ПОГРУЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01K11/32 G01J5/00 G01K1/12 

Изобретение относится к погружному устройству для измерения температуры расплава металла внутри ванны электродуговой печи (ЭДП) с помощью оптоволокна в оболочке и к способу определения положения оптоволокна в оболочке с использованием погружного устройства.

Металлургические процессы можно проводить в дуговой печи, как это описано в US 2886617 A, в частности в ЭДП. Для улучшения управления процессом необходимо измерять температуру расплава металла. Для этого можно использовать, например, оптоволокно, погружаемое в расплав, и соответствующий детектор, соединенный с волокном, как описано в EP 2 799 824 A1, EP 3 051 264 A1 и EP 2 799 824 A1. На оптоволокно наносят металлическое покрытие. В упомянутых процессах перед измерением оптоволокно вводят в одноразовую направляющую трубку. По меньшей мере часть направляющей трубки плавится в процессе использования. Чтобы определить точность измерения температуры, можно отслеживать положение оптоволокна с направляющей трубкой внутри подающего механизма. В JPH09304185 A описано оптоволокно в металлической оболочке для измерения температуры расплавленной стали, причем поданную длину оптоволокна измеряют приводным механизмом с датчиком положения. Аналогичное устройство известно из JPH07151608 A.

В других процессах оптоволокно может быть выполнено в виде практически бесконечной трубки, которая навивается на бобину и разматывается для проведения измерения. Подающее устройство для такого оптоволокна описано в EP 3 051 262 A1. В EP 2 940 441 A1 описано устройство для измерения температуры с зазором между оптоволокном и направляющей трубкой. Альтернативный подход описан в JPH09243459 A, в котором волокно отрезают, чтобы определять известное положение ведущего конца.

В настоящем изобретении поставлена задача усовершенствовать измерение температуры в ванне электродуговой печи.

Задача изобретения решается при использовании погружного устройства по п. 1 и способа определения положения оптоволокна в оболочке в соответствии с дополнительным пунктом формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения определяются преимущественные варианты осуществления.

Задача решается с помощью погружного устройства для измерения температуры расплава металла в ванне электродуговой печи с использованием оптоволокна в оболочке. Погружное устройство содержит фурму для дутья для подачи продувочного газа в точку входа в ванну и устройство обнаружения для определения положения оптоволокна в оболочке. Погружное устройство выполнено так, что оптоволокно в оболочке может перемещаться в подающем канале и/или в фурме для дутья относительно точки входа. Устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке в фурме для дутья или вблизи нее.

Поскольку в процессе измерения температуры ведущий конец оптоволокна в оболочке плавится, его положение необходимо определять перед каждым измерением температуры. В традиционных вариантах решения положение оптоволокна в оболочке определяется в подающей трубке, и, таким образом, в месте, сравнительно удаленном от ванны. Поэтому оптоволокно в оболочке необходимо перемещать на большое расстояние назад и вперед между точкой измерения температуры и точкой измерения положения, что требует значительных затрат времени. Таким образом, при использовании традиционных технологий возникает достаточно продолжительный интервал между двумя измерениями температуры.

Обнаружение присутствия оптоволокна в оболочке в фурме для дутья или вблизи нее приводит к более быстрому перемещению оптоволокна в оболочке и, тем самым, обеспечивает более короткий временной интервал между измерениями. Это особенно важно, поскольку температура жидкой стали в ванне в процессе работы ЭДП может меняться со скоростями до 70°C в минуту. Можно проводить большее число измерений, что обеспечивает более эффективное управление процессом. Можно выдерживать гораздо меньшее расстояние от ведущего конца до расплава. Кроме того, загрязнения или частицы изнашиваемого материала, образующиеся при возврате горячего оптоволокна в оболочке, могут всегда засорять и повреждать или блокировать трубку. За счет сокращения траектории перемещения оптоволокна в оболочке внутри подающего канала этот риск может быть сведен к минимуму. Поскольку в соответствии с настоящим изобретением перемещение ведущего конца оптоволокна в оболочке может ограничиваться фурмой для дутья, которую можно с легкостью заменять, обеспечивается простое решение проблемы загрязнения или повреждения. Часть устройства обнаружения, которая оказывается вблизи горячего оптоволокна в оболочке, также можно легко заменить. Кроме того, измерение температуры становится более надежным, поскольку ведущий конец может погружаться в наиболее подходящей точке погружения.

Фурма для дутья представляет собой фурму, через которую в ванну можно подавать продувочный газ. Так можно предотвращать попадание металла, шлака и/или загрязнений в подающий канал. Фурма для дутья может быть легко заменяемой. Фурму для дутья, как правило, выполняют прямой, т.е. не искривленной, для подачи оптоволокна в оболочке по прямой траектории в направлении расплава. Фурма для дутья может быть выполнена как единое целое. Фурму для дутья, в частности, размещают коаксиально относительно подающего канала и/или аксиально смежно с подающим каналом. Подающий канал, в частности, примыкает к фурме для дутья в направлении от ванны. Часть устройства обнаружения для обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке можно размещать на фурме для дутья. Часть устройства обнаружения можно размещать в непосредственной близости от фурмы для дутья, например на подающем канале, возле соединения фурмы для дутья с подающим каналом и/или между фурмой для дутья и подающим каналом.

