UA44345C2 - Спосіб реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом, і пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Спосіб реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом (3), зокрема розплавом металу, включає задування газу для створення газонаповненого порожнистого простору (26) і спостереження і оцінку електромагнітних хвиль (31), що випромінюються розплавом (3) через задутий газ, і шляхом передачі електромагнітних хвиль через оптичну систему (20) на детектор (22) з метою визначення температури і/або хімічного складу. Для виключення помилкових вимірювань випромінювані електромагнітні хвилі (39, 36, 37), направлені похило до оптичної осі (38) оптичної системи (20) і що випромінюються крайовою областю порожнистого простору (26), виключають з реєстрації шляхом очищення електромагнітних хвиль (31), що випромінюються, від електромагнітних хвиль (36, 37, 39,40), направлених похило до оптичної осі (38) оптичної системи (20) і що знаходяться за межами допустимого радіуса (41) навколо оптичної осі (38) оптичної системи (20) відводять від оптичної осі (38). Це виконують за рахунок того, що ці електромагнітні хвилі відхиляють за оптичну вісь (38) розсіюючим пристроєм (42) оптичної системи (20) так, щоб тільки електромагнітні хвилі, більш або менш паралельні оптичній осі (38) оптичної системи (20), досягали детектора (22), розміщеного після оптичної системи (20); і/або шляхом переміщення оптичної системи (20) регулювання оптичної осі (38) згаданої системи відносно порожнини (26) доти, доки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються не досягне максимального значення.

Description

Винахід відноситься до способу реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом зсередини, зокрема, розплаву металу, головним чином у видимому діапазоні і в ближньому ультрафіолетовому і інфрачервоному діапазоні, при якому всередині розплаву шляхом задування газу утворююється газонаповнений порожнистий простір, і електромагнітні хвилі, що випромінюються розплавом, спостерігають через задутий газ і оцінюють шляхом передачі електромагнітних хвиль через оптичну систему на детектор з метою визначення температури і/або хімічного складу, а також до пристрою для здійснення способу.

При виробництві стали в конвертері або в будь-якому іншому металургійному реакторі шляхом фришування чушкового чавуна або обробки інших розплавів в такій металургійній ємності звичайно стараються створити можливість безперервної і швидкої оцінки температурних характеристик і/або складу розплаву під час активного процесу обробки, щоб зробити процес обробки по можливості більш коротким і максимально наблизитися до бажаних кінцевих показників складу. Швидкість потрібна, зокрема, тому, що хімічні реакції здійснюються на високих швидкостях, і виникає небезпека того, що необхідне втручання в процес фришування або в процес обробки не станеться в потрібний час. Надто неточні операційні умови, що переважають в таких установках, не відповідають цим цілям. При виробництві стали в металургійному реакторі (конвертері, електропічі і т.д.), під час повторної металургійної обробки розплавів стали, або при обробці розплавів кольорових металів (таких як Си, Мі, АЇ) бажано, крім того, знати температуру і/або хімічний склад розплаву після кожної стадії обробки.

Для розв'язання цих проблем були зроблені спроби, наприклад, отримати допоміжні дані, що використовуються для корекції моменту часу завершення процесу фришування, з спектрального аналізу полум'я конвертера або з поглинання ним відносно монохроматичного світла певної довжини хвилі. Однак, умови дуття, що сильно змінюються, і пінення шлаку у ванні розплаву, а також високий вміст пилу у відпрацьованому газі не дозволяють отримати досить точні дані про температуру ванни і хімічний склад розплаву.

Крім того, було запропоноване вимірювання температури (ОБ-В - 14 08 873) шляхом введення у вогнетривке покриття конвертера інкапсульованих термопар, виступаючих всередину конвертера і в робочому положенні конвертера лежачих нижче за меніск розплаву, що піддається фришуванню. Однак термін служби таких термопар незначний; крім того, на результатах вимірювання несприятливо позначається необхідність сильного охолоджування вимірювального приладу.

Далі, відомий спосіб визначення температури розплаву в заздалегідь заданий момент часу за допомогою фурм, занурених в розплав. Цей спосіб непридатний при виробництві стали в конвертері, оскільки для цього конвертер необхідно нахиляти і потім знов встановлювати в правильне положення, що зумовлює втрату температури у ванні розплаву до 40"С. Крім того, такий спосіб дуже трудомісткий, оскільки спочатку, перед нахилом конвертера, повинні бути відведені дутьові фурми, після проведення вимірювання конвертер повинен бути знов встановлений в правильне положення, і тільки потім дутьові фурми - якщо необхідно - повинні бути втягнуті зворотно і дуття може продовжуватися. Іншим недоліком є те, що точка вимірювання всередині розплаву вибирається лише довільно, і, таким чином, результати погано відтворюються. Крім того, не може бути точно визначена глибина занурення щупа, що також погіршує відтворювання.

Визначення хімічного складу розплаву є ще більш складним. Для цієї мети застосовується спосіб взяття проб за допомогою фурм, занурених в розплав. При виробництві стали в конвертері такий спосіб несприятливий, оскільки взяття цих проб також вимагає багато часу: конвертер, знов-таки, треба нахилити (за винятком вимірювань при допомозі перпендикулярних підфурм), а взяті проби відправити в лабораторію.

При виробництві стали в конвертері відомий спосіб проведення вуглецевого експрес-аналізу шляхом вимірювання температури затримки і змісту вуглеводу. Таким чином, при цьому способі можливо лише визначення вуглецевого еквівалента, так що зміст деяких супутніх елементів, присутніх в розплаві буде враховуватися тільки при розрахунку дійсного змісту вуглеводу.

Далі, відомий спосіб аналізу активності вуглеводу і кисня і взяття проб і температурних вимірювань в конвертері при допомозі підфурм.

