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課題

失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器に使用するための光コアワイヤの供給を制御する方法を提供する。

解決手段

容器に収容された溶湯コアワイヤ6を供給する方法であって、コアワイヤを、コアワイヤの先端部10が容器の入口位置35に近接する第1位置に配置し、入口位置は溶湯表面16の上方にあり、コアワイヤは光ファイバと光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、コアワイヤを、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、第1位置からコアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面20内にある第2位置まで、第1速度で第1期間にわたって供給し、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、コアワイヤを第2速度で第2期間にわたって供給して溶湯の第1測定を行う。

概要

背景

背景技術
溶湯の温度を測定するのに使用することのできるカバー付光ファイバが英国特許出願第1518208.2号(2015年10月14日出願)に開示されている。被覆された光ファイバは、スプールから巻き解かれ、ガイドパイプを介して溶湯浴へと供給される。光ファイバの一部が予測可能な深さで溶湯に浸漬されるときに、黒体状態での溶湯から放射される放射光により、浸漬された消費光ファイバの反対側の端部に取り付けられた光電変換素子を使用した放射強度を利用して溶湯の温度を決定することができるようになる。この測定の間に、光ファイバの浸漬部分は溶湯浴によって消費されるため、新たな光ファイバを継続的に供給することによってしか継続的な温度情報利用可能とはならない。

石英ガラス光ファイバ失透により、透過光減衰が生じる、すなわち、この損傷程度に比例した誤差が生じる。当該技術分野では、浸漬された光ファイバは、確かな性能を得るために、光コアの失透速度以上の速度で消費されなければならないことが周知である。消費光ファイバを溶湯に供給するための様々なスキームは、全て光ファイバコアの失透前に光ファイバコアを溶湯に曝すように設計されている。しかしながら、失透速度は、光コアワイヤの構造、溶湯浴の温度、流体運動、溶湯浴を覆うスラグの量及び種類などの溶湯浴の実際の条件、並びに光ファイバが各測定サイクルの前後に曝される金属容器の熱的環境に依存する。光ファイバが金属処理中の様々な時間に様々な金属容器に導入される間に曝される多数の様々な条件のため、多数の供給スキームが生じる可能性がある。

従って、解決すべき課題は、実用的で、様々な溶湯容器に適用することができ、且つ、光ファイバの使用前、使用中及び使用後、特に測定シーケンスにおける連続測定に使用する際の光ファイバの劣化を考慮に入れた、光コアワイヤを溶湯浴に供給するための特定の方法を確立することである。

米国特許第5,585,914号には、5mm/秒の速度で10秒間ノズルを通して溶湯浴に供給することができる単一の金属ジャケット付光ファイバが記載されている。次いで、浸漬したファイバは浸漬位置で20秒間保持される。この方法を周期的に実施する場合には、この方法は連続的であるとみなすことができる。このタイプの操作を行うには、単一金属ジャケット付光ファイバを、5Nm3/時及び121Nm/秒の速度の連続ガスシュラウディングを必要とする容器側壁ノズルを通して金属表面の下方の位置から供給する。この方法の利点は、供給されていない光ファイバがガスシュラウディングによって保冷されることである。しかしながら、米国特許第5,585,914号に教示されるように、このタイプの溶湯への浸漬アクセスを使用することに関連する課題は、ノズルを開いたままにし、障害のないようにする能力である。開口部が閉塞すると、連続的な供給は不可能になる。米国特許第8,038,344号には、開口部が閉塞されているかどうかを判断するために、追加の圧力測定をこのようなガスパージノズルと共に採用すべきことが記載されている。

この問題を回避するために、光ファイバを溶湯表面の上方から溶湯浴中に供給することができる。しかしながら、この方法も、いくつかの固有の問題がないわけではない。光ファイバは、ガイドチューブ出口から溶融スラグカバーを通って最終的にスラグ表面の下方の溶湯浴中までの距離を移動しなければならない。正確な測定のために必要な黒体条件を形成するためには、ファイバを溶湯浴まで及び溶湯浴によって代表される冶金容器内の位置まで最小の距離で浸漬しなければならない。光ファイバが溶湯浴に浸漬されるこの時間の間に、光ファイバの金属ジャケットは放射、対流及び伝導加熱に曝される。光ファイバの軟化により、光ファイバの浮力のため溶湯浴の外側で光ファイバの屈曲が生じる可能性があり、これは溶湯浴の流体電流によって助長される場合がある。従って、溶湯処理容器の過酷な産業環境では、測定期間中に黒体状態を確保するために適宜光ファイバの所定の深さを維持することは、温度上昇に伴う従来技術の金属ジャケット付光ファイバにおける本来的な弱点のため困難であることが分かっている。

鋼製外側カバーを有する多層ワイヤ鋼鉄製品に使用して、添加物質を溶湯浴に選択的に導入する。例えば、独国特許出願公開第19916235号、独国特許出願公開第3712619号、独国特許第19623194号、米国特許第6,770,366号及び米国特許第7,906,747号に開示されている当該ワイヤは、溶湯、特に溶鋼添加物を繰返し可能に曝すことに関する。コアワイヤ充填ワイヤ又はワイヤ成型添加物を使用してこれらのドーピング物質を鋼に添加する効率は、ドーピング添加物を溶湯表面の下方の特定の距離にまで供給することに依存する。これは、外側の鋼製ジャケットの破壊、すなわち、添加物を溶湯に曝すことが所定の深さで生じることを保証するのに十分な速度で、特定の長さの添加物付コアワイヤを送り出すことができる特別な機械及び供給方法によって達成される。添加物コアワイヤの実用的浸漬を実施するために、例えば、欧州特許出願公開第0806640号、日本国特許公開第H09101206号、日本国特許公開第S6052507号及び独国特許登録第3707322号に開示されているように特別なワイヤ供給装置との一体化のために、例えば米国特許第5,988,545号に開示されているように長尺コアワイヤがコイル又はスプールに供給される。添加物コアワイヤの教示から、光コアワイヤの構築及びコアワイヤ供給機械の使用が有効であった。しかしながら、この従来技術の主要部分には、光ファイバの失透速度に対処しつつ、連続的な消費性光コアを溶湯に曝すために光コアワイヤの浸漬をどのように制御するかについては記載されていない。

特開平9−304185号公報には、ファイバ消費速度が失透速度よりも速くなければならず、それによって新たな光ファイバ表面が常に利用可能であることを確実にする供給速度の解決手段が記載されている。新たな材料をコンスタントに供給して失透したファイバを交換するため、放射損失なしに放射線受容し且つ通過させるのに適している。そのため、この供給方法は、光ファイバ構造自体とは無関係ではあり得ない。光ファイバは、1200℃の閾値に達するまで溶湯中に送り出される。その後、光ファイバを停止させ、温度を記録する。2秒の第1期間後に、光ファイバの固定された10mmの長さを溶湯浴に供給して、温度を再び記録する。その後、第2の記録された温度を、第1の記録された温度と比較する。第1の温度と第2の温度とを比較することにより、測定が成功したかどうか、又は追加のサイクルが必要かどうか判断する。