Фурму для дутья можно использовать для направления оптоволокна в оболочке при погружении в расплав и/или извлечении из него внутри ванны. Продувочный газ охлаждает фурму для дутья и/или оптоволокно в оболочке внутри нее. В ходе выполнения последовательности измерений оптоволокно в оболочке может перемещаться внутри подающего канала и фурмы для дутья в направлении расплава.

Подающий канал используют для подачи оптоволокна в оболочке в ванну и/или для извлечения из ванны. Подающий канал определяет прямую и/или искривленную траекторию, вдоль которой может перемещаться оптоволокно в оболочке. В частности, перемещающее устройство выполнено с возможностью перемещения оптоволокна в оболочке вдоль траектории, определяемой подающим каналом. Подающий канал, в частности, может быть закрыт и/или имеет круглое поперечное сечение. Он может содержать подающую трубку, например металлическую трубку, т.е. трубку, сквозь которую можно подавать оптоволокно в оболочке. Подающий канал может быть образован металлическими стенками. Его внутренний диаметр может составлять более 7 мм, в частности более 9 мм и/или менее 15 мм, в частности менее 12 мм. Устройство может содержать подающий канал. Подающий канал и фурма для дутья могут вместе называться системой подачи. Система подачи может дополнительно содержать устройство обнаружения или детектор.

Оптоволокно в оболочке содержит оптоволокно, которое может представлять собой, например, стекловолокно. В качестве оптоволокна можно использовать волокно с распределенным показателем преломления с диаметром 50 мкм или 62,5 мкм. В частности, оптоволокно в оболочке содержит металлическую трубку, размещенную вокруг волокна, т.е. представляет собой покрытое металлом оптоволокно, которое также называют FiMT (оптоволокно в металлической трубке). Наружный диаметр металлической трубки может быть более 1 мм, в частности 1,3 мм и/или менее 3 мм, в частности 2,5 мм. Толщина стенки металлической трубки может быть более 0,1 мм и/или менее 0,3 мм, в частности менее 0,2 мм. Оптоволокно в оболочке может дополнительно содержать наружную трубку, размещенную вокруг металлической трубки. Наружная трубка может быть выполнена из металла. Ее наружный диаметр может составлять более 4 мм и/или менее 8 мм, в частности приблизительно 6 мм. Толщина наружной трубки может быть более 0,2 мм, в частности более 0,3 мм, и/или менее 0,7 мм, в частности менее 0,5 мм.

Ведущим концом оптоволокна в оболочке является конец, погружаемый в расплав для измерения температуры. Положение ведущего конца оптоволокна в оболочке обычно соответствует положению ведущего конца оптоволокна. В частности, оптоволокно в оболочке расходуется в направлении от ведущего конца к другому, противоположному концу. После каждой последовательности измерения ведущим концом будет другая часть оптоволокна в оболочке. Другой конец может соединяться с блоком детектора для оценки сигналов, измеренных и/или переданных оптоволокном в оболочке, для определения температуры. В процессе измерения другой конец не расходуется. Блок детектора может быть выполнен с возможностью приема переданного оптоволокном светового сигнала, в частности, в ИК-диапазоне длин волн. Блок детектора может представлять собой пирометр.

Обнаружение присутствия оптоволокна в оболочке подразумевает получение информации относительно того, находится ли оптоволокно в оболочке в определенном положении. Это помогает определять положение оптоволокна в оболочке. В частности, можно обнаруживать присутствие оптоволокна в оболочке в заданном положении фурмы для дутья и/или подающего канала. Это может быть реализовано так, что часть устройства обнаружения располагается в известном фиксированном положении относительно подающего канала и/или фурмы для дутья. В частности, устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке в месте, которое удалено на расстояние менее 4 м, в частности менее 2 м, и в одном варианте осуществления менее 1 м от наружной стенки ванны ЭДП. В частности, положение определения выше наружной стенки. Устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке в месте, которое удалено на расстояние менее 1 м, в частности менее 50 см, и в одном варианте осуществления менее 20 см от фурмы для дутья. Положение определения может быть выше фурмы для дутья. Расстояние до фурмы для дутья, в частности, представляет собой расстояние по оси.

Погружное устройство, в частности, устанавливают стационарно. В частности, погружное устройство выполнено таким образом, что оно может располагаться на наружной стенке ванны или на платформе на стороне ванны, при наличии таковой. При расположении на наружной стенке погружное устройство можно устанавливать на платформе эркерного выпускного отверстия (ЭВО) или на боковой стенке ванны. Таким образом, оптоволокно в оболочке может перемещаться вниз в ванну из стационарной точки. Платформа может быть частью боковой стенки и/или быть совмещена по существу горизонтально. В частности, точка входа в ванну располагается на платформе и/или представляет собой по существу совмещенное по вертикали отверстие.

В одной конфигурации устройство обнаружения содержит индуктивный датчик для обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке. Индуктивный датчик может быть размещен на фурме для дутья или вблизи нее. Например, он может быть размещен на подающем канале и/или подающей трубке. Можно использовать два индуктивных датчика для определения положения ведущего конца между ними.