Однак цей спосіб несприятливий в зв'язку з тим, що підфурми самі по собі (а також і проби) дуже дороги, схильні до дуже високого зносу і застосовні тільки для рідких шлаків ближче до завершення процесу дуття.

З ЕР-В - 0 162 949 відомий спосіб спостереження за утворенням шлаку в дутьовому конвертері для виробництва стали, що використовує світлове випромінювання, що випускається поверхнею шлаку всередині простору конвертера. У цьому способі світло перетворюється в фотоелектричні сигнали і відповідним чином обробляється, при цьому зміни сигналів приймають як критерій утворення піненого шлаку.

Приймачі, вставлені в бокову стінку конвертера, розташовані над ванною шлаку/розплаву і непридатні для визначення температури ванни розплаву і складу розплаву. 3 О5-А - 0 162 949 відомі спосіб і пристрій для спектрально- аналітичної оцінки світла, що випромінюється центральною частиною полум'я пальника. У цьому способі подачу палива і повітря для горіння контролюють по світловому спектру. Світло, що випромінюється, передається в електронний вимірювальний прилад через оптико- волоконні провідники, а подача повітря для горіння і палива регулюється як функція здійснюваного при цьому газовому аналізі.

Подібний пристрій для вимірювання температури в технологічному процесі вироблення відновного газу у високотемпературному реакторі при підвищеному робочому тиску згадувався в ОЕ-А - 40 25 909.

З ЕР-А - 0214483 відомий спосіб визначення хімічного складу заліза шляхом нагнітання кисня або киснеутримуючого газу зверху на поверхню розплавленого заліза, при цьому промені, які випромінюються поверхнею розплаву, аналізуються спектрометром для визначення хімічного складу заліза. 3 0О5-А - 4,619,533 і ЕР-А - 0 362 577 відомі способи раніше описаного типу, в першому з яких випромінювання, яке випромінюються розплавом металу, передається в детектор через оптико-волоконний хвилевід. Згідно ЕР-А-0 362 577, лазерне світло фокусується на металевій поверхні і таким чином виробляє плазму. Світло плазми, що випромінюється металевою поверхнею, через систему лінз і оптико- волоконний хвилевід подається в спектрометр для елементарного аналізу. Система лінз містить регульовані лінзи. Лінзи регулюються таким чином, щоб співвідношення інтенсивності двох ліній заліза, а саме, інтенсивність атомної лінії і інтенсивність іонної лінії, було мінімальним.

У способі описаного вище типу, тобто при реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються зсередини розплаву, задувку газу для утворення газонаповненого порожнистого простору переважно здійснюють через отвір в стінці металургійної ємності, що містить розплав металу, причому згаданий отвір повинен бути розташований нижче стандартного меніска. У області переходу згаданого отвору металургійної ємності до розплаву, тобто в крайовій області згаданого отвору, виникають відображення електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом, навіть якщо отвір дуже малий, що приводить до спотворення величин, що вимірюються. Якщо внаслідок задувки газу утвориться кірка знедоленого розплаву в формі гриба, то кірка у вигляді бісеру, яка оточує крайову область отвору по всій периферії і орієнтована у напрямі до розплаву, являє собою порушуючий чинник, незважаючи на її захисну функцію для отвору, оскільки постійно міняється в розмірі і розташуванні, у наслідок чого випромінювання, що випускається поверхнею кірки або областю переходу від кірки до розплаву, буде спотворювати результат вимірювання. Показано, що точне вимірювання може бути виконане тільки в тому випадку, якщо приймається і передається на детектор випромінювання, яке випускається виключно поверхнею розплаву. Відображення від крайової області отвору або від кірки надають сильні порушення, тобто викликають спотворення величин, що вимірюються, причому ці спотворення не можна розпізнати за допомогою якого-небудь іншого показу.

Винахід направлений на усунення вищеописаних недоліків і труднощів і ставить своєю задачею створення способу раніше описаного типу, а також пристрою для здійснення цього способу, за допомогою якого забезпечується можливість простого визначення бажаних характеристик розплаву (наприклад, сталі, неіржавіючої сталі, феросплавів і розплавів кольорових металів), практично без затримки за часом і, зокрема, безперервно, а крім того, навіть при наявності в'язких або сухих шлаків. Спотворення величин, що вимірюються, вимірювання, що викликаються самим процесом І неточними умовами функціонування сталеплавильних виробництв, повинні бути надійно відвернені, причому спотворення величин, що вимірюються, повинні бути виключені навіть в тому випадку, якщо порожнистий простір, що утворюється всередині розплаву, підтримується дуже маленьким.

Відповідно до винаходу, ця мета досягається за рахунок того, що електромагнітні хвилі, направлені похило до оптичної осі оптичної системи і що випромінюються крайовою областю порожнистого простору, виключаються Кк виявлення шляхом очищення електромагнітних хвиль, що випромінюються, від електромагнітних хвиль, направлених похило до оптичної осі оптичної системи, за рахунок відбивання згаданих електромагнітних хвиль за оптичну вісь оптичної системи в розсіюючому пристрої оптичної системи, такому як розсіююча і фокусуюча система лінз, і тільки електромагнітні хвилі, направлені приблизно паралельно оптичній осі оптичної системи, досягають детектора, розміщеного після оптичної системи, і/або за рахунок того, що оптичну систему переміщують відносно порожнистого простору при регулюванні її оптичної осі, доти, поки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються, не досягне максимума при її оцінці.

Відповідно до переважного варіанту здійснення, після пристрою розсіювання хвиль розміщений пристрій утворення хвильових пучків, такий як фокусуюча лінза або система фокусуючих лінз, і електромагнітні хвилі, направлені приблизно паралельно оптичній осі оптичної системи, фокусуються за допомогою пристрою, який утворює хвильовий пучок і подає на детектор безпосередньо або через оптико-волоконний хвилевід, а похилі хвилі і хвилі, що знаходяться за межами допустимого радіуса, не охоплюються таким фокусуванням.