測定値許容可能なものかどうかを判断する手段の他に、供給速度は特定されていない。電気アーク炉などのより苛酷測定環境では、供給速度は、光ファイバを溶湯に浸漬する前に溶湯の上方で発生する予熱量のため有意に変動することが分かった。多数の浸漬の場合には、光ワイヤ熱曝露は、測定の間の時間間隔で生じることになる。放射曝露による実質的な予熱は、実際の温度よりも低い温度で現れる失透を促進させる。金属学的処理の間に、実際の温度は、製造プロセス中に順当に低下するため、光ファイバの失透には関連しない可能性がある。従って、このプロセスによる実際の温度変化と失透による測定温度の変化とは切り離せないため、公知の方法では不十分である。さらに、溶湯容器の内部環境は、光ファイバの浸漬前であっても設定温度を容易に超える可能性がある。失透速度は、正確な温度測定のための制御因子であるため、光ファイバの供給は、光ファイバの構造と、光ファイバの浸漬前、浸漬中及び浸漬後に曝される環境の両方の関数である。

作動前の閾値温度を測定することに依拠する供給方法では、測定後に、残りの光コアワイヤ又は金属ジャケット付光ファイバが、現在の浸漬と今後の浸漬との間隔において熱伝導によって失透することになるという事実が軽視される。失透は不正確な光収集をもたらすため、誤った温度は不適切な供給判断につながる。したがって、光ワイヤの供給方法を実施するために、前の測定のコア光ファイバ残留物が、後の測定に影響を与えないように考慮しなければならない。いくつかの従来技術はこの限界を認識している。例えば、特開平9−243459号公報には、損傷を受けた浸漬可能な光ファイバを、失透していないファイバを与えるために毎回供給コイルから切り離さなければならないという是正措置が教示されている。しかしながら、この文献には、失透の程度をどのように決定するのかについて示されていない。また、実際に、これも、ファイバの損傷部分切り離すための追加の装置を必要とし、浸漬が溶湯浴の上方から行われる場合は、ファイバをスラグの層から引き出さなければならない。同様に、スラグがファイバ上に集まり、それによって容器からの取り外し及び最終的に切断機構を妨げる場合がある。

米国特許第7,748,896号には、溶湯浴のパラメータを測定するための改良された光ファイバ装置が記載されている。この装置は、光ファイバと、光ファイバを側面から取り囲むカバーと、光ファイバに接続された検出器とを備え、このカバーは、1つの層が金属管を備え、中間層がこの金属管の下方に配置される複数の層で光ファイバを取り囲む。この中間層は、粉末又は繊維状若しくは粒状材料を含み、この中間層の材料は、複数の部分でファイバを取り囲む。中間層は、二酸化ケイ素粉末又は酸化アルミニウム粉末から形成され、ガス生成材料を含むことができる。

対応特許である米国特許第7,891,867号には、初期温度応答間隔を決定することによって当該光コアワイヤを供給する方法が記載されている。ファイバの供給速度は、第1の熱応答間隔中検出温度の変化と次の第2の時間間隔中の検出温度の変化とを比較することによって決定される。したがって、光ファイバの供給速度は、光ファイバの構造とは無関係のパラメータによって供給中に最適化され、且つ、調整可能である。また、2つの時間間隔内の熱応答時間の識別しか必要とされない。供給速度を制御するこの方法は、スポット的な測定には適しているが、ひとたび開始されると、繰返しの測定では、説明されているような初期の熱応答間隔を示さないという事実を説明していない。この従来技術の方法によれば、加熱速度、すなわち熱応答は、供給速度、スラグ温度並びに特定の炉の溶融温度の結果である。しかしながら、光ファイバは金属に浸漬される前に放射を受ける。この従来技術の方法で説明された第1の間隔の非常に低い温度は、ほとんどの状況において溶湯浴の外で発生するので、第1の間隔は溶融炉熱条件の特性ではなく、金属に対する光ファイバの応答特性である。

したがって、第1の浸漬、次いで繰返しの浸漬のために好適であり、且つ、その間の冷却期間又は開始閾値の達成に依存しない予測可能な浸漬方法に対する要望がある。

溶融炉内浴レベルは、容器の耐火ライニング輪郭及び摩耗に起因して変化を受けることは当業者には周知である。これにより、導入位置が容器の物理的構造に主として固定される一方で、浴内の理想的な浸漬深さ及び配置が変動する場合が多いという問題が生じる。先に説明したように、失透速度は、溶湯への浸漬前、その間及びその後の光コアへの熱入力量の関数であるので、適用環境の複数の熱源も変動する場合があることを考慮しなければならない。というのは、光コアワイヤが浸漬された状態になるまでに移動しなければならない距離は、各容器の形状及び精製プロセスによって変動するからである。

したがって、失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器、特に電気アーク炉に使用するための改良された光コアワイヤの供給を制御する簡単で有効な手段に対する要望がある。

概要

失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器に使用するための光コアワイヤの供給を制御する方法を提供する。容器に収容された溶湯にコアワイヤ6を供給する方法であって、コアワイヤを、コアワイヤの先端部10が容器の入口位置35に近接する第1位置に配置し、入口位置は溶湯表面16の上方にあり、コアワイヤは光ファイバと光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、コアワイヤを、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、第1位置からコアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面20内にある第2位置まで、第1速度で第1期間にわたって供給し、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、コアワイヤを第2速度で第2期間にわたって供給して溶湯の第1測定を行う。

目的

従って、解決すべき課題は、実用的で、様々な溶湯容器に適用することができ、且つ、光ファイバの使用前、使用中及び使用後、特に測定シーケンスにおける連続測定に使用する際の光ファイバの劣化を考慮に入れた、光コアワイヤを溶湯浴に供給するための特定の方法を確立することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

容器に収容された溶湯、好ましくは溶湯鋼にコアワイヤを供給する方法であって、該方法は、・該コアワイヤを、該コアワイヤの先端部が容器の入口位置近接する第1位置に配置し、該入口位置は溶湯表面の上方にあり、該コアワイヤは光ファイバと該光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、・該コアワイヤを、該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、該第1位置から該コアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面内にある第2位置まで、第1速度で第1期間にわたって供給し、及び・該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第2速度で第2期間にわたって供給して溶湯の第1測定を行うことを含む方法。

請求項2

前記方法は、・前記コアワイヤを第2速度で供給した後に、前記コアワイヤの先端部が第3位置に至るまで溶融して溶湯の表面に戻るように、前記コアワイヤの供給を停止させ、・その後、前記コアワイヤを前記第3位置から再度前記第2位置まで第1速度で供給し、・前記光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、前記コアワイヤを第2速度で供給し、溶湯の第2測定を行うことをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記方法は、前記コアワイヤを前記第2速度で供給しながら前記溶湯の温度測定を行うことをさらに含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記第1速度が前記第2速度よりも速いことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。

請求項5

前記第2速度が前記溶湯への浸漬による光ファイバの消費速度に等しいことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。

請求項6

前記第1速度が8〜12メートル/分の間、好ましくは10メートル/分であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。

請求項7

前記第2速度が4〜7メートル/分の間、好ましくは5メートル/分であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。

請求項8

前記カバーが低炭素鋼から形成された外側金属ジャケットを含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。

請求項9

前記外側金属ジャケットが1mmの厚さを有することを特徴とする、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記外側金属ジャケットが1mmより厚い又は1mm未満の厚さを有し、前記第2速度が、次式:第2速度=(5*(T)^-1)/(MP/1800)(式中、Tは外側金属ジャケットの厚さ(mm)であり、MPはケルビンで表される外側ジャケットの材料の融点である。)によって算出されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。

