Устройство для измерения температуры расплавленного металла

Устройство для измерения температуры расплавленного металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройству для измерения температуры расплава, в частности расплавленного металла, например, расплавленной стали, с оптическим волокном.

Процесс в электродуговой печи (EAF) для производства расплавленной стали является периодическим процессом, состоящим из следующих операций: загрузки печи металлическими компонентами, плавления, рафинирования, удаления шлака, выпуска плавки и повторения рабочего цикла. Каждая партия стали, которую называют плавкой, извлекается из плавильной печи в ходе процесса, который называется выпуском плавки, и продолжительность плавки при производстве стали обычно обозначает единицу времени, которая обозначает время между выпусками плавки. Применение современных электродуговых печей направлено на достижение длительности цикла между выпусками плавки, равного меньше чем 60 минутам и чаще порядка 35-40 минут.

Многие преимущества, достигнутые в области производительности электродуговых печей, позволяющие добиться сокращения длительности цикла между выпусками плавки, относятся к увеличению подвода электроэнергии (порядка 350-400 кВтч/т) и к альтернативным формам подводимой энергии (вдувание кислорода, применение кислородно-топливных горелок) в печь. Наиболее передовые способы эксплуатации электродуговых печей предусматривают потребление порядка 18-27 нм³/т дополнительного кислорода, который дает 20-32% дополнительной энергии. Кроме того, усовершенствования компонентов, которые допускают более быстрое функционирование печи, уменьшают длительность простоев печи. Производственной задачей операторов электродуговой печи является максимизация времени работы печи под током, ведущая к максимальной производительности для того, чтобы уменьшить постоянные затраты, получая при этом максимальные преимущества от подвода электроэнергии. Большая часть времени, израсходованная на производство одной плавки стали в электродуговой печи, затрачивается на технологическую операцию плавления.

Период плавления является ключевой частью операций в электродуговых печах и в большинстве современных электродуговых печей происходит в ходе двухступенчатого процесса. Электроэнергия подается через графитовые электроды и в наибольшей степени потребляется при операции плавления. Для плавления стального лома теоретически требуется как минимум 300 кВтч/т. Для получения расплавленного металла с температурой выше температуры плавления стали требуется дополнительная энергия. Для достижения обычной температуры выпуска плавки общие теоретические потребности в энергии обычно находятся в диапазоне 350-400 кВтч/т. Однако при электродуговом сталеплавильном производстве эффективность потребления энергии составляет всего 55-65% и в результате суммарный эквивалентный подвод энергии обычно составляет порядка 650 кВтч/т для большинства современных операций, когда 60-65% энергии представлено электроэнергией, а остальные потребности обеспечиваются сжиганием ископаемого топлива и энергией химического окисления в процессе рафинирования.

Во время первой металлической завалки обычно выбирают плавку с промежуточным напряжением до достаточного погружения электродов в лом. Размещение не расплавленного лома между электродной дугой и боковой стенкой плавильного агрегата защищает печную конструкцию от повреждения, так что после прожигания может использоваться плавка с длинной дугой (высоким напряжением). Приблизительно 15% лома расплавляется во время периода первоначального прожигания. Сжигание ископаемого топлива, добавляемого через специальные сопла в стенке печи, способствует плавлению лома и достижению тепловой однородности. При нагреве атмосферы печи образование дуги способствует стабилизации средней возрастающей подводимой мощности. Длинная дуга способствует максимизации подачи энергии лому и началу образования жидкой ванны металла в рабочем пространстве печи. В случае некоторых особых типов электродуговых печей предпочтительной практикой является начало процесса периодического плавления с небольшой ванной, сохраненной после предыдущей плавки, которую называют «болотом».

После расплавления достаточного количества лома для помещения объема второй завалки процесс завалки повторяют. После образования в печи расплавленной ванны стали химическая энергия подается из нескольких источников, таких как кислородно-топливные горелки и кислородные фурмы. Кислород может вдуваться непосредственно в ванну при достаточной высоте расплавленного металла и отсутствии помех со стороны лома.

