СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВАННЫ С РАСПЛАВЛЕННЫМ МЕТАЛЛОМ Российский патент 2024 года по МПК G01J5/00 G01J5/04 G01J5/821 G01K11/32 

Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом.

Температура ванны с расплавленным металлом в металлургическом резервуаре является важным параметром в процессе изготовления металла, который определяет качество полученного продукта. Возможные средства для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, в частности железом или сталью в зоне плавления электродуговой печи (EAF), включают погружение в расплавленный металл оптического волокна, окруженного металлической трубкой. Оптическое волокно, окруженное металлической трубкой, часто также называют кабелем с оптоволоконной сердцевиной.

Для измерения температуры ванны с расплавленным металлом в металлургический резервуар можно вводить кабель с оптоволоконной сердцевиной. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной погружают в ванну с расплавленным металлом, при этом он проходит сначала горячую атмосферу, затем слой шлака, а затем ванну с расплавленным металлом. После погружения части кабеля с оптоволоконной сердцевиной ниже поверхности ванны с расплавленным металлом оптическое волокно может передавать тепловое излучение, полученное от расплавленного металла, на детектор, например пирометр. Для определения температуры ванны с расплавленным металлом с детектором может быть связана приемлемая контрольно-измерительная аппаратура. Во время этого измерения погруженная часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной может частично или полностью расходоваться в результате воздействия ванны с расплавленным металлом. После завершения измерения температуры наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной можно убрать из ванны с расплавленным металлом. Наконечник убранного кабеля с оптоволоконной сердцевиной станет новым передним наконечником при следующем измерении температуры.

Такое устройство приемлемо для измерений температуры по команде и полунепрерывных измерений температуры в виде ряда циклов погружения. Оператор может получать измерение температуры без какого-либо прямого вмешательства в жесткую среду вблизи металлургического резервуара.

Для обеспечения точных измерений во время выполнения измерения необходимо обеспечить условия абсолютно черного тела вблизи погруженного переднего наконечника оптического волокна. С одной стороны, волокно требуется погрузить на достаточную глубину ниже поверхности ванны с расплавленным металлом и в таком месте внутри резервуара, которое является репрезентативным для температуры ванны с жидким металлом. С другой стороны, глубокое погружение увеличивает воздействие флотационных сил на кабель с оптоволоконной сердцевиной и увеличивает его расходование во время последовательности измерения.

Как правило, устройство, содержащее кабель с оптоволоконной сердцевиной для измерения температуры, устанавливают фиксированным образом в верхней части резервуара, содержащего расплавленный металл, например, располагают на боковой стенке или части свода. Из-за центрального расположения электродов в системах измерительное оборудование обычно не устанавливают по центру над ванной с расплавленным металлом. В типичном металлургическом процессе резервуар во время процесса перемещают для улучшения гомогенизации расплава металла. Это постоянное перемещение обычно называют «качанием печи». Как должно быть понятно специалисту в данной области, резервуар является частью печи. Это наклоняющее, скользящее или вращательное движение приводит к периодическому изменению расстояния от поверхности ванны с расплавленным металлом до места установки кабеля с оптоволоконной сердцевиной и не позволяет поддерживать постоянную глубину погружения кабеля с оптоволоконной сердцевиной на всех стадиях процесса.

В US2003004602A1 описан способ управления углом наклона печи в зависимости от параметров металлургического процесса для оптимизации производительности соответствующего процесса. Важность наклона для самого процесса является признанным фактом, но при этом не учитывается влияние такого наклона на измерения.

В нескольких документах, относящихся к предшествующему уровню техники, описаны способы подачи кабеля с оптоволоконной сердцевиной, способствующие улучшению качества данных измерения температуры. Например, в US2018180484A1 описан способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом, включающий схему подачи с двумя скоростями подачи, за которой следует стационарный период, после которого осуществляют измерение температуры. Хотя этот способ решает некоторые из известных ранее проблем, он не учитывает постоянно изменяющиеся условия в процессе изготовления металла.