請求項11

前記コアワイヤを、前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部を備える供給装置によって供給することを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。

請求項12

前記コアワイヤを、モータ駆動部と前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部とを備える供給装置によって供給し、前記モータ駆動部の電力消費速度が前記溶湯内の前記コアワイヤの先端部の浸漬により変化し、それによって、電力消費速度変化の検出に基づいて、前記制御部が前記コアワイヤの供給速度を前記第1速度から前記第2速度に調節することを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。

技術分野

0001

技術分野
本発明は、溶湯浴の温度を測定する方法に関し、特に、電気炉内の溶湯浴の温度を、カバーで囲まれた光ファイバによって測定する方法に関する。

背景技術

0002

背景技術
溶湯の温度を測定するのに使用することのできるカバー付光ファイバが英国特許出願第1518208.2号(2015年10月14日出願)に開示されている。被覆された光ファイバは、スプールから巻き解かれ、ガイドパイプを介して溶湯浴へと供給される。光ファイバの一部が予測可能な深さで溶湯に浸漬されるときに、黒体状態での溶湯から放射される放射光により、浸漬された消費光ファイバの反対側の端部に取り付けられた光電変換素子を使用した放射強度を利用して溶湯の温度を決定することができるようになる。この測定の間に、光ファイバの浸漬部分は溶湯浴によって消費されるため、新たな光ファイバを継続的に供給することによってしか継続的な温度情報利用可能とはならない。

0003

石英ガラス光ファイバ失透により、透過光減衰が生じる、すなわち、この損傷程度に比例した誤差が生じる。当該技術分野では、浸漬された光ファイバは、確かな性能を得るために、光コアの失透速度以上の速度で消費されなければならないことが周知である。消費光ファイバを溶湯に供給するための様々なスキームは、全て光ファイバコアの失透前に光ファイバコアを溶湯に曝すように設計されている。しかしながら、失透速度は、光コアワイヤの構造、溶湯浴の温度、流体運動、溶湯浴を覆うスラグの量及び種類などの溶湯浴の実際の条件、並びに光ファイバが各測定サイクルの前後に曝される金属容器の熱的環境に依存する。光ファイバが金属処理中の様々な時間に様々な金属容器に導入される間に曝される多数の様々な条件のため、多数の供給スキームが生じる可能性がある。

0004

従って、解決すべき課題は、実用的で、様々な溶湯容器に適用することができ、且つ、光ファイバの使用前、使用中及び使用後、特に測定シーケンスにおける連続測定に使用する際の光ファイバの劣化を考慮に入れた、光コアワイヤを溶湯浴に供給するための特定の方法を確立することである。

0005

米国特許第5,585,914号には、5mm/秒の速度で10秒間ノズルを通して溶湯浴に供給することができる単一の金属ジャケット付光ファイバが記載されている。次いで、浸漬したファイバは浸漬位置で20秒間保持される。この方法を周期的に実施する場合には、この方法は連続的であるとみなすことができる。このタイプの操作を行うには、単一金属ジャケット付光ファイバを、5Nm3/時及び121Nm/秒の速度の連続ガスシュラウディングを必要とする容器側壁ノズルを通して金属表面の下方の位置から供給する。この方法の利点は、供給されていない光ファイバがガスシュラウディングによって保冷されることである。しかしながら、米国特許第5,585,914号に教示されるように、このタイプの溶湯への浸漬アクセスを使用することに関連する課題は、ノズルを開いたままにし、障害のないようにする能力である。開口部が閉塞すると、連続的な供給は不可能になる。米国特許第8,038,344号には、開口部が閉塞されているかどうかを判断するために、追加の圧力測定をこのようなガスパージノズルと共に採用すべきことが記載されている。

0006

この問題を回避するために、光ファイバを溶湯表面の上方から溶湯浴中に供給することができる。しかしながら、この方法も、いくつかの固有の問題がないわけではない。光ファイバは、ガイドチューブ出口から溶融スラグのカバーを通って最終的にスラグ表面の下方の溶湯浴中までの距離を移動しなければならない。正確な測定のために必要な黒体条件を形成するためには、ファイバを溶湯浴まで及び溶湯浴によって代表される冶金容器内の位置まで最小の距離で浸漬しなければならない。光ファイバが溶湯浴に浸漬されるこの時間の間に、光ファイバの金属ジャケットは放射、対流及び伝導加熱に曝される。光ファイバの軟化により、光ファイバの浮力のため溶湯浴の外側で光ファイバの屈曲が生じる可能性があり、これは溶湯浴の流体電流によって助長される場合がある。従って、溶湯処理容器の過酷な産業環境では、測定期間中に黒体状態を確保するために適宜光ファイバの所定の深さを維持することは、温度上昇に伴う従来技術の金属ジャケット付光ファイバにおける本来的な弱点のため困難であることが分かっている。

0007

鋼製外側カバーを有する多層ワイヤ鋼鉄製品に使用して、添加物質を溶湯浴に選択的に導入する。例えば、独国特許出願公開第19916235号、独国特許出願公開第3712619号、独国特許第19623194号、米国特許第6,770,366号及び米国特許第7,906,747号に開示されている当該ワイヤは、溶湯、特に溶鋼添加物を繰返し可能に曝すことに関する。コアワイヤ充填ワイヤ又はワイヤ成型添加物を使用してこれらのドーピング物質を鋼に添加する効率は、ドーピング添加物を溶湯表面の下方の特定の距離にまで供給することに依存する。これは、外側の鋼製ジャケットの破壊、すなわち、添加物を溶湯に曝すことが所定の深さで生じることを保証するのに十分な速度で、特定の長さの添加物付コアワイヤを送り出すことができる特別な機械及び供給方法によって達成される。添加物コアワイヤの実用的浸漬を実施するために、例えば、欧州特許出願公開第0806640号、日本国特許公開第H09101206号、日本国特許公開第S6052507号及び独国特許登録第3707322号に開示されているように特別なワイヤ供給装置との一体化のために、例えば米国特許第5,988,545号に開示されているように長尺コアワイヤがコイル又はスプールに供給される。添加物コアワイヤの教示から、光コアワイヤの構築及びコアワイヤ供給機械の使用が有効であった。しかしながら、この従来技術の主要部分には、光ファイバの失透速度に対処しつつ、連続的な消費性光コアを溶湯に曝すために光コアワイヤの浸漬をどのように制御するかについては記載されていない。

0008

特開平9−304185号公報には、ファイバ消費速度が失透速度よりも速くなければならず、それによって新たな光ファイバ表面が常に利用可能であることを確実にする供給速度の解決手段が記載されている。新たな材料をコンスタントに供給して失透したファイバを交換するため、放射損失なしに放射線受容し且つ通過させるのに適している。そのため、この供給方法は、光ファイバ構造自体とは無関係ではあり得ない。光ファイバは、1200℃の閾値に達するまで溶湯中に送り出される。その後、光ファイバを停止させ、温度を記録する。2秒の第1期間後に、光ファイバの固定された10mmの長さを溶湯浴に供給して、温度を再び記録する。その後、第2の記録された温度を、第1の記録された温度と比較する。第1の温度と第2の温度とを比較することにより、測定が成功したかどうか、又は追加のサイクルが必要かどうか判断する。