Ближе ко времени, когда конечная завалка лома полностью расплавляется, боковые стенки печи могут быть открыты воздействию сильного излучения от дуги. В результате должно быть снижено напряжение или образован пенистый шлак, который окружает электроды. Слой шлака может иметь при вспенивании толщину более метра. Теперь дуга погружена и защищается кожух печи. Кроме того, большее количество энергии будет сохранено в шлаке и передается в ванну, обеспечивая большую эффективность использования энергии. Этот процесс создает большое количество тепла в слое шлака, покрывающем сталь, с получением температуры, которая примерно на 200С превышает температуру стали, создавая уникальные и трудные условия для проведения измерений для контроля процесса по причинам, разъясненным далее.

Для уменьшения времени от выпуска до выпуска плавки, во многих случаях и в особенности при эксплуатации современной электродуговой печи, работающей с «болотом», в ходе цикла плавки возможно вдувание кислорода в ванну. Кислород вступает в реакцию с несколькими компонентами в ванне, включая алюминий, кремний, марганец, фосфор, углерод и железо. Все эти реакции являются экзотермическими (т.е. они генерируют тепло) и будут подавать энергию, способствующую плавлению лома. Образующиеся оксиды металлов будут в конечном счете оседать в шлаке.

При практически полном расплавлении конечной завалки лома и сырья достигаются условия ровной ванны. В этот момент будут измерять температуру ванны и химический состав пробы для того, чтобы определить приблизительный период рафинирования кислородом и вычислить остающееся время включения тока до выпуска плавки.

Вне зависимости от конкретных локальных технологических операций, которые могут варьироваться в зависимости от использования наличного сырья, конструкции печи, локальных технологических операций и локальных экономических показателей производства, очевидно, что многие формы энергии, подводимые к печи, могут применяться при различных стратегических подходах для того, чтобы свести к минимуму время между выпусками плавок и повысить эффективность использования энергии во время превращения твердого лома и компонентов шлака в расплавленную сталь и шлак при должном химическом составе и нужной для выпуска плавки температуре.

Как и в случае других сталеплавильных процессов, производственный процесс в электродуговой печи управляется на основе математических моделей, которые учитывают количество и качество сырьевых материалов для прогнозирования конечной точки процесса, определяемой подводимой энергией и подводимым теплом. Перечисление таких переменных можно найти в ЕР 0747492 А1. Многие модели процесса, применяемые для контроля и прогнозирования рабочих показателей электродуговой печи, хорошо известны в технике. В сравнении с классическим процессом производства стали путем передела чугуна в кислородном конвертере разнообразие сырья, применяемого в электросталеплавильном процессе, гораздо выше, и поэтому требует постоянных поправок. Одним из нескольких информационных вводов в эти модели, который требуется для поправки и ориентации процесса, является температура расплавленного металла.

Снабжение оператора электродуговой печи наилучшей и наиболее свежей информацией о температуре расплавленного металла должно удовлетворять следующим требованиям:

- точный показатель температуры в объеме металла,

- фиксированная глубина погружения вне зависимости от наклона печи,

- непрерывное или почти непрерывное наличие,

- определение уровня ванны для регулирования глубины погружения.

Обычно измерение температуры расплавленного металла выполняют, используя хорошо известные одноразовые термопары, такие как описанные в патенте США US2293944. Эти термопары могут быть погружены вручную оператором посредством стального шеста с приспособленными электрическими проводами и соединениями для передачи сигнала термопары на соответствующие приборы. Кроме того, в настоящее время используются многие автоматические механические системы погружения термопар для выполнения погружений термопар, такие как описанные в www.more-oxy.com, или описанные в литературе: Metzen et al., MPT International 4/2000, стр. 84.

