)的第二材料特性的值， 一蓋件(10)，係封閉該熔渣金屬界面偵測單元(8)及可選的該感測器單元(9)，且構造成將該熔渣金屬界面偵測單元(8)與外部環境分離， 其特徵在於：該電路(7)包含第一導電元件(11)，該第一導電元件(11)包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第一電測量端子(8ta)及/或該第一電感測器端子(9ta)，且該第二端係配置在該蓋件(10)的外部，較佳地在該蓋件(10)的下游，且其中： 該電路(7)包含一熱熔斷器(13)，位於該第一導電元件(11)的第一端及第二端之間，且構造成在該第一導電元件(11)接觸該空氣熔渣界面(2as)之後熱熔斷以使該電路(7)開路， 其中用語「下游」係定義為沿著該軸線(X)在從該近側端(5p)延伸到該遠側端(5d)的方向上。
2. 如請求項1之測量噴槍(1)，包含係為一熱電偶(15)的該感測器單元(9)，其中該第一及第二電感測器端子(9ta、9tb)係構造成電連接到一分析裝置(16)，其中該分析裝置較佳地為一電壓測量裝置。
3. 如請求項1或2之測量噴槍(1)，其中該熔渣金屬界面偵測單元(8)包含：用於測量氧濃度的一氧探針(8o)，該氧探針(8o)包含連接到該第一電測量端子(8ta)的一氧電池(8c)及連接到該第二電測量端子(8tb)的一參考電極(8r)，其中該蓋件(10)係構造成在暴露於一預定溫度值持續一預定的暴露時間時劣化，以將該氧探針(8o)暴露於周圍環境，且其中該熱熔斷器(13)較佳地係構造成最遲一旦該蓋件(10)劣化則熱熔斷。
4. 如請求項1或2之測量噴槍(1)，其中該熔渣金屬界面偵測單元(8)包含用於偵測周圍環境的磁導率變化的一感應線圈(8i)。
5. 如請求項中1至4中任一項之測量噴槍(1)，其中： 該第一導電元件(11)的第一端係導電地耦接到該第一電測量端子(8ta)且其第二端係導電地耦接到一接觸感測器(14)， 該電路(7)包含第二導電元件(12)，該第二導電元件(12)包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第二電測量端子(8tb)，且該第二端係導電地耦接到該接觸感測器(14)。
6. 如請求項1至4中任一項之測量噴槍(1)，其中： 該第一導電元件(11)的第一端係導電地耦接到該第一電感測器端子(9ta)且其第二端係導電地耦接到一接觸感測器(14)， 該電路(7)包含第二導電元件(12)，該第二導電元件(12)包含第一端及第二端，該第一端係導電地耦接到該第二電感測器端子(9tb)，且該第二端係導電地耦接到該接觸感測器(14)。
7. 如請求項5或6中任一項之測量噴槍(1)，其中該接觸感測器(14)係選自下述： 一機械開關(14s)，被偏置在一打開位置且構造成在施加一機械力時移動到一關閉位置，該機械力係對應於該機械開關(14s)與該空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力，以導電地連接該第一及第二導電元件(11、12)，其中該熱熔斷器(13)係構造成一旦該開關(14s)處於該關閉位置則熱熔斷，或是 一壓電偵測器(14p)，係構造成在施加一機械力時產生一電流，該機械力係對應於該壓電偵測器(14p)與該空氣熔渣界面(2as)接觸時所產生的力，其中該熱熔斷器(13)係構造成在該壓電偵測器(14p)已經產生該電流之後熱熔斷。
8. 如請求項5至7中任一項之測量噴槍(1)，其中該蓋件(10)的一外表面(10s)的一部分係為導電的且包含在該第一導電元件(11)或該第二導電元件(12)中之一者中。
9. 如請求項7之測量噴槍(1)，其中該機械開關(14s)包含： 第二構件(14b)，屬於該第二導電元件(12)且牢固地附接到該蓋件(10)，及 第一構件(14a)，屬於該第一導電元件(11)且與該第二構件(14b)非導電地分離，且經由一彈性構件(17)附接到該蓋件(10)，其中該彈性構件(17)被偏置以將該第一構件(14a)與該第二構件(14b)分離，且在施加該機械力時變形，以導電地連接該第一及第二構件(14a、14b)。
10. 如請求項6之測量噴槍(1)，包含該感測器單元(9)，其中， 該第一導電元件(11)的第一端係電耦接到該氧探針(8o)的氧電池(8c)及該第一電感測器端子(9ta)，或是 該第二導電元件(12)係連接到該氧探針(8o)的參考電極(8r)及該第二電感測器端子(9tb)。
11. 一種方法，用於在一冶金容器中判定在一大氣(4)及位於一熔融金屬(3)之頂部上的一熔渣層(2)之間的一空氣熔渣界面(2as)的位置(has)、及在該熔渣層(2)及該熔融金屬(3)之間的一熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)，該方法包含： 將如請求項1至10中任一項之測量噴槍(1)定位在該空氣熔渣界面(2as)的上方，其中該第一導電元件(11)的第二端係定位成最靠近該空氣熔渣界面(2as)， 沿著實質垂直於該空氣熔渣界面(2as)的一垂直軸線(Z)開始測量該測量噴槍(1)的一垂直位置， 利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)開始測量該第一材料特性的值， 開始測量該第一導電元件(11)的一電特性， 沿著平行於該垂直軸線(Z)的至少一個垂直分量，朝向該空氣熔渣界面(2as)向下地平移該測量噴槍， 當偵測到該第一導電元件(11)的電特性之梯度時，表明該第一導電元件(11)的第二端已經接觸該空氣熔渣界面(2as)，記錄該測量噴槍(1)的垂直位置作為該空氣熔渣界面(2as)的位置(has)， 沿著該垂直分量向下地繼續平移該測量噴槍(1)足夠地遠，以確保該測量單元(6)係位於該熔融金屬(3)中，超出該熔渣金屬界面(2sm)， 允許該熱熔斷器(13)熔斷且因此將該第一導電元件(11)的第一端與第二端導電地分離， 利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)來測量該第一材料特性的值，且將該測量單元(6)保持在該熔融金屬(3)中，直到該第一材料特性的測量值變得實質固定， 沿著該垂直分量朝向該熔渣金屬界面(2sm)向上地平移該熔渣金屬界面偵測單元(8)， 當偵測到利用該熔渣金屬界面偵測單元(8)所測量之該第一材料特性的值的急劇梯度時，記錄該測量噴槍(1)的垂直位置作為該熔渣金屬界面(2sm)的位置(hsm)， 沿著該垂直分量向上地繼續平移該測量噴槍(1)，直到其完全地處於大氣(4)中。
12. 如請求項11之方法，其中該熔渣金屬界面偵測單元(8)為如請求項3之用於測量氧濃度的一氧探針(8o)，其中該測量噴槍(1)包含： 一感測器單元(9)，係由一熱電偶(15)組成，用於測量周圍環境的溫度的值，及 一智慧手段，根據該熱電偶(15)所測量的該溫度的功能來修正由該氧探針(8o)所測量的該氧濃度。