В одном варианте осуществления устройство обнаружения содержит детектор для измерения параметров потока газа. В частности, детектор выполнен с возможностью измерения расхода в потоке газа, скорости потока для потока газа и/или давления газа в потоке газа. Таким образом, поток газа используют для обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке. В частности, поток газа подается в фурму для дутья или вблизи нее, так что присутствие оптоволокна в оболочке влияет на поток газа, например, за счет блокирования по меньшей мере части траектории потока для потока газа. Посредством измерения параметров можно обнаруживать присутствие оптоволокна в оболочке. Устройство может содержать подходящий источник газа. Соединенный с линией газа детектор может быть расположен вблизи фурмы для дутья или в удаленном положении. Как правило, линии газа отличаются высокой термостойкостью.

Термин «газ» в контексте изобретения относится к любому газообразному материалу, например к газу, газовой смеси и/или дисперсии, содержащей газ в качестве непрерывной среды. Таким образом, поток газа может представлять собой поток смеси газов, например воздуха.

Этот вариант осуществления обеспечивает возможность определения надежного и устойчивого к воздействию высоких температур положения. В процессе использования по назначению место внутри фурмы для дутья или вблизи нее подвержено воздействию неблагоприятных условий, включая высокие температуры в несколько сотен градусов Цельсия, пламя и искры из-за близкого расстояния до ванны ЭДП. Этот вариант осуществления обходится без электрических или электронных компонентов в горячей зоне, а потому отличается особенной надежностью. Требования по техническому обеспечению достаточно низкие, поскольку нет необходимости в экранировании или в тепловой защите. Следует дополнительно отметить, что ведущий конец оптоволокна в оболочке, положение которого подлежит определению, погрузили в жидкий металл за секунду до определения. Было показано, что параметры потока газа позволяют надежно и точно обнаруживать присутствие оптоволокна в оболочке в горячем состоянии. Кроме того, обеспечивается исключительно быстрое обнаружение ведущего конца.

В одном варианте осуществления погружное устройство содержит перемещающее устройство для перемещения оптоволокна в оболочке в подающем канале и/или в фурме для дутья относительно точки входа. Перемещающее устройство перемещает оптоволокно в оболочке относительно подающего канала и/или фурмы для дутья и в продольном направлении подающего канала или фурмы для дутья. Перемещающее устройство, в частности, выполнено с возможностью перемещения оптоволокна в оболочке так, что ведущий конец подается в ванну и из ванны и/или в расплав, содержащийся в ванне, и из расплава. Таким образом, перемещающее устройство может быть выполнено с возможностью перемещения оптоволокна в оболочке в прямом направлении и/или его перемещения в обратном направлении. Перемещение оптоволокна в оболочке, в частности, представляет собой перемещение вдоль прямой или искривленной траектории. Перемещающее устройство может содержать приводной механизм.

В дополнительном варианте осуществления перемещающее устройство выполнено с возможностью подачи оптоволокна в оболочке из бобины и/или навивания неиспользованного оптоволокна в оболочке обратно на бобину.

Было показано, что измерение положения вблизи ванны оказывается особенно надежным при использовании навитого оптоволокна в оболочке. Кроме того, характер расходования оптоволокна в оболочке можно эффективно отслеживать по определению потока газа. В данном варианте осуществления обеспечен надежный и простой способ использования большой (практически бесконечной) длины оптоволокна в оболочке для большого числа измерений. Поэтому в течение по меньшей мере одного полного цикла работы ЭДП можно проводить множество измерений температуры с высокой частотой, что создает максимальные возможности для управления процессом.

В дополнительном варианте осуществления подающий канал и/или фурма для дутья имеют первое отверстие и/или второе отверстие. Источник подачи газа может быть соединен с первым отверстием для введения газа под давлением в первое отверстие. Детектор может быть соединен со вторым отверстием посредством линии детектора.

В частности, первое отверстие и/или второе отверстие представляет собой радиальное отверстие относительно продольного направления подающего канала и/или фурмы для дутья. В частности, два отверстия находятся в одинаковом осевом положении по отношению к продольному направлению подающего канала или фурмы для дутья. На поток газа, подаваемый через отверстия, влияет оптоволокно в оболочке, и устройство обнаружения может определять параметры потока газа, чтобы определять влияние, и, таким образом, присутствие или отсутствие оптоволокна в оболочке. С помощью отверстий можно обнаруживать, присутствует ли оптоволокно в оболочке между отверстиями. Таким образом, можно извлекать информацию о том, находится ли ведущий конец оптоволокна в оболочке на стороне ванны или на противоположной от отверстий стороне.

Термин «соединять» или «соединение» относится к соединениям потока, чтобы обеспечить соответствующие потоки газа. Линия детектора обеспечивает сообщение по текучей среде между детектором и вторым отверстием. Как правило, под линией в смысле изобретения понимается сообщение по текучей среде, независимо от его вида, которое можно осуществлять, например, с помощью трубы, трубки и т.п.

Этот вариант осуществления продемонстрировал надежные результаты даже в том случае, если радиальное положение оптоволокна в оболочке в подающем канале или фурме для дутья неизвестно из-за радиального зазора между наружным диаметром оптоволокна в оболочке и соответствующей внутренней стенкой. Когда ведущий конец проходит место между отверстиями, может наблюдаться скачок значений параметров, например скорости потока или давления. Данный вариант осуществления дополнительно обеспечивает особенно надежную и бесперебойную работу.