После образования ванны расплавленного металла температура ванны медленно возрастает. Чем выше содержание не расплавленного лома, тем ниже будет скорость повышения температуры при заданном подводе энергии. Когда весь лом расплавлен, температура ванны будет возрастать очень быстро, со скоростью порядка 35С-70С, вплоть до окончания процесса. Для того, чтобы прогнозировать оптимальное окончание процесса, время, когда металл готов к выпуску, моделям для контроля процесса нужно иметь информацию о температуре, которая точна и достаточно часто измеряется для создания точного прогноза наилучшего момента для прекращения подвода различной энергии. Процесс измерения с использованием роботизированных погружных устройств требует, чтобы замерный люк, обычно шлаковая дверца, общее описание которой приведено в документах US 2011/0038391 и US 7767137, был открыт для того, чтобы допустить ввод механической руки, поддерживающей одноразовую термопару. В большинстве современных операций эта дверца используется также для обеспечения доступа в печь для кислородно-топливных горелок и кислородных фурм, которые устанавливаются в нужное положение с помощью манипулятора, сходного с применяемым с погружной фурмой. В последнее время могут также быть представлены несколько дополнительных портов по окружности кожуха печи, предназначенных для горелок, как это описано в патенте США 6749661.

Открывание шлаковой дверцы с целью определения температуры ближе к окончанию процесса позволяет большому количеству воздуха поступить в печь. Последствиями такого открывания является охлаждение локальной области и образование источника азота. Во время горения дуги азот превращается в NO_x, который является нежелательным выбросом в электросталеплавильном процессе. Поскольку требуется удаление шлака из печи при открывании отверстия, применение роботизированного погружного оборудования для определения температуры также приводит к открыванию внутренней полости печи для ненужного вторжения азота и непреднамеренного скачивания шлака в те периоды, когда требуются повторные измерения температуры.

При быстром повышении температуры во время конечных этапов процесса рафинирования металла, время обновления данных для модели управления процессом при наилучших обстоятельствах не может поддерживаться в современных печах высокой мощности. В идеале быстрая актуализация температуры при окончании рафинирования и непрерывное поступление информации о температуре в течение последних минут перед выпуском обеспечивают наилучшую точность прогнозирования для модели и определения конечной точки. Реальная длительность между замерами, равная 1 минуте для типичных роботизированных систем ограничивает полезность точечных измерений при таком динамическом процессе. Обычные расходуемые термопары и роботизированное погружное оборудование страдают от некоторых дополнительных ограничений кроме низкой частоты отбора проб, что в конечном счете снижает успешность прогнозирования для моделей процесса, которые используется для точного определения конечной точки.

Во время процессов плавления и рафинирования ванна будет иметь температурный градиент, при котором поверхность ванны будет иметь значительно более высокую температуру, чем масса расплавленного металла. По внутреннем пространстве печи располагаются непрогретые и перегретые места, что требует применения специальных горелок и направленных нагревателей, обогреваемых ископаемым топливом для того, чтобы способствовать гомогенизации внутреннего пространства.

Как указано в патенте ЕР 1857760, одно непрогретое место находится в области шлаковой дверцы, где обычно происходит погружение одноразовой термопары из-за высоких требований к доступу для обычного роботизированного погружного оборудования. Электродуговая печь может иметь способность к «качанию» печи, то есть к наклону печи в горизонтальное положение, спереди назад, чтобы дополнительно гомогенизировать ванну, скачать шлак и выпустить плавку из печи, как описано в патенте США 2886617.

Большинство роботизированных погружных устройств устанавливаются в области шлаковой дверцы и помещены на рабочей площадке и, таким образом, не наклоняются на угол наклона наклоненной печи. Из-за этого эти манипуляторы не могут поместить одноразовые термопары в ванну в любое время и при любых обстоятельствах. Кроме того, глубина погружения термопары связана с сочленением механической руки роботизированного устройства и, как таковая, не может легко подстраиваться под изменение глубины ванны, связанное с наклоном печи. Хотя важным является повторяющееся измерение в месте, отражающем температуру в объеме для применения в производственных моделях электродугового сталеплавильного процесса, фактические измерения температуры, выполненные с помощью ручной или автоматической фурмы, демонстрируют трудности в отношении достижения стабильной глубины погружения, не получаемой в то время, когда положение погружной фурмы не совмещается с качанием печи и с фактическим уровнем ванны, и не в том месте, которое благоприятно для получения точных значений температуры.