0009

測定値許容可能なものかどうかを判断する手段の他に、供給速度は特定されていない。電気アーク炉などのより苛酷測定環境では、供給速度は、光ファイバを溶湯に浸漬する前に溶湯の上方で発生する予熱量のため有意に変動することが分かった。多数の浸漬の場合には、光ワイヤ熱曝露は、測定の間の時間間隔で生じることになる。放射曝露による実質的な予熱は、実際の温度よりも低い温度で現れる失透を促進させる。金属学的処理の間に、実際の温度は、製造プロセス中に順当に低下するため、光ファイバの失透には関連しない可能性がある。従って、このプロセスによる実際の温度変化と失透による測定温度の変化とは切り離せないため、公知の方法では不十分である。さらに、溶湯容器の内部環境は、光ファイバの浸漬前であっても設定温度を容易に超える可能性がある。失透速度は、正確な温度測定のための制御因子であるため、光ファイバの供給は、光ファイバの構造と、光ファイバの浸漬前、浸漬中及び浸漬後に曝される環境の両方の関数である。

0010

作動前の閾値温度を測定することに依拠する供給方法では、測定後に、残りの光コアワイヤ又は金属ジャケット付光ファイバが、現在の浸漬と今後の浸漬との間隔において熱伝導によって失透することになるという事実が軽視される。失透は不正確な光収集をもたらすため、誤った温度は不適切な供給判断につながる。したがって、光ワイヤの供給方法を実施するために、前の測定のコア光ファイバ残留物が、後の測定に影響を与えないように考慮しなければならない。いくつかの従来技術はこの限界を認識している。例えば、特開平9−243459号公報には、損傷を受けた浸漬可能な光ファイバを、失透していないファイバを与えるために毎回供給コイルから切り離さなければならないという是正措置が教示されている。しかしながら、この文献には、失透の程度をどのように決定するのかについて示されていない。また、実際に、これも、ファイバの損傷部分切り離すための追加の装置を必要とし、浸漬が溶湯浴の上方から行われる場合は、ファイバをスラグの層から引き出さなければならない。同様に、スラグがファイバ上に集まり、それによって容器からの取り外し及び最終的に切断機構を妨げる場合がある。

0011

米国特許第7,748,896号には、溶湯浴のパラメータを測定するための改良された光ファイバ装置が記載されている。この装置は、光ファイバと、光ファイバを側面から取り囲むカバーと、光ファイバに接続された検出器とを備え、このカバーは、1つの層が金属管を備え、中間層がこの金属管の下方に配置される複数の層で光ファイバを取り囲む。この中間層は、粉末又は繊維状若しくは粒状材料を含み、この中間層の材料は、複数の部分でファイバを取り囲む。中間層は、二酸化ケイ素粉末又は酸化アルミニウム粉末から形成され、ガス生成材料を含むことができる。

0012

対応特許である米国特許第7,891,867号には、初期温度応答間隔を決定することによって当該光コアワイヤを供給する方法が記載されている。ファイバの供給速度は、第1の熱応答間隔中検出温度の変化と次の第2の時間間隔中の検出温度の変化とを比較することによって決定される。したがって、光ファイバの供給速度は、光ファイバの構造とは無関係のパラメータによって供給中に最適化され、且つ、調整可能である。また、2つの時間間隔内の熱応答時間の識別しか必要とされない。供給速度を制御するこの方法は、スポット的な測定には適しているが、ひとたび開始されると、繰返しの測定では、説明されているような初期の熱応答間隔を示さないという事実を説明していない。この従来技術の方法によれば、加熱速度、すなわち熱応答は、供給速度、スラグ温度並びに特定の炉の溶融温度の結果である。しかしながら、光ファイバは金属に浸漬される前に放射を受ける。この従来技術の方法で説明された第1の間隔の非常に低い温度は、ほとんどの状況において溶湯浴の外で発生するので、第1の間隔は溶融炉熱条件の特性ではなく、金属に対する光ファイバの応答特性である。

0013

したがって、第1の浸漬、次いで繰返しの浸漬のために好適であり、且つ、その間の冷却期間又は開始閾値の達成に依存しない予測可能な浸漬方法に対する要望がある。

0014

溶融炉内浴レベルは、容器の耐火ライニング輪郭及び摩耗に起因して変化を受けることは当業者には周知である。これにより、導入位置が容器の物理的構造に主として固定される一方で、浴内の理想的な浸漬深さ及び配置が変動する場合が多いという問題が生じる。先に説明したように、失透速度は、溶湯への浸漬前、その間及びその後の光コアへの熱入力量の関数であるので、適用環境の複数の熱源も変動する場合があることを考慮しなければならない。というのは、光コアワイヤが浸漬された状態になるまでに移動しなければならない距離は、各容器の形状及び精製プロセスによって変動するからである。

0015

したがって、失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器、特に電気アーク炉に使用するための改良された光コアワイヤの供給を制御する簡単で有効な手段に対する要望がある。

先行技術

0016

英国特許出願第1518208.2号明細書
米国特許第5,585,914号明細書
米国特許第8,038,344号明細書
独国特許出願公開第19916235号明細書
独国特許出願公開第3712619号明細書
独国特許登録第19623194号明細書
米国特許第6,770,366号明細書
米国特許第7,906,747号明細書
米国特許第5,988,545号明細書
欧州特許出願公開第0806640号明細書
特開平9−101206号公報
特開昭60−52507号公報
独国特許登録第3707322号明細書
特開平9−304185号公報
特開平9−243459号公報
米国特許第7,748,896号明細書
米国特許第7,891,867号明細書

発明が解決しようとする課題

0017

本発明は、光ファイバによって溶湯浴、特に溶鋼浴の温度を測定する方法に関する。この方法は、所定の距離にわたって光コアワイヤ(すなわち、中心部に光ファイバを備えるワイヤ)の複数の供給速度を使用して、浸漬された消費光コアファイバの供給プロファイルを制御することによって溶湯浴の温度を測定する。また、この方法は、容器の耐火表面上の摩擦にかかわらず、光コアワイヤの投与されるべき必要な長さを決定するための技術を用いる。この方法は、前の測定から炉内へ送り出された失透光コアワイヤの長さを予測するのに適している。本発明は、溶湯処理中又は溶湯の処理中の重要な間間隔中の連続温度検出に適しており、それによって、温度情報は、精度が溶湯によるファイバの消費速度に依存する消費光ファイバの半連続供給によって要求に応じて入手できるようになる。

課題を解決するための手段

0018

概要
要約すると、以下の実施形態を本発明の範囲内で特に好ましいものとして提案される。

0019

実施形態1:容器に収容された溶湯、好ましくは溶湯鋼にコアワイヤを供給する方法であって、該方法は、
・該コアワイヤを、該コアワイヤの先端部が容器の入口位置近接する第1位置に配置し、該入口位置は溶湯表面の上方にあり、該コアワイヤは光ファイバと該光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、
・該コアワイヤを、該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、該第1位置から該コアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面内にある第2位置まで、第1速度で第1期間にわたって供給し、及び
・該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第2速度で第2期間にわたって供給して溶湯の第1測定を行うこと
を含む方法。