Наступний переважний варіант здійснення відрізняється тим, що і пристрій розсіювання хвиль, і розташований за ним пристрій для утворення хвильових пучків, переміщують відносно порожнистого простору при регулюванні їх оптичної осі, доти, поки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються, не досягне максимума при її оцінці Таким чином, забезпечується можливість отримання оптимальних результатів вимірювання навіть при інтенсивному утворенню кірки і/або надто нерівномірному, однобокому утворенні кірки, тобто при великій схильності розплаву до утворення кірки або в тому випадку, коли порожнисті простори всередині розплаву мають малі діаметри.

Для здійснення аналізу складу розплаву через газонаповнений порожнистий простір в розплав подають енергію, і частина розплаву за рахунок енергії, що подається, випаровується, зокрема, газ, що вдується, вступає в хімічну реакцію з розплавом і, таким чином, зумовлює випаровування частини розплаву.

Для захисту під час вимірювань, газ, що задувається в розплав з утворенням порожнистого простору, на дільниці введення в розплав оточують газовою оболонкою або декількома газовими оболонками, що включають вуглеводно-утримуючу захисну середу, переважно змішану з інертним газом. Це спричиняє утворення кірки ствердженого розплаву, гарантуючи подачу газу, а також забезпечує значно більш м'які умови роботи пристрою для проведення вимірювань і збільшує термін його служби.

Спрощення і прискорення способу забезпечується в тому випадку, якщо визначення температури або хімічного складу розплаву поєднується із заздалегідь розрахованими або виміряними параметрами, наприклад, з обчисленим вмістом вуглеводу у відпрацьованому газі або з приблизним розрахунковим складом розплаву в момент вимірювання, і, крім того, якщо визначається вміст лише окремих елементів розплаву, наприклад, зміст Мп, Сг, С в розплавах заліза, а зміст інших елементів або з'єднань, що є в розплаві металу і в розплаві шлаку, розраховується з них.

Точність способу по винаходу може бути збільшена за рахунок того, що для максимального наближення температури, що вимірюється, до дійсної температура розплаву всередині порожнистого простору і/або безпосередньо перед ним регулюється під час вимірювання шляхом введення газової суміші.

Переважно, хімічний склад розплаву скоординовано змінюють, і розплав, або розплав і шлак, ретельно перемішують за допомогою газу або декількох різних газів, що вводяться в розплав.

Відповідно до переважного варіанту здійснення, газонаповнений порожнистий простір утворюють на верхній поверхні розплаву, наприклад, за допомогою трубопровода подачі газу, що включає оптичний пристрій, оптико-волоконний хвилевід, детектор і т.д., зануреного в розплав.

Пристрій для здійснення способу, що включає місткість, що вміщає розплав, трубопровід подачі газу, ведучий до отвору ємності і що включає вихідний отвір газу, орієнтований в напрямі до згаданого отвору ємності і, отже, до розплаву, оптичну систему для спостереження за вихідним отвором газу, детектор для реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом, і хвилевід, що необов'язково передає електромагнітні хвилі в детектор, відрізняється оптичним пристроєм розсіювання хвиль, таким як розсіювально-фокусуюча система лінз і/або оптичною системою, що має можливість переміщення, переважно повороту, відносно металургійної ємності.

Переважний варіант здійснення відрізняється пристроєм утворення хвильових пучків, розташованих після пристрою розсіювання хвиль, таким як фокусуюча лінза або система послідовно розміщених фокусуючих лінз, і детектором, розташованим в фокусуючій зоні пристрою утворення хвильових пучків, або оптико-волоконним хвилеводом, розташованим в цій зоні і ведучим до детектора.

Оптична система оснащена захисною трубою, що містить пристрій газової промивки, зокрема, пристрій газової промивки для очищення передньої сторони системи лінз. Це особливо потрібно в тому випадку, якщо тверді речовини, такі як шлакоутворюючі речовини, пил різних видів, зокрема, вугільний пил, вдуваються в розплав через трубопровід подачі газу між періодами вимірювання.

Інший переважний варіант здійснення відрізняється тим, що пристрій розсіювання хвиль встановлений з можливістю повороту відносно вихідного отвору газу, орієнтованого до розплаву, причому точка перетину оптичної осі пристрою розсіювання хвиль з площиною поперечного перетину вихідного отвору газу регулюється в межах цієї площини поперечного перетину.

Зручно те, що і пристрій розсіювання хвиль, і пристрій утворення хвильових пучків встановлені з можливістю обертання, причому поворотна установка здійснюється за допомогою карданного шарніра.

У зоні фокусування пристрою утворення хвильових пучків, розташований або введений оптико-волоконний хвильовід, або детектор.

Зручний варіант здійснення відрізняється тим, що кінець трубопровода подачі газу виконаний у вигляді двох- або багатотрубного мундштука. Кільцеподібний зазор (зазори) оболонки мундштука з'єднаний (з'єднані) з трубопроводом, що подає газоподібний вуглеводень. За рахунок цього утворюється кірка ствердженого розплаву, яка оточує вхідний отвір газу, завдяки чому багатотрубний мундштук розташовується в області ємності, тобто в її цегельному облицюванні, надійно захищеним образом.