Настоящее изобретение предлагает измерение температуры в металлургическом агрегате с использованием погруженного в расплавленный металла расходуемого оптического волокна и погружного оборудования, способного вставить устройство для измерения температуры через боковую стенку электродуговой печи на предсказуемую глубину погружения в расплавленную сталь при частоте измерения температуры меньше 20 секунд. Способность отбирать пробу по требованию, одноразово или в быстрой последовательности, допускает стратегию измерений, которая может обновлять математическую модель прогнозирования операций электродуговой печи во время процесса и с обеспечением возможности выполнять измерения в быстрой последовательности, получая почти непрерывную последовательностью показателей температуры при низких затратах.

В существующих технических решениях существуют многочисленные устройства для измерения температуры, установленные в разнообразных сталеплавильных агрегатах, в которых используются постоянные оптические направляющие для света, предназначенные для фокусировки излучения в направлении оптических детекторов. Примеры таких существующих технических решений можно найти в JP-A 61-91529, JP-A-62-52423, US 4468771, US 5064295, US 6172367, US 6923573, WO 98/46971 A1 и WO 02/48661 A1. Общность этих существующих технических решений заключается в том, что оптические направляющие являются постоянными и поэтому нуждаются в защите от повреждения с использованием сложных приспособлений. Эти защитные средства могут включать в себя продувку газом для того, чтобы или охлаждать систему, или удалять металл из физического контакта с оптическим элементом, слои защитного экранирования, которые являются относительно постоянными или несколько изнашиваются с футеровкой сталеплавильного агрегата и сложную коррекцию излучательной способности в зависимости от длины (длин) волн и интенсивности для точного определения температуры.

В JP-A-08-15040 описан способ, при котором расходуемое оптическое волокно подается в жидкий металл. Расходуемое оптическое волокно, такое как описанное в JP-A-62-19727, будучи погружено в расплавленный металл на прогнозируемую глубину воспринимает излучаемый свет, испускаемый расплавленным металлом при условиях идеального излучателя, так что интенсивность излучения с использованием фотоэлектрического преобразовательного элемента, установленного на противоположном конце погруженного расходуемого оптического волокна может быть использована для определения температуры расплавленного металла. Научный принцип существующих технических решений сжато изложенный в работе P.Clymans, “Applications of immersion-type optical fiber pyrometer” (Применение оптико-волоконного пирометра погружного типа), заключается в том, что оптическое волокно должно быть погружено на глубину, позволяющую достичь условий идеального излучателя. Непрерывные измерения расплавленных металлов с использованием расходуемого оптического волокна и оборудования, необходимого для подачи длинных отрезков свернутого в бунты материала на заданную глубину, хорошо известны в технике, такой как документы ЕР 0806640 А2 и JP-В-3267122. В сложных условиях среды промышленного производства, когда расходуемое оптическое волокно погружается в металлы с более высокой температурой или в присутствии металлов с покрывающим их шлаком, сохранение заданной глубины в течение периода времени, когда должно иметь место измерение, оказывается затруднительным из-за присущей оптическому волокну слабости при повышении его температуры. Становится необходимым защитить волокно, уже покрытое металлом, дополнительной защитой, такой как газовое охлаждение согласно JP-A-2000-186961, укладка дополнительных композитных материалов поверх покрытого металлом волокна согласно ЕР 655613 А1, изолирующее покрытие согласно JP-A-06-058816, или дополнительные металлические покрытия согласно US 5163321 и JP-B-3351120.