В дополнительном варианте осуществления первое отверстие и второе отверстие совмещены коаксиально и/или размещены на противоположных концах сечения подающего канала или фурмы для дутья соответственно. Иными словами, у отверстий имеется общая ось. Эта ось может проходить перпендикулярно оси подающего канала. Поэтому между отверстиями может формироваться прямой поток газа, что обеспечивает особенно точное определение положения. Отверстия могут быть размещены на противоположных сторонах подающего канала, разнесенные на диаметр канала друг от друга, что позволяет полностью использовать все поперечное сечение.

В дополнительном варианте осуществления подающий канал имеет прямой участок, расположенный смежно с фурмой для дутья, и изогнутый участок, расположенный смежно с прямым участком. Первое отверстие и второе отверстие могут быть расположены вблизи места соединения прямого участка и изогнутого участка. В альтернативном варианте осуществления используют прямую фурму для дутья, так что можно подавать оптоволокно в оболочке по прямой траектории в направлении ванны, а подающий канал имеет изогнутый участок, расположенный смежно с фурмой для дутья. В этом случае первое отверстие и второе отверстие могут быть расположены вблизи места соединения фурмы для дутья и подающего канала.

Прямой участок обращен в сторону ванны и/или расположен между изогнутым участком и ванной. Таким образом, оптоволокно в оболочке можно вводить по прямой траектории в расплав и извлекать из расплава без изгиба. Механические свойства оптоволокна в оболочке меняются из-за тепла, которое воздействует на оптоволокно в оболочке в процессе измерения температуры, и/или последующего охлаждения. В частности, снижается гибкость. Перемещение оптоволокна в оболочке без изгибов предотвращает необратимую деформацию, а, следовательно, снижает износ, напряжение и истирание оптоволокна в оболочке, попадание материала из ванны и блокировку системы подачи. Удается предотвратить дополнительные перемещения оптоволокна в оболочке.

Изогнутый участок расположен на стороне прямого участка, обращенной от ванны. Таким образом, можно свести к минимуму требования к пространству для размещения устройства.

Два отверстия располагаются вблизи места соединения. В частности, расстояние по оси от любого из двух отверстий до места соединения относительно продольного направления подающего канала и/или фурмы для дутья составляет менее 25 см, предпочтительно менее 15 см. В одной конфигурации указанное осевое расстояние составляет менее 5 см или ноль.

В одном варианте осуществления погружное устройство содержит линию продувочного газа для соединения источника газа высокого давления с фурмой для дутья, чтобы сформировать первый поток продувочного газа в фурме для дутья в направлении ванны и/или находящегося в ней расплава. Источник газа высокого давления обеспечивает подачу газа или газовой смеси с давлением по меньшей мере 5 бар, в частности по меньшей мере 10 бар. Поэтому линия продувочного газа выполнена с возможностью выдерживания давления в упомянутом порядке. Она предпочтительно выполнена в виде трубки и/или изготовлена из металла. Поток продувочного газа используют для поддержания свободного пространства внутри фурмы для дутья, не содержащего загрязнений из ванны, и обеспечивает надежное функционирование оптоволокна в оболочке. Это помогает защищать подающий канал от попадания шлака и застывшего металла из ванны, и, тем самым, обеспечивает бесперебойную работу.

В дополнительном варианте осуществления линия продувочного газа соединяется с разделителем потока для разделения потока газа от источника газа высокого давления на две линии. Первая линия соединяется с фурмой для дутья для формирования первого потока продувочного газа, а вторая линия соединяется с первым отверстием. Иными словами, один источник газа высокого давления используют как для потока продувочного газа, так и для определения положения. Таким образом, уже используемый источник газа можно использовать для определения положения оптоволокна в оболочке, что позволяет свести к минимуму требования по техническому обеспечению. Первая линия и/или вторая линия могут быть изготовлены из металла и/или выполнены в виде трубки. Первая линия и/или вторая линия могут быть очень короткими и/или выполнены в виде канала для газа или отверстия для сквозного прохождения газа.

В дополнительном варианте осуществления погружное устройство содержит линию продувки линии детектора, которая соединяет линию продувочного газа с линией детектора для подачи второго потока продувочного газа в линии детектора через второе отверстие в фурму для дутья или в подающий канал. В частности, для продувки линии детектора формируется периодический и/или временный поток газа. Таким образом, можно защищать линию детектора от загрязнений. Иными словами, можно изменять направление потока газа в линии детектора на обратное. Переключающий клапан может быть размещен в линии продувки линии детектора так, чтобы можно было выборочным образом формировать второй поток продувочного газа. Переключающим клапаном может управлять устройство управления погружного устройства. Этот вариант осуществления обеспечивает особенно надежную эксплуатацию за счет используемой продувки линии детектора.

В одном варианте осуществления конец фурмы для дутья, который направлен или выполнен с возможностью направления к ванне и/или находящемуся в ней расплаву, выполнен в виде сопла Лаваля. Это позволяет вводить первый поток продувочного газа в ванну с высокой скоростью и/или со сверхзвуковой скоростью. Поэтому шлак, плавающий на расплаве под оптоволокном в оболочке, может быть вытеснен до и/или в процессе введения оптоволокна в оболочке. Таким образом, предотвращается блокировка системы подачи и повышается точность измерения температуры. Кроме того, оптоволокно в оболочке охлаждается даже внутри ванны так, что при этом повышается его срок эксплуатации и обеспечивается особо точное измерение температуры.