0020

実施形態2:前記方法は、
・前記コアワイヤを第2速度で供給した後に、該コアワイヤの先端部が第3位置に至るまで溶融して溶湯の表面に戻るように、コアワイヤの供給を停止させ、
・その後、該コアワイヤを該第3位置から再度該第2位置まで第1速度で供給し、
・光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第2速度で供給し、溶湯の第2測定を行うこと
をさらに含むことを特徴とする、上記の実施形態に記載の方法。

0021

実施形態3:前記方法は、前記コアワイヤを前記第2速度で供給しながら前記溶湯の温度測定を行うことをさらに含むことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0022

実施形態4:前記第1速度が前記第2速度よりも速いことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0023

実施形態5:前記第2速度が前記溶湯への浸漬による光ファイバの消費速度に等しいことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0024

実施形態6:前記第1速度が8〜12メートル/分の間、好ましくは10メートル/分であることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0025

実施形態7:前記第2速度が4〜7メートル/分の間、好ましくは5メートル/分であることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0026

実施形態8:前記カバーが低炭素鋼から形成された外側金属ジャケットを含むことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0027

実施形態9:前記外側金属ジャケットが1mmの厚さを有することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0028

実施形態10:前記外側金属ジャケットが1mmより厚い又は1mm未満の厚さを有し、前記第2速度が次式
第2速度=(5*(T)^-1)/(MP/1800)
(式中、Tは外側金属ジャケットの厚さ(mm)であり、MPはケルビンで表される外側ジャケットの材料の融点である。)
によって算出されることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0029

実施形態11:前記コアワイヤを、前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部を備える供給装置によって供給することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0030

実施形態12:前記コアワイヤを、モータ駆動部と前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部とを備える供給装置によって供給し、前記モータ駆動部の電力消費速度が前記溶湯内の前記コアワイヤの先端部の浸漬により変化し、それによって、電力消費速度変化の検出に基づいて、前記制御部が前記コアワイヤの供給速度を前記第1速度から前記第2速度に調節することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

0031

上記概要並びに本発明の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばさらによく理解されるであろう。本発明を例示する目的のために、図面には現時点で好ましい実施形態が示されている。しかしながら、本発明は、図示された正確な配置及び手段には限定されないことを理解されたい。

図面の簡単な説明

0032

図1は、本発明の一実施形態に係るプラスチックジャケット付光コアファイバの周囲にあるロープ状の中間層及び外側金属ジャケットを示す光コアワイヤの模式的な断面図である。
図2は、本発明の一実施形態に係る溶湯及びスラグを収容する屋根部及び床部を有する冶金容器の断面図であり、当該図において、光コアワイヤは冶金容器内の測定位置にあり、それによって、外側金属ジャケットの一部は溶融して中間層の溶融グロブを形成し、測定のために光コアが露出されている。
図3のaは、光コアワイヤが浸漬開始前の位置にある図2に示された冶金容器の断面図であり、bは、光コアワイヤがその測定位置まで溶湯に浸漬されている図2に示された冶金容器の断面図であり、cは、光コアワイヤが消費され、溶湯上方で停止して後の測定を待っている図2に示された冶金容器の断面図であり、dは、光コアワイヤが後の測定中に溶湯に再浸漬されている図2に示された冶金容器の断面図である。
図4は、本発明の一実施形態に係る、図1に示された光コアワイヤを使用するのに好適な溶湯の温度を測定するためのシステムの概略図を示す。
図5は、本発明の一実施形態に係る、図4のシステムを使用するための屋根部と床部を有する冶金容器の一例を示す。

0033

詳細な説明
本発明は、冶金容器に収容される溶湯浴に光コアワイヤを供給する方法に関する。

0034

図1を参照すると、本発明の一実施形態にかかる光コアワイヤ6が示されている。光コアワイヤ6は、中間材料24を取り囲む外側保護管23、特に外側金属ジャケット23を備える。中間材料24は、複数のストランド24の形状であることが好ましい。複数のストランド24は、好ましくは増量されており且つ複数のEガラス繊維から形成されている。

0035

外側金属ジャケット23は、Fe含有量が50%以上の金属から形成されることが好ましい。外側金属ジャケット23は、2015年10月14日に出願された英国特許出願第1518208.2号に開示された材料、すなわち低炭素鋼から形成されることがより好ましい。外側金属ジャケット23は、1mmの厚さを有することが好ましい。

0036

複数のストランド24は内側保護管25、特に、緩衝管とも呼ばれる内側プラスチック管25を取り囲み、該内側保護管25は、その内部に光ファイバ26を収容する(すなわち包囲する)。光ファイバ26の外径は、プラスチック管25の内径よりも小さいことが好ましい。ストランド24は、プラスチック管25の周囲にある交互の層において時計回り27及び反時計回り28の両方向に撚られて、ロープ状の形態29(又はより簡単にはロープ)を形成することができる。光ファイバ26はロープ29の中心にある。光ファイバ26は、50/125μ又は62.5/125μのグレーデッドインデックスであることが好ましい。本明細書で使用するときに、用語「光コア」とは、光コアファイバ26の内側石コア(50又は62.5μのいずれか)又は光コアワイヤ6のコアである光ファイバ26全体(125μ)をいう。

0037

図2及び図3を参照すると、本発明の方法は、溶湯19の温度を測定するために、スラグ層17によって覆われた溶湯19を収容する冶金容器31内に光コアワイヤ6を供給することを含む。図4は、本発明の一実施形態に係る一般的な供給及び温度測定システム14を示す。システム14は、着座コイル2及び/又はロールスタンド2aと、ワイヤフィーダ4と、ガイドチューブ5と、浸漬ノズル11と、ガイドチューブ5を浸漬ノズル11に連結するコネクタ9とを備える。ガイドチューブ5は、ワイヤフィーダ4と浸漬ノズル11との間の全距離にわたって延在していてもよく、又は、図4に示すように、この距離の一部分のみにわたって延在していてもよい。浸漬ノズル11は同心円状に構成された二重管であり、入口7で管の間に入るガスによって冷却される(図4参照)。

0038

供給プロセス中に、光コアワイヤ6を、ワイヤフィーダ4の動作によって着座コイル2又はロールスタンド2aのいずれかから送り出し、ガイドチューブ5の入口12を介してガイドチューブ5の内部通路に移動させる。その後、光コアワイヤ6を浸漬ノズル11の内管を介して供給すると同時に、空気を入口7を通して供給して、浸漬ノズル11の内管と外管との間の空間を移動させる。空気は、約6バールの圧力であることが好ましい。空気は、浸漬ノズル11の内管と外管との間の空間を通って移動し、浸漬ノズル11の出口18から出ることが好ましい。冷却空気の絶対量は、スラグが発泡している場合であっても、スラグ17が浸漬ノズル11の出口18に入り該出口を閉鎖しないように選択すべきである。発泡スラグの高さはいずれの図にも示されていない。しかしながら、発泡スラグ状態では、出口18はスラグ層17によって覆われることになる。

0039

浸漬ノズル11は様々な位置に配置することができるが、浸漬ノズル11は、溶湯浴19の上方の位置から溶湯19の表面16まで直線状にアクセスするように配置されることが好ましい。浸漬ノズル11は、ノズル11の出口18が冶金容器31の入口位置(本明細書では上端部又は屋根部35ともいう)と一致する(特に直下に位置する)ように配置されることがより好ましい。