Указанные улучшения для использования при высокой температуре имеют недостаток, заключающийся в резком повышении стоимости узла с расходуемым волокном для получения непрерывных показателей температуры. Хотя и не будучи в точности идентичными условиям, встречающимся при измерении более высоких температур в электродуговой печи, изобретение согласно JP-B-3351120 полезно для получения представления о скорости расходования оптического волокна. В описанном примере предусматривается использование очень сложного механического устройства для подачи оптического волокна из бунта. Бунт состоит из покрытого металлом оптического волокна, дополнительно покрытого трубкой из нержавеющей стали толщиной 3 мм. Приведенные расчеты, рекомендуемые для повышения точности температуры при непрерывных измерениях температуры чугуна в выпускаемом потоке из доменной печи, дают поразительные 500 мм/сек. Стоимость оптического волокна и покрывающей его наружной трубки из нержавеющей стали ведут к большим затратам при расходовании с такой рекомендуемой скоростью подачи.

Практическая экономия на непрерывных измерениях температуры зависит от расходования как можно меньшего количества волокна при сохранении преимущества непрерывного получения информации. Подведение оптического волокна к точке измерения при наименьшей величине открытого волокна описано в US 5585914 и в JP-A-2000-186961, где волокно, покрытое только металлом, подается через постоянное сопло, которое может быть установлено в стенке печи и через которое вдувается газ. В то время как эти устройства могут успешно подавать волокно к точке измерений, они становятся помехой благодаря засорению и необходимости технического обслуживания. На этапах режима подачи требуется вибрация для того, чтобы предотвратить приваривание волокна к соплу. Если порт заблокирован или закрывается из-за недостаточного давления газа, измерение прекращается без возможности возобновления вплоть до выполнения ремонта сопла. Документ ЕР 0802401 А1 относится к проблеме заблокированного отверстия в печи с рядом прибивных стержней и направляющих труб, помещенных на подвижной каретке с комплектом инструментов, предназначенным для решения проблем, связанных с препятствием и для прохождения волокна через сопло. Однако они относятся к стратегии для очистки закрытого порта для доступа, из которого нет возможности получить данные измерений. Если эти порты заблокированы, нет возможности получить данные о температуре, что может быть критическим моментом в сталеплавильном процессе.

Дополнительная проблема возникает для непрерывно подаваемого оптического волокна, которое дополнительно повышает стоимость измерений и сложность погружного оборудования. Оптическое волокно погружного типа только сохраняет оптическое качество, и возвращает точные показатели температуры, если остается защищенным от нагрева и загрязнения или обновляется со скоростью, превышающей скорость разрушения. Оптический сигнал температуры ванны в точности получается в условиях идеального излучателя для детали, погруженной в расплавленную сталь. Однако остающаяся не погруженной часть должна оставаться превосходным проводником света. При повышенной температуре происходит расстеклование оптического волокна, пропускаемость света понижается и возрастает погрешность в определении температуры как функции пониженной интенсивности. В JP-A-09-304185 и в US 7891867 описан способ подачи, при котором скорость потребления волокна должна быть больше чем степень расстеклования, что гарантирует постоянное наличие свежей поверхности оптического волокна. Лабораторные испытания образцов показывают, что оптический сигнал остается стабильным в течение очень короткого периода, составляя около 1,0 сек при температуре ниже 1580С и только 0,1 сек при погружении при температуре 1700С. Будучи решением для металлов с более низкой температурой, скорости подачи оптического волокна, превышающая интенсивность расстеклования, при повышенной температуре представляется дорогостоящей в случае оптического волокна, покрытого простым металлом. В случае измерения повышенной температуры при жестких условиях в электродуговой печи, существующие технические решения предусматривают дополнительные способы защиты, которые применяются с такой же интенсивностью, как оптическое волокно. Это становится слишком дорогостоящим при использовании упомянутого выше оптического волокна с двойной защитой.

В JP-A-2010-071666 описано оптико-волоконное измерительное устройство, предназначенное для измерений в расплавленном металле с использованием герметично замкнутой среды и измерительной фурмы, имеющей герметичное уплотнение между трубкой фурмы и оптическим волокном.