В дополнительном варианте осуществления погружное устройство содержит датчик положения, выполненный с возможностью отслеживания перемещения оптоволокна в оболочке от известной исходной точки. В частности, перемещающее устройство включает в себя сервопривод, выполняющий функции датчика положения. Датчик положения может быть выполнен с возможностью отслеживания расстояния, на которое оптоволокно в оболочке перемещается от известной исходной точки. Исходная точка, в частности, определяется положением ведущего конца, определяемым устройством обнаружения. Таким образом, после измерения положения датчик положения обеспечивает информацию об известном положении ведущего конца в процессе последующего перемещения оптоволокна в оболочке. Поэтому можно обеспечивать определенную глубину погружения оптоволокна в оболочке в расплав. В результате дополнительно улучшается измерение температуры.

В одной конфигурации датчик положения может быть компонентом перемещающего устройства и/или приводной механизм может входить в состав перемещающего устройства. Приводной механизм может представлять собой сервопривод и/или включать в себя сервопривод для отслеживания положения приводного механизма. В дополнительном или в альтернативном варианте осуществления датчик положения может быть размещен независимо от перемещающего устройства. В случае сервопривода и дополнительного датчика положения сохраняется возможность измерения любого смещения оптоволокна в оболочке, например, из-за блокировки, которое нельзя определить одним только сервоприводом. При этом обеспечивается особенно высокая точность и бесперебойность при измерении положения.

В одном варианте осуществления погружное устройство содержит устройство управления для управления погружением ведущего конца оптоволокна в оболочке в расплав и/или его извлечением из расплава с помощью перемещающего устройства. Устройство управления может быть дополнительно выполнено с возможностью управления обнаружением присутствия оптоволокна в оболочке устройством обнаружения. В частности, устройство управления представляет собой электронное устройство управления, такое как микроконтроллер или компьютер.

В дополнительном варианте осуществления погружное устройство выполнено таким образом, что устройство обнаружения может отслеживать присутствие оптоволокна в оболочке в конкретном положении в процессе перемещения оптоволокна в оболочке. Перемещение оптоволокна в оболочке может быть остановлено, после того как было обнаружено, что ведущий конец оптоволокна в оболочке прошел положение. Такую операцию может, в частности, осуществлять устройство управления. Таким образом, перемещение оптоволокна в оболочке ограничивается в необходимых пределах. При этом увеличивается скорость измерения и обеспечивается эффективное управление процессом.

Дополнительным аспектом изобретения является погружное устройство для измерения температуры в ванне ЭДП с использованием оптоволокна в оболочке. Погружное устройство содержит устройство соединения с фурмой для дутья для механического соединения с фурмой для дутья. Оптоволокно в оболочке выполнено с возможностью перемещения в подающем канале, в фурме для дутья и/или в устройстве соединения с фурмой для дутья относительно точки входа. Устройство дополнительно содержит устройство обнаружения для определения положения оптоволокна в оболочке. Устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке в устройстве соединения с фурмой для дутья или вблизи него.

Дополнительным аспектом изобретения является способ определения положения оптоволокна в оболочке с использованием погружного устройства в соответствии с настоящим изобретением. Способ включает перемещение оптоволокна в оболочке в подающем канале и/или в фурме для дутья с помощью перемещающего устройства. Способ дополнительно включает определение с помощью устройства обнаружения, находится ли оптоволокно в оболочке в месте в фурме для дутья или вблизи нее. Все признаки, преимущества и варианты осуществления, приведенные для устройства в соответствии с настоящим изобретением, также относятся к упомянутому выше аспекту изобретения и способу, и наоборот.

В частности, устройство обнаружения содержит часть, которая располагается в месте в фурме для дутья или вблизи нее для обнаружения присутствия оптоволокна в оболочке в указанном положении. В частности, способ включает измерение температуры внутри ванны с использованием оптоволокна в оболочке. Перемещение может включать перемещение вперед оптоволокна в оболочке до измерения и/или перемещение назад оптоволокна в оболочке после измерения. Можно проводить множество измерений подряд.

В одном варианте осуществления погружное устройство содержит первое отверстие и второе отверстие в подающем канале или в фурме для дутья. Устройство обнаружения может содержать детектор, соединенный со вторым отверстием. Стадия определения может включать введение газа под давлением в первое отверстие и/или определение детектором параметра потока газа. В частности, параметр оценивается блоком оценки устройства, который может быть частью устройства управления.

После стадии определения способ может включать перемещение перемещающим устройством оптоволокна в оболочке на заданное расстояние вперед в направлении расплава для погружения ведущего конца в расплав на заданную глубину. Это перемещение может отслеживаться датчиком положения и/или контролироваться устройством управления. Положение можно определять в начале и/или в конце последовательности измерения температуры. В частности, положение определяют до первой последовательности измерения. Надежное определение положения возможно при использовании всего лишь одного устройства обнаружения.

В дополнительном варианте осуществления стадия перемещения включает извлечение оптоволокна в оболочке из ванны и/или расплава с первой скоростью, остановку возвратного движения и подачу оптоволокна в оболочке вперед в направлении ванны и/или расплава со второй скоростью, которая может быть меньше первой скорости. Присутствие оптоволокна в оболочке можно обнаруживать в процессе возвратного движения и/или в процессе подачи вперед. Оптоволокно в оболочке, в частности, перемещается внутри подающего канала и/или фурмы для дутья.