0040

冶金容器31は、電気アーク炉、ラドルタンディッシュ又は溶湯処理のために当業者に知られている容器若しくは容器の部分であってもよい。本発明の好ましい実施形態を説明する目的のため、容器31は屋根部35と床部37を有するものとして記載されているが、溶湯を保持することができる任意の容器が本発明の方法に適用可能であるので、容器31は屋根部を有する必要はないことが分かるだろう。

0041

図3aは、一連の測定の最初の浸漬前の光コアワイヤ6の初期開始位置を示す。特に、初期開始位置において、光コアワイヤ6は、ガイドチューブ5及び浸漬ノズル11内に収容されている。光コアワイヤ6の先端部6a(図3aでは見えないが、図3cでは見える)を、浸漬ノズル11の出口18、すなわち、冶金容器31の入口位置(例えば屋根部35)に近接して配置することが好ましい。

0042

この方法を実施する文脈において、用語「初期」とは、単一の精製バッチ内の一連の測定のうちの第1測定をいう。

0043

図2及び図3bに示すように、この初期開始位置から、光コアワイヤ6を第1速度(本明細書では第1ブリッジ速度ともいう)で第2位置(本明細書では測定位置ともいう)に供給する。測定位置で、光コアワイヤ6は、浸漬ノズル11の出口18から出て、容器31に入っている。特に、光コアワイヤ6の先端部がスラグ層17を突き抜けて溶湯浴19に浸漬された状態になっている。

0044

溶湯19の高温のため、図2に示すように、光コアワイヤ6の外側金属ジャケット23の前端部33は次第に溶融する。外側金属ジャケット23の前端部33が徐々に溶融して、浸漬方向Iとは反対方向に後退すると共に、光ファイバ26を取り囲んでいる中間層24が溶融して小滴(グロブ)34となり、この小滴36は溶湯19の熱によって徐々に取り除かれる。その結果、光ファイバ26の先端部10がグロブ34から突出して、溶湯に曝される突起部を形成する。測定位置では、光ファイバ先端部10は、溶湯19の表面16よりも下の平面20にある。このように、光コアワイヤ6の先端部6aは、第1ブリッジ速度の間に、容器31の入口位置(例えば、屋根部35)と溶湯表面16の下にある測定位置(すなわち、平面20)との間の距離を移動し又はその距離に及ぶ。

0045

図3a〜図3bに示すように、本発明の方法によれば、初期開始位置と測定位置との間の移動は、製鋼の1回のバッチ内での一連の測定のうち第1測定を表す。一連の測定のうち第1測定中及びその後に、ガイドチューブ5及び浸漬ノズル11内で冷却された光コアワイヤ6は、その際、浸漬ノズル11の出口18から被覆スラグ17までの距離にわたり冶金容器31の放射熱に曝され、次いで溶湯浴19の表面16よりも下の位置(すなわち、平面20)で誘導加熱される。

0046

第1ブリッジ速度は、光コアワイヤ6の所定の長さを供給することを可能にし、ここで、この所定の長さは、浸漬ノズル11の出口18と平面20内にある測定位置との間の距離に等しい。特に、第1ブリッジ速度は、光ファイバ26の突出及び露出先端部10が、溶湯19を覆う溶融スラグ17がその表面及び外側金属管23の周りで急速に冷却しないように十分な熱を含む溶湯浴19に到達し且つ浸漬できることを確保するのに十分な速さでなければならない。そうでなければ、外側金属ジャケット23上に凝固した多量のスラグが、浸漬中に光コアファイバ26の溶湯19への露出を妨げることになると考えられる。冶金容器31の高温環境内にはあるが溶湯浴19には浸漬されていない光ファイバ26の残部は、熱的に隔離された中間層24並びに外側金属ジャケット23によって依然として保護される。従って、浸漬直前の光ファイバ26の残部は、溶湯浴の温度を正確に測定するために必須であるように、ガラス質の状態にある。

0047

第1ブリッジ速度は、好ましくは、8〜12メートル/分であり、より好ましくは、第1ブリッジ速度は、10メートル/分であり、これは、光コアワイヤ6の先端損傷部分の迅速な浸漬及び廃棄を確実にする。

0048

図2及び図3bに示す測定位置に到達すると(すなわち、光ファイバ26の先端部10が溶湯浴19内の所定の深さに浸漬された状態になった後)、光コアワイヤ6を、第2速度(本明細書では被浸漬供給速度又は被浸漬速度という)で供給する。特に、図3bに示す測定位置に達すると、供給システム4の駆動モータは、第1ブリッジ速度から被浸漬供給速度に迅速に切り替わる。ブリッジ速度又は被浸漬供給速度の名称は、光学先端部10の位置に基づく2つの別個の供給速度を区別するだけのものにすぎない。

0049

溶湯19に入った光ファイバ26の部分は、徐々に消費され、被浸漬供給速度に等しい速度で補充される。第1ブリッジ速度は、被浸漬供給速度よりも速いことが好ましい。これは、被浸漬供給速度が光ファイバ26の消費速度であると同時に、光コアワイヤ6の供給速度(すなわち、第1ブリッジ速度)が、光ファイバ26が容器31の高温環境に曝されることによって破壊され失透される速度を補償しなければならないからである。この第2速度による補充は、光ファイバ先端部10を所望の浸漬深さ又はわずかに変化する深さに維持する。

0050

このように、被浸漬供給速度は、溶湯19の表面16下に浸漬される間の光ファイバ26の消費速度に依存する。特に、被浸漬供給速度は、光ファイバ26の浸漬深さを測定平面20に維持するように、外側金属ジャケット23の前端部33の後退速度に等しい。被浸漬供給速度は、4〜7メートル/分の間、好ましくは5メートル/分であり、これは、光コアのワイヤ消費速度を補償するのに十分である。

0051

被浸漬供給速度を、設定された時間間隔にわたって継続させる。被浸漬供給速度の間に、温度測定を行う。設定された時間間隔の後に、駆動モータを停止して、光コアワイヤ6を一次停止させる。この一次停止状態では、短時間経過後でも、図3cに示すように、光コアワイヤ6の先端部6aは溶融して金属面16に戻る。

0052

更なる測定のために、光コアワイヤ6は、先端部6aが溶湯19の表面16にある又はそれよりもわずかに上にある図3cに示す停止位置から、第1ブリッジ速度で再び測定平面20に向かって移動する。このように、第1ブリッジは、測定のためではなく廃棄のために光ファイバ26の所定の長さを金属中に降ろす程度に十分な速さとなるように選択される。これは、この光ファイバの所定の長さが浸漬されなかった場合であっても容器31の内部環境によって熱損傷を受けることになるからである。一連の測定のうち後の測定における第1ブリッジ速度は、光コアワイヤ6の所定の長さを降ろすことを可能にし、ここで、この所定の長さは、浸漬ノズル11の出口18と平面20での測定位置との間の距離に等しい。

0053

図3dに示すように、光ファイバ26の露出した先端部10が測定面20(すなわち、図3bに示す初期測定位置と同一である)に到達するとすぐに、供給速度は被浸漬供給速度に変更される。特に、駆動制御部は被浸漬供給速度に迅速に切り替わる。再び、被浸漬供給速度を、設定された時間間隔の間継続して、駆動モータを停止後に、光コアワイヤ6を再び停止させる。このように、光コアワイヤ6を供給する方法では、同一の精錬バッチ内の後の測定が、次の測定を実施する前に前の浸漬によって損傷した光コアワイヤを除去しなければならないと認められる。第1測定に続く各々の測定について、光コアワイヤ6を第1ブリッジ速度に等しい速度で供給すると共に、被浸漬供給速度が同一のままであることが好ましい。しかしながら、場合によっては、第1測定に続く各々の測定について、光コアワイヤ6を第1ブリッジ速度より速い速度で供給することができる。