Переважно, кінець трубопровода подачі газу оснащений багатоканальним мундштуком, отвір якого можуть з'єднувати з одним або декількома подаючими трубопроводами для вуглеводня, монооксиду вуглеводу, двоокису вуглеводу, інертного газу, пари, масла або води іМабо їх сумішей. За рахунок цього можуть бути оптимізовані термін служби оболонки мундштука і точність вимірювань як при здійсненні процедури вимірювання, так і в решту часу за допомогою регулювання кількості і/або складу газів або рідин, що вводяться через кільцеподібні проміжки. Відповідно до переважного варіанту здійснення винаходу, є пристрій генерування лазерного променя, орієнтованого в напрямі до вихідного отвору трубопровода подачі газу, яке вже було описане в ЕР-А - 0 362 577, при цьому зручно те, що з пристроєм генерування лазерного променя пов'язаний фокусуючий пристрій.

Переважно, є трубопровід подачі газу, що включає пристрій розсіювання хвиль і занурений в розплав.

Спосіб функціонування пристрою по винаходу відрізняється тим, що для захисту тієї частини пристрою, який входить в місткість, подачу захисної середи регулюють шляхом безперервного або стрибкоподібного збільшення подачі вуглевод-утримуючої захисної середи при збільшенні агресії розплаву, тобто при підйомі температури або при перегріві розплаву.

Далі винахід буде описаний більш детально за допомогою декількох зразкових варіантів здійснення, схематично представлених на малюнках, де Фіг1 являє собою схематичний загальний вигляд (з частковим розрізом) пристрою по винаходу, а кожна з Фіг.2 і З показує деталі Фіг.1 в збільшеному масштабі, для різних конфігурацій. На Ффіг.4 показаний особливий варіант здійснення винаходу для конфігурації, аналогічної

Фіг.3. Кожна з Фіг.5 і б являють собою розрізи в площини, поперечної площини Фіг.2, для інших варіантів здійснення. На Ффіг.7 і 8 схематично показані шляхи променів відповідно до винаходу. На фіг.9 представлений переважний варіант здійснення для конфігурації, аналогічної Ффіг.3. Фіг.10, аналогічно Фіг.4, представляє поперечний перетин трубопровода подачі газу. Фіг.11 відноситься до наступного варіанту здійснення.

Металургійна місткість 1, наприклад, конвертер з вогнетривкою футеровкою (це може бути також вакуумна місткість, або електропіч, або будь-який інший реактор), пристосована для вміщення покритого шаром шлаку 2 розплаву стали 3, на висоті нижче за меніск 4 розплаву стали З при нормальному заповненні конвертера 1 має отвір 5 в бічній стінці 6, в якому встановлений трубопровід подачі газу 7, вихідний отвір 8 якого розташований на внутрішній стороні 9 бічної стінки 6 конвертера 1 і відкрито в його внутрішню частину 10. Через трубопровід подачі газу 7 можуть вводитися різні гази, наприклад, кисень, азот, повітря, природний газ або їх суміші, а також, можливо, тверді речовини, такі як пилоподібний вуглевод, і/або шлакостворюючі речовини, і/або пил різних видів, при цьому вищезазначені гази можуть діяти як гази-носії для твердих речовин. Гази містяться в ємностях 11 і по мірі необхідності перекачуються з них через трубопровід 12. Тверді речовини містяться в одній або декількох передавальних ємностях 13 або перекачуються з систем, що є, і подаються в конвертер 1 за допомогою транспортуючого газу, такого як повітря (Ффіг.1). Вибір складу газів і їх кількісне регулювання може здійснюватися за допомогою схематично показаної на малюнку клапанної стойки 14.

Згідно з варіантом, показаним на Фіг. 2, кінець трубопровода подачі газу 7 виконаний у вигляді мундштука з оболонкою 15, і газоподібний вуглеводень, можливо, в суміші з азотом, вводиться в конвертер 1 через кільцеподібний зазор 17, який оточує центральну трубу 16 мундштука з оболонкою, спричиняючи таким чином утворення кільцеподібної кірки 18, що захищає гирло мундштука з оболонкою 15 від розтріскування. Кінець трубопровода подачі газу 7 також може бути виконаний у вигляді одиночної труби (без захисної газової оболонки), якщо довговічність не має значення. Відвідний трубопровід 16), розташований вздовж осі мундштука з оболонкою 15 і оснащений екраном 19, який може містити декілька суміжних прохідних отворів для електромагнітних хвиль, відкривається в центральну трубу 16. Позаду екрана 19 розташована оптична система 20, працююча як фокусуюча лінза, а позаду оптичної системи 20 -кінець оптико-волоконного хвилевода 21, наприклад, скловолоконний провідник. Оптико-волоконний хвилевід 21 веде до детектора 22 електромагнітних хвиль, який з'єднаний з підсилювачем і електронним вимірювальним приладом 23.

Оптико-волоконний хвилевід 21 і оптична система 20 встановлені в захисній трубі 24, що є перевагою. Зручно те, що через трубопровід 25 у відвідний трубопровід 16 може нагнітатися інертний газ, який забезпечує очищення оптичної системи 20 від пилу.

Пристрій функціонує таким чином.

Щоб зробити вимірювання температури, чистий газ, тобто без твердих часток, переважно інертний газ, задувають в конвертер 1 через трубопровід подачі газу 7. Під тиском газу утворюється порожнистий простір 26, заповнений цим газом, який розташовано безпосередньо за кільцеподібною кіркою, що утворилася з розплаву 18 і, таким чином, обмежено цією кіркою і поверхнею розплаву 27. Прохідні отвори для газу, що оберігаються кіркою 18, приблизно мають мінімальний розмір біля 0,2 - 1,0см.

Поверхнею 27 розплаву 3, що обмежує газонаповнений порожнистий простір 26, випромінюються електромагнітні хвилі, зокрема, у видимому світловому діапазоні і в ультрафіолетовому діапазоні. Ці електромагнітні хвилі через відкритий екран або щит 19 і оптичну систему 20 попадають в оптико-волоконний хвилевід 21, а через хвилевід - в детектор 22.

Електронний вимірювальний прилад 23 забезпечує визначення температури, еквівалентної електромагнітним хвилям, які випромінюються природного шляхом.