Настоящее изобретение вытекает из существующей идеи, предполагающей проведение точечного измерения вместо непрерывного измерения. Изобретение предлагает дешевое решение для измерений температуры, пригодное для использования с достаточно высокой частотой получения результатов для удовлетворения требованиям обновления математических моделей электросталеплавильного процесса при решении проблем, связанных с погружным оптическим волокном в жестких условиях окружающей среды. Настоящее изобретение предлагает почти непрерывное выполнение измерения температуры, заключающееся в погружении оптического волокна в расплавленный металл через шлаковое покрытие без первого контакта со шлаком, сохранении заданной глубины погружения в течение периода измерения за счет контролируемой подачи, защите не погруженной части от расстеклования в условиях высокой температуры в полости электродуговой печи, извлечение и повторное сматывание в бунты не использованного волокна после выполнения измерений, измерении уровня ванны при повторном сматывании в бунты и погружное оборудование, предназначенное для повторения измерительных процессов, всегда дублирующее первоначальные стартовые условия.

Проблема, решаемая изобретением, заключается в улучшении известных способов и устройств. Обеспечение оператора электродуговой печи наилучшей и самой свежей информацией о температуре должно удовлетворять следующим требованиям:

- точное представление температуры в объеме металла,

- фиксированная глубина погружения вне зависимости от наклона печи,

- непрерывная или почти непрерывная доступность,

- определение уровня ванны для регулирования глубины погружения.

Проблема решается с помощью устройства согласно независимому пункту формулы изобретения.

Способ измерения температуры расплава, в частности расплавленного металла, оптическим волокном отличается тем, что оптическое волокно подается в расплав через расходуемую направляющую трубу, и таким образом оптическое волокно и погружной конец расходуемой направляющей трубки погружаются в расплав, имея обе скорость подачи, когда обе скорости подачи не зависят друг от друга. Предпочтительно на первой фазе погружения расходуемая направляющая трубка и оптическое волокно погружаются в расплав и на второй фазе оптическое волокно погружается с большей скоростью и глубже в расплав, чем расходуемая направляющая трубка. Желательно, чтобы вторая фаза начиналась после того, как погружной конец расходуемой направляющей трубки окажется погружен в расплав. Кроме того, желательно, чтобы в третьей фазе погружения оптическое волокно было остановлено или извлечено из расплава.

В предпочтительном варианте реализации способа скорость расходуемой направляющей трубки и/или оптического волокна меняется во время погружения. Далее желательно, чтобы оптическое волокно и расходуемая направляющая трубка двигались с неравномерной скоростью. Желательно, чтобы в дополнение к температуре определялась также верхняя поверхность расплава.

Устройство, являющееся предметом изобретения и предназначенное для измерения температуры расплава, в частности расплавленного металла, содержащее оптическое волокно и (предпочтительно расходуемую) направляющую трубу, имеющее погружной конец и второй конец, противоположный погружному концу, отличается тем, что оптическое волокно частично размещается в расходуемой направляющей трубе, так что внутренний диаметр направляющей трубки больше наружного диаметра оптического волокна, так что первая втулка или сужение диаметра направляющей трубки размещается на погружном конце или внутри направляющей трубки рядом с погружным концом трубки и, таким образом, вторая втулка может быть размещена на втором конце или внутри направляющей трубки рядом со вторым концом трубки, так что оптическое волокно подается через втулки или сужение диаметра направляющей трубки и таким образом первая и предпочтительно также вторая втулка или сужение диаметра направляющей трубки уменьшает или даже закрывает зазор между оптическим волокном и направляющей трубкой. Сужение диаметра направляющей трубки может альтернативно пониматься так же, как уменьшение площади поперечного сечения трубки на погружном конце или рядом с ним. Направляющая трубка может предпочтительно быть расходуемой, что означает, что она может быть легко заменена (например, в случае повреждения) без необходимости пользования инструментами. Предпочтительно площадь зазора уменьшается до менее чем 2 мм², более предпочтительно до менее чем 1 мм². Он может даже быть закрыт. Предпочтительно одна или обе втулки являются упругими, более предпочтительно выполнены из упругого материала. Далее является предпочтительным, чтобы расстояние погружного конца первой втулки или сужение диаметра направляющей трубки от погружного конца направляющей трубки (если первая втулка размещается в направляющей трубе) не более чем в 5 раз превышало внутренний диаметр направляющей трубки. Если вторая втулка размещается внутри направляющей трубки, она размещается между первой втулкой или сужением диаметра направляющей трубки и вторым концом направляющей трубки.