0054

製造プロセス中に、特に、典型的に前の測定から30秒以上1分以内であるプロセスの最終段階繰返し測定することが有利である。本質的に、本発明の方法には2つの測定環境が存在するのに対し、従来技術では、測定環境があたかも1つしか存在しないように当該方法に対処している。第1測定は、光コアワイヤ6、特に光ファイバ先端部10が溶湯19に対して遠い位置又は隔離された位置にあり、かつ、最初は失透温度を下回る初期条件から開始する。第1測定に続く全ての測定について、容器31から溶湯を除去するまで、光コアワイヤ6が引き抜かれていない限り、光コアワイヤ6は、浸漬ノズル11の外側ではあるが依然として容器内にある光コアワイヤ6の消費されていない部分が、容器31の環境に曝されることにより加熱されると同時に、光コアワイヤ6の浸漬部分が溶融して金属表面16に戻る状態に進む。したがって、後の測定の開始条件は、光コアワイヤ6の露出部分がすでに加熱されているのに対し、浸漬ノズル11内の光コアワイヤ6の部分が依然として冷たいというものである。未使用部分を引き抜くことは、光コアワイヤ6の外側金属ジャケット23に付着したスラグが硬化し、その外径が大きくなることによって浸漬ノズル11の内部寸法を超える可能性があるため実用的でない。

0055

好適な供給システム4は、最低限でも正確な光コアワイヤ速度検出手段を有する。というのは、駆動モータが所定の速度で特定の時間間隔にわたって駆動するときに、その時間間隔の持続時間が光コアワイヤの分与量の正確な尺度だからである。

0056

従って、一実施形態では、本発明の方法を実施するための供給システム4は、コアワイヤ6が溶湯浴19に到達したときに速度を低下させるように光コアワイヤ6の供給速度を制御する供給制御部を備える。好ましい実施形態では、光コアワイヤ6を供給するためのモータ駆動部の消費電力を、光コアワイヤ6を溶湯浴19に供給するための速度を制御するための指標として使用する。溶湯19への光コアワイヤ6の到達は、モータ駆動部の消費電力の変化を伴う。消費電力の相当する変化の検出を、第1ブリッジ速度から被浸漬供給速度に供給速度を低下させるための信号として使用することができる。また、消費電力を、例えば浸漬ノズル11の出口18の予め設定された位置から冶金容器31の床部37又は供給経路内障害物までの距離を測定するために間接的に使用することもできる。

0057

また、所定の位置から送出される光コアワイヤ6の量は、光コアワイヤ6の任意の部分、例えばファイバ先端部10の空間位置に直接関係することができる。そのため、溶湯浴19内の測定先端部10の位置を、光コアワイヤ6を特定の速度で特定の時間にわたって駆動することにより直接的に制御することができる。この方法は、失透速度が一定ではなく、熱条件が冶金容器31の周囲環境及び前の測定に影響されるため使用時に光コアワイヤ6の当該熱状態を補償する2つの速度供給パターンを採用することが分かる。

0058

全てのタイプの冶金容器を利用して本発明の方法を実施し、それによって従来技術の弱点を克服するために、容器の幾何学的形状及びその内部に収容される溶湯の基礎的知識を得ることが有利である。従って、図5を参照すると、非特定の幾何学的形状の屋根部35及び床部37を有する非特定の容器31が示されている。この容器31を、本発明の方法を代表である供給工程を達成するために、本発明の方法を適用するための一例として使用する。

0059

システム4の初期設定時に、光コアワイヤ6の先端部6aが浸漬ノズル11の出口位置18とほぼ等しくなるまで、光コアワイヤ6を、コアワイヤ速度制御部を備える好適な供給装置を使用して前進させる。すなわち、光コアワイヤ6の先端部6aの開始位置、すなわち初期位置D0を、浸漬ノズル11内のその出口18付近の位置(すなわち、容器31の入口位置付近)とする。この開始位置は、図3aに示す構成に相当する。この位置は。目視により決定でき、又は、浸漬ノズル11から光コアワイヤ6をランダムな長さに延長させ、それを電気アーク炉溶融プロセスなどにおいて1回の溶融サイクル中に燃焼させることにより設定できる。好適な位置検出器目盛りを1回目のサイクルの後にゼロに合わせてD0の値を保存することができる。これは、容器31の物理的な幾何学的形状と、容器の屋根部35の下面に実質的に等しい浸漬ノズルの出口18の位置とに依存するからである。屋根部がない場合には、浸漬ノズル18の出口18を初期開始位置として使用する。浸漬ノズル11がない場合には、ガイドチューブ5の出口を初期開始位置として使用する。

0060

光コアワイヤ6の入射角は、容器31の構成細部に依存して0〜60度の間とすることができ、開始位置D0を変化させない。光コアワイヤ6が入る角度は、溶湯19の表面16に対して垂直であることが好ましい。この例示の容器31について、溶湯19の表面16に対して垂直とは、光コアワイヤ6が入る角度が0度であることを意味する。浸漬角度の存在は、既知数学的処理である直線距離の計算を変更するに過ぎない。さらに、光コアワイヤ6の供給は、光コアワイヤ先端部6aが位置D3に相当する容器の床部に接触するまで進行する。従って、この直線距離はD3−D0である。この距離は、容器31が空のときに目視により決定できるが、典型的には、供給機の駆動モータの初期増加トルク応答監視することで、許容可能な情報が得られる。位置D0及びD3の決定は、冶金容器31が空である間又は容器31が少量の残留溶湯しか含まない時にいつでも行うことができる。位置D3は、炉底部37の輪郭変化を補償するために、耐火ライニング稼働の合間に定期的に決定されるべきであり、その重要性については本明細書において詳しく説明されている。この例示の容器の目的上、D0の位置は0メートルであるとみなし、D3の位置は1.8メートルに等しいが、これは、D0とD3との間の距離が1.8メートルに等しいことを意味する。ラドルなどの容器31の通常の溶湯レベル16より下方に2メートルを超えて位置する床部37を有する容器31の場合には、D0とD3との間の距離は、2メートルで一定であるとみなす。

0061

容器31の床部37上に位置する金属の高さである最適な溶湯浴レベル16は、各金属容器31についてその設計及び操作方法によっておおよそ分かる。実際には、底部又は床部37上の溶湯19の実際の高さは、浸食又は過度スカル又は耐火ビルドアップ、及び/又は容器31の角度付け操作による容器の輪郭変化のため、一定の値ではない。このように、これらの変化は容器31内の溶湯の変位量によって変動する。