В процессе двухстадийного определения посредством первого определения можно устанавливать приблизительное положение ведущего конца. Первое определение можно использовать для срабатывания остановки возвратного движения. Быстрый возврат обладает преимуществом из-за неблагоприятных условий вблизи расплава, а также для обеспечения быстрых измерений. Второе определение можно проводить в процессе более медленного перемещения, а значит, получать очень точное определение положения.

Ниже представлен более подробный пример осуществления изобретения с использованием графических материалов. Если не указано иное, признаки примера осуществления как по отдельности, так и в совокупности, могут объединяться с заявленными целями изобретения. Заявленный объем правовой охраны изобретения не ограничивается примером осуществления.

Ниже представлено описание чертежей.

Фиг. 1 - вид погружного устройства сбоку в разрезе;

фиг. 2 - вид спереди погружного устройства;

фиг. 3 - вид погружного устройства в перспективе;

фиг. 4 - вид отдельных компонентов погружного устройства сбоку в разрезе;

фиг. 5 - схематический вид отдельных компонентов погружного устройства в разрезе; и

фиг. 6 - вид электродуговой печи с погружным устройством.

На фиг. 1 приводится вид в разрезе погружного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением для измерения температуры расплава металла в ванне ЭДП с использованием оптоволокна 50 в оболочке. Оптоволокно 50 в оболочке совмещено по вертикали для подачи в расплав через подающий канал 20 и фурму 28 для дутья в направлении вниз с помощью перемещающего устройства, которое размещено на определенном расстоянии по направлению вверх, но здесь не показано. Перемещающее устройство предпочтительно подает оптоволокно 50 в оболочке из бобины, размещенной по направлению вверх, и сматывает неиспользованное волокно обратно на бобину.

Погружное устройство 10 содержит фурму 28 для дутья для подачи продувочного газа в направлении вниз в точку входа ванны. Подробная информация приводится на фиг. 6. Фурма 28 для дутья представляет собой металлическую трубку с внутренней полостью 32, в которой может перемещаться оптоволокно 50 в оболочке, окруженное продувочным газом. Передний конец фурмы 28 для дутья, который направлен в сторону расплава, выполнен в виде сопла 44 Лаваля. Относительно продольного направления оптоволокна 50 в оболочке фурма 28 для дутья расположена в месте впереди по оси смежно с подающим каналом 20. В представленном здесь варианте осуществления подающий канал 20 содержит подающую трубку 29, выполненную из металла, и совмещенный по вертикали направляющий канал, образованный центральным корпусом 72 погружного устройства 10. Указанный направляющий канал размещен по оси смежно и коаксиально с фурмой 28 для дутья и подающей трубкой 29. Он размещен между фурмой 28 для дутья и подающей трубкой 29, как также показано на фиг. 4. В других вариантах осуществления фурма 28 для дутья может располагаться по оси смежно с подающей трубкой 29.

Фурма 28 для дутья разъемным образом соединяется с центральным корпусом 72. Подающая трубка 29 показана на виде в частичном разрезе на фиг. 1 и 3 так, чтобы было видно оптоволокно 50 в оболочке. При этом подающая трубка 29, в частности, продолжается дальше до перемещающего устройства.

Погружное устройство 10 содержит устройство обнаружения для определения положения оптоволокна 50 в оболочке. Устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия ведущего конца 52 оптоволокна 50 в оболочке вблизи верхнего конца фурмы 28 для дутья. Устройство обнаружения содержит детектор для измерения параметров потока газа. Указанный детектор соединен с линией детектора, но здесь это не показано. Устройство обнаружения дополнительно содержит первое отверстие 21 и второе отверстие 22 в подающем канале 20, которые размещены коаксиально. В показанном варианте осуществления отверстия 21 и 22 размещены в противоположных положениях поперечного сечения направляющего канала, образованного центральным корпусом 72 погружного устройства 10. Первое отверстие 21 соединено с источником подачи газа (здесь не показан) для формирования потока газа под давлением через первое отверстие 21 в подающий канал 20 и из подающего канала 20 через второе отверстие 22. Перемещение ведущего конца 52 оптоволокна 50 в оболочке вперед или назад с прохождением через отверстия влияет на поток газа, что может определяться детектором. В одной конфигурации определение проводят посредством измерения давления. Определяют изменения давления, связанные с положением ведущего конца 52. Когда ведущий конец 52 находится между подающей и принимающей поток сторонами (первое отверстие 21 и второе отверстие 22 соответственно), наблюдается низкое давление. По мере освобождения траектории потока газа от препятствий наблюдается более высокое давление. Измерение давления отличается особенной стабильностью и надежностью.

Погружное устройство 10 содержит линию 32 продувочного газа для соединения с источником газа высокого давления для формирования потока продувочного газа в фурме 28 для дутья в направлении расплава, находящегося внутри ванны ЭДП. В показанном здесь варианте осуществления линия 30 продувочного газа соединена с разделителем 40 потока, который выполнен в виде камеры с по меньшей мере двумя выпускными отверстиями. По меньшей мере одно выпускное отверстие соединено с первой линией 41, проходящей по периметру окружности вокруг направляющего канала центрального корпуса 72. Указанная первая линия 41 выполнена с возможностью подачи вводимого газа в полость 32 фурмы 28 для дутья для формирования потока продувочного газа. По меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие соединено со второй линией 42, проходящей радиально, которая соединена с первым отверстием 21 для формирования потока газа для определения положения.