Предпочтительно по меньшей мере первая втулка (или первая и вторая втулки) имеет коническую форму, по меньшей мере на своем погружном конце, так что толщина стенки втулки уменьшается по направлению к погружному концу. Может быть предпочтительным, чтобы внутренний диаметр по меньшей мере первой втулки уменьшался по направлению к погружному концу.

Желательно также, чтобы устройство содержало также волокно в бунте и механизм подачи для подачи оптического волокна и направляющей трубки, причем механизм подачи содержит по меньшей мере два независимых подающих мотора, один для подачи оптического волокна и один для подачи направляющей трубки. Предпочтительно устройство отличается тем, что подающие моторы снабжены каждый отдельной системой контроля частоты вращения.

Далее изобретение относится к способу использования устройства, описанного ранее для способа, ограниченного предшествующим описанием.

Изобретение используется для получения измерений температуры, требующихся для контроля конечных технологических операций по выплавке стали в электродуговой печи. Для того чтобы быть полезным для этой цели, устройство должно:

- выполнение точных измерений температуры при частоте отбора проб, обеспечивающим точное обновление модели процесса и информирование оператора о выпуске плавки

- промежуточное измерение обеспечивает самые низкие издержки

- место измерения в металле, представляющее температ металла.

Устройство обеспечивает, чтобы:

непрерывно измеряющий температуру элемент, волокно, всегда соединенный с приборами,

- был всегда в наличии

- не было потерь на ожидание соединений

- наблюдалось быстрое врабатывание и низкая длительность контакта в металле и шлаке

- низкие издержки

наружная металлическая трубка

- поддерживает волокно во время быстрого ускорения в направлении ванны, что позволяет избежать отражение от металла

- гарантирует вхождение волокна в металл, избегая отклонение кверху в направлении шлака

- удерживает волокно от контакта с жидким шлаком, избегая при этом загрязнения

- удерживает не погруженную часть волокна охлажденной - без расстеклования

- служит направляющей, которая сохраняет прямизну извлекаемого оптического волокна - подготовляя волокно к следующему использованию

- является расходуемой - каждый раз используется новый прямой отрезок гарантированных размеров

- газовые втулки удерживают объем газа внутри трубки, что допускает образование положительного давления внутри трубки

- достаточно гибка для того, чтобы принимать не идеальный конец волокна.

Погружение достаточно длинного отрезка оптического волокна в ванну стали с использованием механизма, который:

- установлен на боковой стенке электродуговой печи

- имеет предпочтительную длительность цикла, равную 20 сек,

- постоянно отслеживает положение конца волокна - непосредственно или косвенным образом, используя кодирующие устройства и индуктивные позиционирующие устройства

- обновляет наружную трубу и газовые втулки и позиционирует волокно внутри и сквозь то и другое

- выбрасывает использованную наружную трубу и газовые втулки в электродуговую печь при наматывании использованного волокна

- обеспечивает скорость подачи на уровне или более 2000 мм/сек при почти мгновенном замедлении

- ввод волокна и наружной трубки в электродуговую печь с различными скоростями

- обратимые и независимо обратимые возможности привода (движение в противоположных направлениях)

- компенсаторы движущей силы для разматывания и сматывания волокна

- дистанционные приборы для определения температуры и уровня ванны.

В US5585914 признано, что прерывистая подача оптического волокна дает прерывистые показатели температуры. Когда получение данных температуры по запросу является достаточным для управления металлургическим процессом, потребность в непрерывном измерении температуры не поддерживается технической потребностью в такой информации.