Відповідно до варіанту здійснення, представленого на Ффіг.3, захисна труба 24 разом з оптико-волоконним хвилеводом 21 безпосередньо введена в трубопровід подачі газу 7 в області його кінця, виконаного у вигляді мундштука з оболонкою 15. Захисна труба 24 може промиватися азотом, що на малюнку детально не показано.

У відповідності з Фіг.4, яка показує розріз в поперечній площині трубопровода подачі газу, трубопровід подачі газу 7 в його кінцевій області виконаний у вигляді багатоканального мундштука. У центрі багатоканального мундштука розміщена захисна труба 24 і оптична система 20, що включає оптико-волоконний хвилевід 21. Захисна труба 24 по периферії оточена двома кільцеподібними зазорами 28, 281, виконаними на деякій радіальній відстані один від одного, через які в конвертер 1 можуть нагнітатися, наприклад, газоподібні вуглеводені.

Ще один кільцеподібний зазор 28, розташований між двома кільцеподібними зазорами 28! і 28!ї, поділяється на декілька каналів 28! за допомогою радіальних перемичок, при цьому кожний із згаданих каналів займає часткову область по периферії, видиму в поперечному перетині. По цих каналах 28! в конвертер можуть вводитися інші гази, наприклад, кисень, інертний газ або їх суміші.

На Фіг.5 показаний вимірювальний пристрій по винаходу, включаючий прилад лазерного променя 29, який може бути використаний для здійснення аналізу розплаву. У цьому випадку захисна труба 24, що містить оптико-волоконний хвилевід 21, встановлена декілька ексцентрично відносно трубопровода подачі газу 7. Лазерний промінь 30, що генерується приладом лазерного променя 29, похило орієнтований у напрямі до вихідного отвору газу 8 так, щоб пройти приблизно через центр вихідного отвору газу 8, випаровуючи таким чином розплав всередині конвертера на переході барботуючий газ - рідина. Електромагнітні хвилі 31, що випромінюються випарованим розплавом, які на Фіг.5 показані хвилястими стрілками, сприймаються оптико-волоконним хвилеводом 21 і оцінюються електронним вимірювальним приладом 23. Лазерний промінь 30 переважно фокусується фокусуючою лінзою, при цьому фокусна пляма утвориться у отворі 5 між газоподібною і рідкою поверхнями розплаву 3. Пристрій виконаний таким зручним чином, що він може переміщатися в напрямі променя, забезпечуючи оптимальне розміщення фокусної плями.

Трубопровід подачі газу 7 в його кінцевій області виконаний у вигляді мундштука з оболонкою, при цьому через кільцевий проміжок або кільцевий зазор 17 в конвертер 1 нагнітаються газоподібні вуглеводені, інертні гази або їх суміші.

На фігб представлений поперечний перетин кінцевої області трубопровода подачі газу 7 злегка модифікованої форми. Трубопровід подачі газу 7 зовні містить подвійну оболонку 32, при цьому через кільцевий проміжок 33, утворений подвійною оболонкою, нагнітаються газоподібні вуглеводені, азот і т.д. Внутрішній об'єм трубопровода подачі газу 7 розділений на декілька частин радіальними стінками 35, що проходять в подовжньому напрямі, тобто на чотири проміжки 34 приблизно однакового розміру, відповідно до показаного зразкового варіанту здійснення. Через один з проміжків 34 лазерний промінь 30 направляють всередину конвертера 1, а через другий проміжок 34 проходить захисна труба 24, що містить систему лінз і оптико- волоконний хвилевід 21. У кожний з проміжків 34 можуть подаватися різні гази, наприклад, кисень або інертний газ, або їх суміші.

На Фіг.7 і 8 схематично показані переважні шляхи променів відповідно до винаходу. Електромагнітні хвилі 36, що випромінюються крайовій області 35 порожнистого простору 26 і отвору 5, відповідно, і, зокрема, електромагнітні хвилі 37, відбиті від кірки 18, а також електромагнітні хвилі 39, що розповсюджуються похило до оптичної осі 38 оптичної системи 20 і електромагнітні хвилі 40, що знаходяться за межами допустимого радіуса 41 навколо оптичної осі 38 оптичної системи 20, виключаються з реєстрації за рахунок того, що вказані електромагнітні хвилі відбиваються за оптичну вісь 38 оптичної системи за допомогою пристрою розсіювання хвиль 42, виконаного, наприклад, у вигляді розсіюючої і фокусуючої системи лінз.

Після пристрою розсіювання хвиль 42 розміщений пристрій утворення хвильових пучків 43, за допомогою якого фокусуються електромагнітні хвилі, орієнтовані приблизно паралельно оптичній осі 38 оптичної системи 20. Електромагнітні хвилі 39, 40, орієнтовані похило до оптичної осі 38 оптичної системи 20 і що знаходяться за межами допустимого радіуса 41, проведеного від оптичної осі 38 оптичної системи 20, не охоплюються цим фокусуванням.

Відмінність між варіантами, показаними на фіг.7 і Фіг. 8, складається в тому, що в першому варіанті (Фіг.7) детектор 22 розташований безпосередньо в зоні фокусування 44 пристрою утворення хвильових пучків 43, а у другому варіанті (Фіг.8) в зоні фокусування розташовано вхід 45 оптико-волоконного хвилевода, ведучого до детектора, що включає електронний вимірювальний прилад.