На фиг. 2 приводится вид спереди устройства 10, в частности устройства 10, представленного на фиг. 1. На фиг. 3 приводится вид в перспективе устройства 10, в частности устройства, представленного на фиг. 1 и/или на фиг. 2. Видно, что устройство 10 содержит два зажимных устройства 70, которые обеспечивают простую и быструю замену фурмы 28 для дутья без каких-либо инструментов. Каждое из зажимных устройств 70 содержит зажимные механизмы, которые воздействуют сжимающим усилием на фланец фурмы 28 для дутья и фланец центрального корпуса 72, сжимая их вместе в осевом направлении, когда зажимные устройства 70 находятся в закрытом положении. Каждое из зажимных устройств 70 содержит рукоятку 71, которая может поворачиваться с открытием зажимных устройств 70 для замены фурмы 28 для дутья и для закрытия зажимных устройств 70 для присоединения фурмы 28 для дутья без каких-либо инструментов.

На фиг. 5 схематически подробно представлена другая конфигурация погружного устройства, в которой подающий канал 20 выполнен в виде подающей трубки 29 и расположен смежно с фурмой 28 для дутья. Фурма 28 для дутья выполнена прямой для подачи оптоволокна 50 в оболочке по прямой траектории в направлении расплава. Подающий канал 29 для экономии пространства имеет изогнутый участок 26. Место 25 располагается между прямым участком 24, определенным фурмой 28 для дутья, и изогнутым участком 26. Осевое положение первого отверстия 21 и второго отверстия 22, а значит, входа линии 30 продувочного газа и соединения линии 34 детектора, находится в месте 25 или вблизи него. Газ под давлением разделяется на поток продувочного газа внутри фурмы 28 для дутья и поток 38 газа для измерений. Газ, образующий поток 38 газа, в котором измеряют давление или расход, проходит через первое отверстие 21. Положения отверстий 21, 22 могут также меняться местами. Отверстия 21, 22 совмещены коаксиально и размещены в противоположных положениях поперечного сечения подающего канала 20 и фурмы 28 для дутья.

На фиг. 6 представлена электродуговая печь (ЭДП) 60 с погружным устройством 10. ЭДП 60 содержит ванну 62, содержащую расплав 64 металла, подвижную крышку 68 и платформу 67, размещенную на боковой стороне ванны 62. Точка входа в ванну 62, через которую оптоволокно 50 в оболочке проходит в ванну 62, размещено на платформе 67. Погружное устройство 10 также размещено на платформе 67. На фиг. 6 упрощенно и схематично показаны относительные расположения погружного устройства и ЭДП. Вместе с тем погружное устройство обычно выполнено с возможностью крепления на платформе 67 так, что подающая трубка 29, фурма 28 для дутья и ведущий конец 52 остаются неподвижными при наклоне ванны 62 в процессе эксплуатации.

Оптоволокно 50 в оболочке навито на бобину 76. Оно перемещается, т.е. разматывается с бобины 76 и сматывается с возвратом на бобину 76, с помощью перемещающего устройства 74. Перемещающее устройство 74 содержит вальцы для перемещения оптоволокна 50 в оболочке и может включать в себя сервопривод для активирования по меньшей мере одного из вальцов. В промежутке между перемещающим устройством 74 и фурмой 28 для дутья оптоволокно 50 в оболочке направляется внутрь подающего канала 20. Подающий канал 20 имеет изогнутый участок 26 и прямой участок 24, направленные к ванне 62. Подающий канал содержит подающую трубку 29 и направляющий канал, образованный центральным корпусом погружного устройства 10. Для ясности здесь не показано устройство обнаружения.

Список ссылочных позиций

Погружное устройство 10

Подающий канал 20

Первое отверстие 21

Второе отверстие 22

Прямой участок 24

Место 25

Изогнутый участок 26

Фурма для дутья 28

Подающая трубка 29

Линия продувочного газа 30

Полость 32

Линия детектора 34

Поток газа 38

Разделитель потока 40

Первая линия 41

Вторая линия 42

Сопло Лаваля 44

Оптоволокно в оболочке 50

Ведущий конец 52

Электродуговая печь 60

Ванна 62

Расплав 64

Платформа 67

Крышка 68

Зажимное устройство 70

Рукоятка 71

Центральный корпус 72

Перемещающее устройство 74

Бобина 76

Изобретение относится к погружному устройству и способу определения положения оптоволокна в оболочке с использованием погружного устройства. Погружное устройство (10) для измерения температуры расплава (64) металла в ванне (62) электродуговой печи (60) с оптоволокном (50) в оболочке содержит фурму (28) для дутья для подачи продувочного газа в точку входа в ванну (62) и устройство обнаружения для определения положения оптоволокна (50) в оболочке. Оптоволокно (50) в оболочке выполнено с возможностью перемещения в подающем канале (20) и/или в фурме (28) для дутья относительно точки входа. Устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна (50) в оболочке в фурме (28) для дутья или вблизи нее. Технический результат - получают короткие расстояния между ведущим концом волокна и расплавом и, следовательно, короткие временные интервалы между последовательностями измерения температуры. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Погружное устройство (10) для измерения температуры расплава (64) металла внутри ванны (62) электродуговой печи (60) с оптоволокном (50) в оболочке, причем погружное устройство (10) содержит фурму (28) для дутья для подачи продувочного газа в точку входа в ванну (62) и устройство обнаружения для определения положения оптоволокна (50) в оболочке, при этом оптоволокно (50) в оболочке выполнено с возможностью перемещения в подающем канале (20) и/или в фурме (28) для дутья относительно точки входа, отличающееся тем, что устройство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения присутствия оптоволокна (50) в оболочке в фурме (28) для дутья или вблизи нее.