В приведенном выше описании подача со скоростью 10 мм/сек в течение 10 сек при выключении на 20 сек было описано достаточным для кислородно-конвертерного процесса. Во время выключения волокно должно вибрировать для того, чтобы не допустить приваривание наружной рубашки к соплу. И во время подачи, и во время ожидания газ продувают через сопло, диаметр которого фиксирован наружным диаметром наружной рубашки волокна в пределах от 1,8 мм до 4,2 мм. Через это сопло течет продуваемый газ, удерживаемых серией резиновых втулок, содержащихся в кожухе, заполненном маслом.

В ЕР 0802401 предлагается также получение по требованию показателей температуры длительностью 2-3 сек использование оптического волокна, подаваемого через продуваемую газом направляющую трубу или «средство продления» с целью защиты продвинутой (но не погруженной) части оптического волокна. Обе эти наружные трубки не являются расходуемыми. Погружной механизм приспособлен для обрезания расстеклованной части оптического волокна так, чтобы после каждых 4-5 погружений появлялась свежая поверхность.

В JP-B-3351120 описана непрерывная подача покрытого металлом оптического волокна с дополнительной расходуемой наружной металлической трубкой, которые оба подаются в металл одновременно. Описан также подающий механизм. Расходуемая защитная трубка по JP-B-3351120 постоянно присутствовала с наружной стороны волокна как составная часть волокна. В настоящем изобретении используется наружная трубка, отделенная и обособленная от оптического волокна. Нет возможности подавать наружную металлическую трубу по JP-B-3351120 без одновременной подачи волокна. Отделение дополнительной наружной металлической трубки от оптических волокон отличает настоящее изобретение. Оно предлагает также решения других проблем. В то время как ЕР 0802401 А1 признает необходимость в продлевающей или направляющей трубе для того, чтобы способствовать погружению волокна, направляющая трубка не простирается полностью к поверхности металла. Она не является погружаемой и не является расходуемой, и поэтому оптическое волокно никогда не сохраняется полностью.

На практике мы можем рассматривать их как сопло, причем оба этих элемента страдают от проблем, связанных с закупоркой. Фактически и описанное сопло, и направляющие трубки имеют дополнительные механизмы, предназначенные для того, чтобы избежать закупорки их отверстий проникающим материалом. Существующие технические решения ясно признают важность продувочного газа для предотвращения поступления шлака или стали в сопло, через которое подается волокно. Поскольку эти сопла не являются расходуемыми, способом герметизации продувочного газа между направляющей трубкой и погружным концом являются типичные постоянные уплотнения посредством масла.

В настоящем изобретении расходуемая наружная трубка с по меньшей мере одной (предпочтительно расходуемой) газовой втулкой образует хорошо удерживаемую систему. Эта система может использовать тепловое расширение газа, уже присутствующего в трубе, позади первой втулки или предпочтительно между двумя втулками вместо добавления наружного продувочного газа, решая таким образом проблемы подачи продувочного газа, характерные для существующих технических решений. В ЕР 0802401 А1 направляющая или продлевающая трубка не соприкасаются с металлом. Их открытый конец не допускает повышения давления во время расширения нагретого газа. В постоянно закрытом пространстве по US5585914 после расширения газа он больше не может обеспечивать сдвиг для вторжения металла. В JP-B-3351120 пространство между наружной трубкой и волокном является длинным и из-за сжимаемости газа не может использоваться для создания расширения газа при нагреве на погруженном конце. Уникальность самопродуваемой наружной трубки может быть возможна на основе принципа расходуемости наружной трубки. Признак настоящего изобретения является уникальным среди всех существующих технических решений. Это не является очевидным, поскольку существующие технические решения решали проблемы, относящиеся к поддержанию непрерывности измерений посредством непрерывной подачи оптического волокна.

Далее изобретение описано на примерах.

На фиг. 1 показано применяемое при существующих технических решениях оптическое волокно;