0062

溶湯浴レベルを決定するために多くの方法が知られている。例えば、測定棒を金属に浸漬させて燃焼させ、次いで、残りの棒と基準点との距離を測定することによって、溶湯レベルよりも上の位置から任意の炉内角度で近似溶湯距離を決定することができる。この方法は当該技術分野において知られており、例示容器31に適用した場合は、容器屋根部35に相当しかつ0メートルとみなされる基準位置D0から、溶湯表面16に相当する位置D1までの距離は1メートルである。屋根部のない容器31の場合には、D1は、基準位置D0からすぐに容易に決定することができる。というのは、浸漬ノズル11の出口18(又は、浸漬ノズル11がない場合はガイドチューブ5の出口)が屋根部内にあるか開放浴19上方で停止しているかにかかわらす、D0は浸漬ノズル11の出口18等に相当するからである。また、位置D1は、溶湯浴19と光コアワイヤ6の導電性部分との間の電子伝導性によりその場で決定することもできる。このような測定は、当該技術分野において知られており、本発明の実施を制限するものではない。

0063

本発明の方法に使用される光コアワイヤ6に最も好適である、測定面20にある位置に相当するD2の位置は、0.5×(D3−D1)+D1に等しいものとして簡単に算出される。図5の例示の容器31では、D2の位置は1.4メートルである。すなわち、測定面20は、光コアワイヤ6の開始位置D0から1.4メートルの距離で延在する。

0064

したがって、全ての設定位置D0、D1、D2及びD3は、各冶金容器の幾何学的形状及び溶湯環境について算出可能である。

0065

以下の実施例は、本発明の方法による例示的な条件を提供するが、多くの他の条件が本発明の範囲内で可能であるものとする。

0066

実施例1
1mmの鋼製外側ジャケット23によって取り囲まれた低融点Eガラスの中間層24を有する、グレーデッドインデックス62.5/125μの0.9mmセミタイトプラスチックジャケット付き光ファイバ26を有する光コアワイヤ6を、コアワイヤ供給システム4に使用して、本発明の好ましい2つの供給速度方式によって図5に示す例示冶金容器に供給し、それによって温度測定のための以下の手順を得た。

0067

第1ブリッジ速度は8〜12メートル/分、好ましくは10メートル/分である。第1ブリッジ速度は、電気炉31の特定の累積電力消費量で自動的に開始されるが、手動入力も可能である。光ファイバ26の測定先端部10を平面20内の測定位置D2に配置するために、駆動モータを10メートル/分の第1ブリッジ速度で8.5秒にわたって動作させることが好ましい。測定先端部10を位置D2に保持した状態で光コアワイヤ6の消費を均衡させるために、測定先端部10が測定面20に浸漬したら供給速度を4〜7メートル/分、好ましくは5メートル/分の被浸漬速度に5秒間にわたって低下させる。この第2供給段階の間に、光ファイバの測定先端部10を溶湯に浸漬させると共に、測定、好ましくは温度測定を行う。したがって、被浸漬供給速度の継続時間は1回の分散的な測定の安定的な検出間隔(すなわち、測定間隔)に相当するが、実際の決定はより短時間で達成できる。他の測定間隔持続時間を使用することもできるが、この時間間隔内で十分な温度検出を得ることができるため、経済的な材料消費は最小限である。

0068

次いで、浴槽19内に浸漬された全ての光コアワイヤ6を再度溶融させるために、5秒の測定間隔後に駆動モータを意図的に停止させ、その後に新たな測定を行うことができる。光コアワイヤ6が溶融してスラグ/金属界面に向かって戻るときの光出力を、追加情報のために監視することができる。

0069

上記の説明から、当業者であれば、光コアワイヤ6が溶湯19に到達するために埋めなければならない距離が分かり、かつ、光コアワイヤ6の加熱及び消費速度が分かったら、駆動モータの噛み合いの時間を、本発明から逸脱することなく、溶湯容器の様々なタイプにも適用できる駆動速度の小さな変更により変えることができることが分かるであろう。一定の駆動速度では、移動距離は時間に対するパワーの関数であり、浸漬ノズル出口18から平面20内の測定位置D2までの最適な距離は、D2が1.4メートルであるこの例では以下のように時間に変換することができることが分かるであろう。

0070

実施例1は、本発明の特に好ましい実施態様を示す。

0071

実施例2
0.5mmの鋼製外側ジャケット23によって取り囲まれた低融点Eガラスの中間層24を有する、グレーデッドインデックス62.5/125μの0.9mmセミタイトプラスチックジャケット付き光ファイバ26を有する光コアワイヤ6をコアワイヤ供給システム4に使用して、本発明の好ましい2つの供給速度方式によって図5に示す例示冶金容器に供給し、それによって温度測定のための以下の手順を得た。

0072

1mm以外の厚さを有する及び/又は他の材料から形成された外側金属ジャケット23について本発明の方法を使用するために、被浸漬供給速度を、次式に従って調節することができる:被浸漬供給速度=(5×(外側金属ジャケット23)^−1)/(融点K/1800)、ここで、外側ジャケット23の材料の融点はケルビンで与えられ、外側ジャケット23の厚さはmmで表される。

0073

この例では、外側金属ジャケット23の材料の溶融温度は1723Kである。

0074

第1ブリッジ速度は8〜12メートル/分、好ましくは10メートル/分である。第1ブリッジ速度は、電気炉31の特定の累積電力消費量で自動的に開始されるが、手動入力も可能である。光ファイバ26の測定先端部10を平面20の測定位置D2に配置するために、駆動モータを10メートル/分の第1ブリッジ速度で8.5秒にわたって動作させることが好ましい。測定先端部10を位置D2に保持した状態で光コアワイヤ6の消費を均衡させるために、測定先端部10を測定面20に浸漬させたら、供給速度を5メートル/分の被浸漬速度に5秒間にわたって調節する。この第2供給段階の間に、光ファイバの測定先端部10を溶湯に浸漬させると共に、測定、好ましくは温度測定を行う。したがって、被浸漬供給速度の継続時間は、1回の分散的な測定の安定な検出間隔(すなわち、測定間隔)に相当するが、実際の決定はより短時間で達成できる。

0075

次いで、全ての光コアワイヤ6を浴槽19内に浸漬させて再度溶融させるために、5秒の測定間隔後に駆動モータを意図的に停止させ、その後に新たな測定を行うことができる。この浸漬間隔後に、光コアワイヤ6が溶融してスラグ/金属界面に向かって戻るときの光出力を監視しながらさらに5秒間検出を行うことができる。

0076

光コアワイヤを供給するための所定の設定位置を、実際の設置場所で距離を実際に測定することによって決定する。この方法の簡単な実施は、再度生じる測定設定位置D2をこの方法の実施時に決定し、単純に容器耐火物の摩耗によって調節することができ、そのため炉の形状にかかわらず常に最適な測定プロセスとなるため、溶湯容器オペレータにとって経済的に利益がある。適用される方法は、測定の合間に最終的に失透することになる光コアワイヤの部分を被覆しようとするのではなく意図的に降ろす。各距離パラメータは、使用位置に依存し、かつ、変更、設備対設備、及び1回の設定内操作条件で補うことができる。この方法は、失透した使用済み光ファイバをコイルから切断するという複雑さを排除し、それによって必要な装置及びメンテナンスを削減する。

実施例

0077

当業者であれば、本発明の上位概念から逸脱することなく、上記実施形態に変更を加えることができることが分かるであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内の変更をカバーするものであると解される。

0078

6光コアワイヤ
10 先端部
11 浸漬ノズル
17スラグ
18出口
19溶湯
23外側金属ジャケット
24中間材料
31冶金容器
35屋根部
37 床部

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