2. Погружное устройство (10) по предшествующему пункту, отличающееся тем, что устройство обнаружения содержит детектор для измерения параметра потока (38) газа, причем детектор, в частности, выполнен с возможностью измерения расхода потока (38) газа, скорости потока (38) газа и/или давления газа в потоке (38) газа.

3. Погружное устройство (10) по п. 1, отличающееся тем, что устройство обнаружения содержит индуктивный датчик для обнаружения присутствия оптоволокна (50) в оболочке.

4. Погружное устройство (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит перемещающее устройство (74) для перемещения оптоволокна (50) в оболочке в подающем канале (20) и/или в фурме (28) для дутья относительно точки входа.

5. Погружное устройство (10) по предшествующему пункту, отличающееся тем, что перемещающее устройство (74) выполнено с возможностью подачи оптоволокна (50) в оболочке из бобины (76) и сматывания неиспользованного волокна на бобину (76).

6. Погружное устройство (10) по пп. 2, 4 или 5, отличающееся тем, что подающий канал (20) или фурма (28) для дутья имеет первое отверстие (21) и второе отверстие (22), причем источник подачи газа может быть соединен с первым отверстием (21) для введения газа под давлением в первое отверстие (21), и при этом детектор соединен со вторым отверстием (22) с помощью линии (34) детектора.

7. Погружное устройство (10) по предшествующему пункту, отличающееся тем, что первое отверстие (21) и второе отверстие (22) совмещены коаксиально,

причем первое отверстие (21) и второе отверстие (22), в частности, размещены на противоположных концах сечения подающего канала (20) или фурмы (28) для дутья соответственно.

8. Погружное устройство (10) по одному из двух предшествующих пунктов, отличающееся тем, что

− подающий канал (20) имеет прямой участок (24), расположенный смежно с фурмой (28) для дутья, и изогнутый участок (26), расположенный смежно с прямым участком (24), причем первое отверстие (21) и второе отверстие (22) расположены вблизи места (25) соединения прямого участка (24) и изогнутого участка (26), или

− фурма (28) для дутья выполнена прямой для подачи оптоволокна (50) в оболочке по прямой траектории в направлении расплава (64), а подающий канал (20) имеет изогнутый участок (26), расположенный смежно с фурмой (28) для дутья, причем первое отверстие (21) и второе отверстие (22) расположены вблизи места соединения фурмы (28) для дутья и подающего канала (20).

9. Погружное устройство (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит линию (30) продувочного газа для соединения источника газа высокого давления с фурмой (28) для дутья, чтобы сформировать первый поток продувочного газа в фурме (28) для дутья в направлении расплава (64).

10. Погружное устройство (10) по предшествующему пункту, отличающееся тем, что конец фурмы (28) для дутья, который направлен в сторону расплава (64), выполнен в форме сопла (44) Лаваля.

11. Погружное устройство (10) по одному из семи предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит устройство управления для управления перемещением ведущего конца (52) оптоволокна (50) в оболочке в расплав (64) и/или его извлечением из расплава (64) с помощью перемещающего устройства (74).

12. Погружное устройство (10) по предшествующему пункту, отличающееся тем, что выполнено таким образом, что устройство обнаружения может отслеживать присутствие оптоволокна (50) в оболочке в конкретном положении в ходе перемещения оптоволокна (50) в оболочке, и перемещение оптоволокна (50) в оболочке может быть остановлено после определения, что ведущий конец (52) оптоволокна (50) в оболочке прошел указанное положение.

13. Способ определения положения оптоволокна (50) в оболочке с использованием погружного устройства (10) по одному из предшествующих пунктов, включающий:

− перемещение оптоволокна (50) в оболочке в подающем канале (20) и/или в фурме (28) для дутья с помощью перемещающего устройства (74),

− определение с помощью устройства обнаружения, находится ли оптоволокно (50) в оболочке в месте в фурме (28) для дутья или вблизи нее.

14. Способ по предшествующему пункту, в котором погружное устройство (10) содержит первое отверстие (21) и второе отверстие (22) в подающем канале (20) или в фурме (28) для дутья, а устройство обнаружения содержит детектор, соединенный со вторым отверстием (22), причем стадия определения включает:

− введение газа под давлением в первое отверстие (21), и

− определение детектором параметра потока (38) газа.

15. Способ по одному из двух предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия перемещения включает отвод оптоволокна (50) в оболочке из расплава (64) с первой скоростью, остановку возвратного движения и подачу оптоволокна (50) в оболочке вперед в направлении расплава (64) со второй скоростью, которая меньше первой скорости, причем присутствие оптоволокна (50) в оболочке обнаруживают в процессе возвратного движения и подачи вперед.