Відповідно до варіанту здійснення, показаного на Фіг.9, оптична система 20 -яка переважно містить пристрій розсіювання хвиль 42 і пристрій утворення хвильових пучків 43 - встановлена з можливістю обертання в центральній трубі 16, переважно таким чином, щоб кожна точка всередині поперечного перетину отвору 5 знаходилася в межах досяжності оптичної осі оптичної системи 20. Така рухома установка може здійснюватися за рахунок декількох гідравлічних циліндрів 46, що приводять в рух оптичну систему, як показано стрілками на Фіг.9, або за рахунок карданного шарніра. Таким чином, є можливість регулювання оптичної осі 38 оптичної системи 20 таким чином, щоб її можна було направляти на розплав З навіть при бічному наростанні кірки, як показано на Ффіг.9, за рахунок чого можна уникнути спотворень величин, що вимірюються, що викликаються кіркою 18. У цьому випадку оптична система 20 повертається доти, поки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються під час вимірювання, не досягне максимума.

Це є критерієм того, що оптична вісь оптичної системи 20 дійсно направлена на розплав 3, а не на крайові області кірки 18 або на крайові області отвору 5. Зміщення оптичної системи 20 може здійснюватися за допомогою електромеханічного приводу, автоматично регулюючого оптичну систему 20 таким чином, щоб досягалася максимальна інтенсивність. Крім того, може бути забезпечена можливість осьового зміщення оптичної системи 20, як показано подвійною стрілкою 47; з цією метою також встановлюються електричні двигуни або гідроциліндри.

На Ффіг.10, аналогічно Ффіг.4, показаний поперечний перетин труби подачі газу, що включає чотири концентричне розміщених циліндричних труби 24, 48, 49, 50 з внутрішніми проміжками 51, 52, 53 між циліндричними трубами. Внутрішня труба 24 служить газоподаючою трубою для проведення вимірювань. У ній розташовані оптична система і оптико-волоконний хвилевід 21, а також, можливо, детектор 22.

Внутрішній проміжок 51, радіально розташований між циліндричними трубами 24 і 48, заповнений вогнетривким матеріалом 54, причому по зовнішній периферії вогнетривкого матеріалу розміщені канавки 55, облицьовані, якщо це бажане, листовим металевим покриттям 56.

Захисний газ, наприклад, СНи, СНи -- Мо і т.д. прямує до кінця трубопровода подачі газу 7 через ці канавки. Кільцеподібний проміжок 52, радіально розташований наступним в напрямі до периферії, заповнений вогнетривким матеріалом 54 приблизно на чверть, а інші три чверті кільцеподібного проміжку 52 вільні і служать для подачі кисня або кисня, змішаного з іншими газами. Останній у напрямі до зовнішнього краю кільцеподібний проміжок 53, в свою чергу, служить для подачі захисного газу.

Відповідно до варіанту здійснення, представленого на фіг.11, трубопровід подачі газу 7, в якому встановлені оптична система 20 і датчики сигналів (оптико-волоконний хвилевід 21 і/або детектор 22), за допомогою механізму зміщення (детально не показаного), що забезпечує переміщення в напрямі стрільців 57, 58, показаних на Ффіг.11, вводиться зверху в розплав З через його верхню поверхню 59, спричиняючи таким чином утворення газонаповненого порожнистого простору 26 всередині розплаву 3. Крім того, в цьому випадку кінець трубопровода подачі газу 7 може бути виконаний у вигляді мундштука з оболонкою з метою утворення захисної газової оболонки.

Вимірювання можуть бути проведені відповідно до двох різних основних принципів, а саме - при допомозі пірометра або при допомозі спектрометра. Потім проводиться кількісна оцінка за допомогою спеціальних електронних вимірювальних приладів, різних для цих двох систем.

Випромінювання, що випускається у разі чисто температурного вимірювання, відрізняється від випромінювання, призначеного для аналізу складу розплаву. Під час аналізу складу спостерігається спектр, що генерується лазером і що випускається плазмою (ультрафіолетовий діапазон).

Шин ашеь с; певгтря - пак спиа

Фо реу | в

Шо о - ст ни ел і

Е. Щ т й | | !

Н 1. Бетті Я и

Ї г 7 і | іш «ЗЛІТ "ж - тк тн вив

Що Ми і й ша ту я : -- ви їх -3

Канни 7 що хост і 75 23 600 (вн х до нс синя й г | Кк ТК Кафе я

ЩО хол ТК - БИ | У й я ! ши щу Й доня ще: у, шк его ман

ОО ЮМ/я, г дражнити,

КХ | ра є : . ех я т

Фіг.2 ш-- он Чл ї

КОМ од Й р. -

Е: й | ет ртн де, ї ху Н Н т- " ще , х в са рес ВН ро

Дод нонвововивнн най Й |в

В -й Ж ня Ша ших

Оуен

Сл Іль сь ден дО

Фіг.З

28000дВ" з

Фіг.4 тк ЗКУ ов 29 7 Ку Кз й Ї тт в ЕІ пн «Й й Б

Шен 23 г 22 й ХУ хв

Їх Ну Се З 8 ще Кв

Фіг.5 де 32

Ї Ї 7 33 ! ші уй 33 декану, КА ж Й АК У

Й 18550 7 Ж-- і / ! Це Як Й і й рай ! М чи ях Др с Й АЙ и 2 ло вес ДИС фіг.б й Ко.

УМ йо шов сть ож ї КО Ки ІК Н с С «5 с ї «Ми КК ние У хх хе сф роті, КА 7 : хе

Пт о ще Ї м 3

Пусти оо ДИКО : ви ; пі жкОЯ ук ї Мсй З пишно МАЯ ГК ра х Фї 7 кл і . пит Е пили фпбобіццюйий Ка ВОК ї фу

Я Ппля ПІДМЕТ ла З -КУ ик Шо : х ї

Пи Гоуєтуют нн ше хоп ож ; сне Он ї ! що

Мои ах Х де ПИТ Що З ик у ши З у рин пд йди ЧИ 7 ОМ М МО кн 3 шк бен зи ни зи ен МЖК Ї --п

Я бр ур к во ! Її - рн чи Я плн тт р ' сотієжннтя . й А п т ЯК Гееєєеяєненя я і мч а А Ох в. и

СВО -сі й «

ІЗ

З й ї о 7 ка й рани ши їй

М ра шк СЕ ря

Ко шт ри ШОН

ПК ошо ртіютв сні йди -й- ешЕ я реениюфнннне ка

ІЗ роки: нин нини й тт, зе. КЕ манні йо Е пл я, АК ОВ НА й КООВЕ ік - з Н я Су Ї шити Ех -х 7 Сб м МЖК хв, 7. Ме геї 2

Те СПИ тт атте ЕКО на дн стояв, пт пон ресВе ЧИМ 7 с ши і е ПІК І щу дер рня щй ЩЕ

ТОЙ, сип ри І хх ринки ІЗ НІШ ше р ЕЕ тт они НН А ре нини чит (ше Гб а С а моя фронт и. що ш Бон 2х ск нен а

Фіг.8 и

З г Коди раки Б і оливи ки щих і МАК Й ин

Н Нм У КІ ШИ КО і

Н раз ЕЛ і КЕ є х шини ї жен і ра я

Н я днів у: Про й хчжбноях ит- У, 1 «Кізі нклнжалкнннннй р я пос а щи А х й ї

ПЕ ик ч й З я ж пою зе кож тю -х і я паж ми -Е ще зх яп керу Н ри ПОЖЕЖА суки п ве ЕТО омели оо петлі ОД РСЕАА КК 3.15 р А я Кк

ШИХ джен що АКТ пт лу жу мо а КЕ :

В: син і ув вододаовн тнсненйдвннн Я Зо он ук вні пов в т и в я -К р й ї. че Вчений -7 ак Да дан

ШИХ М ТТ ; а Ех й ох нон потен есе кьаииююююьких І я дики са С зов ШК

Е киш кра що -е ве я ки р ра є ї ву ой в «Е ча от г 2 х 7 я а й 7 т і

Н о Ка я Що г

ЦІ ре ре Ще І пет

Бо р

Фіг.9 дя

М сон ре Щи ри р Аа уакно АН, // ВАК К--я 1 Бе Мей Що -

Про ен и Си ва ОО о

БЕ и ТИМ ще І х ко ; г М

Фіг.10 р р-е р

Її 2» іл пи ї Ї Хе тт рн ! і - М б

СТИ ТА и р лисовй

ОА Ія пи

Ї Ех до ІЙ шк осади ши и

Фіг. 11

Claims (26)

1. Спосіб реєстрації електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом (3), зокрема, розплавом металу, головним чином у видимому світловому діапазоні і в ближньому ультрафіолетовому і інфрачервоному діапазоні, при якому всередині розплаву (3) шляхом задування газу утворюють газонаповнений порожнистий простір (26), і електромагнітні хвилі (31), що випромінюються розплавом (3), спостерігають через задутий газ і оцінюють шляхом передачі електромагнітних хвиль через оптичну систему (20) на детектор (22) з метою визначення температури і/або хімічного складу, який відрізняється тим, що електромагнітні хвилі (39, 36, 37), направлені похило до оптичної осі (38) оптичної системи (20) і,що випромінюються крайовою областю порожнистого простору (26) виключають з реєстрації шляхом очищення електромагнітних хвиль (31), що випромінюються, від електромагнітних хвиль (36, 37, 39, 40), направлених похило до оптичної осі (38) оптичної системи (20) і що знаходяться за межами допустимого радіуса (41) навколо оптичної осі (38) оптичної системи (20), за рахунок відбивання згаданих електромагнітних хвиль (36, 37, 39, 40) за оптичну вісь (38) оптичної системи (20) в розсіюючому пристрої (42) оптичної системи (20), переважно в розсіювальний фокусуючій системі лінз, і тільки електромагнітні хвилі, направлені приблизно паралельно оптичній осі (38) оптичної системи (20), досягають детектора (22), розміщеного після оптичної системи (20).

2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що оптичну систему (20) переміщують відносно порожнистого простору (26) при регулюванні її оптичної осі (38). доти, поки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються, не досягне максимуме при її оцінці.

3. Спосіб по п. 1 або 2, який відрізняється тим, що після пристрою розсіяння хвиль (42) розміщений пристрій утворення хвильових пучків (43), такий як фокусуюча лінза або система фокусуючих лінз, і електромагнітні хвилі, направлені приблизно паралельно оптичній осі (38) оптичної системи (20), фокусують при допомозі пристрою утворення хвильових пучків (43) і подають на детектор (22) безпосередньо або через оптико-волоконний хвилевід (21), а похилі хвилі і хвилі, що знаходяться за межами допустимого радіуса (36, 37, 39, 40), не охоплюються таким фокусуванням.

4. Спосіб по п. 1 або 2, який відрізняється тим, що і пристрій розсіяння хвиль (42), і розташований за ним пристрій утворення хвильових пучків (43) переміщують відносно порожнистого простору (26) при регулюванні їх оптичної осі (38) доти, поки інтенсивність електромагнітних хвиль, що випромінюються, не досягне максимуму при Тї оцінці.

5. Спосіб по п. 4, який відрізняється тим, що через газонаповнений порожнистий простір в розплав (3) подають енергію, і частину розплаву за рахунок енергії, що подається, випаровують, зокрема газ, що задувається, вступає в хімічну реакцію з розплавом (3) і, таким чином, зумовлює випаровування частини розплаву (3).

6. Спосіб по одному або декільком пп. 1-5, який відрізняється тим, що газ, що задувається для утворення порожнистого простору (26), на дільниці введення в розплав (3) оточують газовою оболонкою або декількома газовими оболонками, що містить вуглеводень утримувальне захисне середовище, переважно змішане з інертним газом.

7. Спосіб по одному або декільком пп. 1-6, який відрізняється тим, що визначення температури або хімічного складу розплаву (3) поєднують із заздалегідь розрахованими або виміряними параметрами, наприклад, з обчисленим вмістом вуглеводню у відпрацьованому газі або з приблизним розрахунковим складом розплаву в момент вимірювання.

8. Спосіб по одному або декільком пп. 1-6, який відрізняється тим, що визначають зміст лише окремих елементів розплаву (3), наприклад міст Мп, Сг, С в розплавах заліза, а вміст інших елементів або з'єднань, що є в розплаві металу (3) і в розплаві шлаку (2), розраховують з них.

9. Спосіб по оджшу або декільком пп. 1-8, який відрізняється тим, що для максимального наближення температури, що вимірюється, до дійсної: температури розплаву (3) всередині порожнистого простору (26) і/або безпосередньо перед ним регулюють під час вимірювання шляхом введення газової суміші.

10. Спосіб по одному або декільком пп. 1-9, який відрізняється тим, що хімічний склад розплаву скоординовано змінюють, і розплав (3) або розплав (3) і шлак (2), ретельно перемішують за допомогою газу або декількох різних газів, що вводяться в розплав (3).

11. Спосіб по одному або декільком п.п. 1-10, який відрізняється тим, що газонаповнений порожнистий простір (26) утворюють на верхній поверхні (59) розплаву.

12. Пристрій для реєстрації: електромагнітних хвиль, що випромінюються розплавом що включає ємність (1), що вміщає розплав (3), трубопровід подачі газу (7), що веде до отвору (5) місткості (1) і що включає вихідний отвір газу (8), орієнтований в напрямі до згаданого отвору (5) і, отже, до розплаву (3), оптичну систему (20) для спостереження вихідного отвору газу (8), детектор (22) для реєстрації електромагнітних хвиль (31), що випромінюються розплавом (3), хвилевід (7, 21), що необов'язково передає електромагнітні хвилі (31) на детектор (22), який відрізняється тим, що утримує оптичний пристрій розсіяння хвиль (42), переважно розсіювально - фокусуючу систему лінз.

13. Пристрій по п. 12, який відрізняється тим, що він утримує оптичну систему (20), встановлену з можливістю переміщення, переважно повороту, відносно металургійної місткості (1) при регулюванні її оптичної осі (38).

14. Пристрій по п. 12 або 13, який відрізняється тим, що він містить пристрій утворення хвильових пучків (43), розташований після пристрою розсіяння хвиль (42), таким як фокусуюча лінза або система послідовно розміщених фокусуючих лінз, і детектор (22), розташований в фокусуючій зоні (44) пристрою утворення хвильових пучків, або оптико-волоконного хвилеводе (21), розташованим в цій зоні і ведучим до детектора (22).

15. Пристрій по одному або декільком пп. 12-14, який відрізняється тим, що оптична система оснащена захисною трубою (24), що містить пристрій газової промивки (25), зокрема пристрій газової промивки, що очищає передній бік - системи лінз (20).

16. Пристрій по одному або декільком пп. 12-15, який відрізняється тим, що пристрій розсіяння хвиль (42) встановлений з можливістю повороту відносно вихідного отвору газу (8), орієнтованого в напрямі до розплаву (3), причому точка перетину оптичної осі (38) пристрою розсіяння, хвиль (42) з площиною поперечного перетину вихідного отвору газу (8) регулюється в межах цієї площини поперечного перетину.

17. Пристрій по п. 16, який відрізняється тим, що і пристрій розсіяння хвиль (42), і пристрій утворення хвильових пучків (43) встановлені, з можливістю обертання.

18. Пристрій по п. 16 або 17, який відрізняється тим, що поворот здійснюється за допомогою карданного шарніра.

19. Пристрій по одному або декільком пп. 12-18, який відрізняється тим, що в зоні фокусування (44) пристрою утворення хвильових пучків (43) розташовано вхід (45) оптико-волоконного хвилеводу (21).

20. Пристрій по одному або декільком пп. 12-19, який відрізняється тим, що в зоні фокусування (44) пристрою утворення хвильових пучків (43) розташований детектор (22).

21. Пристрій по одному або декільком пп. 12-20, який відрізняється тим, що кінець трубопроводу подачі газу (7) виконаний у вигляді дво - або багатотрубного мундштука (15), причому кільцеподібний зазор (зазори) (17) оболонки мундштука сполучається (сполучаються) з трубопроводом, що подає газоподібний вуглеводень.

22. Пристрій по одному або декільком пп. 12-21, який відрізняється тим, що кінець трубопроводе додачі газу (7) оснащений багатоканальним мундштуком, отвори якого можуть сполучатися з одним або декількома подавальними трубопроводами для вуглеводня/моноокису вуглеводу, двоокису вуглеводу, інертного газу, пари, масла або води і/або їх сумішей.

23. Пристрій по одному або декільком пп. 12-22, який відрізняється тим, що містить пристрій генерування лазерного променя (29), орієнтований в напрямі до вихідного отвору (8) трубопроводу подачі газу (7).

24. Пристрій по п. 23, який відрізняється тим, що пристрій генерування лазерного променя (29) пов'язаний з фокусуючим пристроєм.

25. Пристрій по одному або декільком пп. 12-24, який відрізняється тим, що трубопровід подачі газу (7) містить пристрій розсіяння хвиль (42) і занурений в розплав (3).

26. Спосіб роботи пристрою по одному або декільком пп. 12-25, який відрізняється тим, що для захисту частини пристрою (7, 21, 23, 15), яка входить в місткість (1), подачу захисної середи регулюють шляхом стрибкоподібного або безперервного збільшення подачі вуглеводне утримуючого захисного середовища при збільшенні агресії розплаву (3), тобто при підйомі температури або при перегріві розплаву (3).