С учетом предшествующего уровня техники существует потребность в способе измерения и системе, которые учитывают сопутствующие обстоятельства процесса изготовления металла, и в эффективном способе использования указанных способа и системы.

Таким образом, целью настоящего изобретения является предложить улучшенный способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью кабеля с оптоволоконной сердцевиной, способный решить по меньшей мере одну из описанных выше проблем. В частности, одной из целей является предложить улучшенный способ для более надежного определения значений температуры в непрерывно перемещающемся металлургическом резервуаре. Кроме того, целью является предложить способ определения значения температуры на определенной глубине погружения кабеля с оптоволоконной сердцевиной ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом. Дополнительный аспект цели настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, позволяющий эффективно использовать расходуемый кабель с оптоволоконной сердцевиной.

Дополнительной целью настоящего изобретения является предложить улучшенную систему для осуществления способа, обладающего признаками изобретения.

Эти цели достигаются посредством объекта изобретения, определенного в независимых пунктах формулы изобретения.

В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом в печи с помощью устройства, содержащего кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор, причем печь имеет наклон печи, при этом способ включает

(a) обеспечение набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

(b) определение угла FI(n) наклона печи для некоторого момента t(n) времени;

(с) выбор профиля MP(n) измерения, соответствующего углу FI(n) наклона печи, из обеспеченного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

(d) применение профиля MP(n) измерения в момент t(n) времени с получением измеренного значения температуры.

Кроме того, в изобретении предложена система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом в печи, причем печь имеет угол наклона печи, при этом система включает устройство и модуль, и при этом модуль выполнен с возможностью взаимодействия с устройством, причем устройство включает кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор, при этом модуль включает блок S хранения данных, блок P обработки данных и блок C управления, причем блок S хранения данных включает:

- элемент S1 хранения для обеспечения набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

причем блок P обработки данных включает:

- элемент P1 обработки для определения наклона FI печи;

- элемент P2 обработки для выбора профиля MP(n) измерения, соответствующего наклону FI(n) печи, из обеспеченного набора данных, связывающих углы наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

и при этом блок C управления включает:

- элемент C1 управления для применения профиля MP(n) измерения с получением измеренного значения температуры.

Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления могут быть реализованы по отдельности или в любой возможной комбинации.

Было показано, что способ в соответствии с настоящим изобретением является особенно приемлемым для установок металлургических печей, которые могут постоянно перемещаться в процессе изготовления металла. Неожиданно было обнаружено, что качество данных измерения зависит от профиля измерения, который применяют для получения измерения. В частности, было определено, что подача кабеля с оптоволоконной сердцевиной в ванну с расплавленным металлом, представляет собой фактор, существенно влияющий на надежность получаемых данных. Способ, обладающий признаками изобретения, позволяет определять значения температуры с помощью соответствующих протоколов измерения для различных конфигураций металлургического резервуара, включающего ванну с расплавленным металлом. В частности, было обнаружено, что постоянная глубина погружения переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной является важным параметром для достижимого качества измерения. Под термином «качество» в этом контексте подразумевается полученная точность измерения по сравнению с данными, полученными посредством применения стационарно установленной стандартной термопары. Кроме того, поскольку способ, обладающий признаками изобретения, обеспечивает позиционирование кабеля с оптоволоконной сердцевиной и его переднего наконечника на постоянной глубине ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом, можно дополнительно получать точные значения температуры при минимальном расходовании кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Используемый в настоящем документе термин «расходование» или «расход» относится к разрушению кабеля с оптоволоконной сердцевиной, такому как, например, плавление кабеля с оптоволоконной сердцевиной посредством воздействия ванны с расплавленным металлом и его растворение в ванне с расплавленным металлом, разложение или сгорание кабеля с оптоволоконной сердцевиной целиком или его различных частей и т.п.

В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры ванны с расплавленным металлом.

В настоящем документе термин «определение значения температуры» может использоваться как синоним термина «измерение температуры». В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления значение температуры может быть определено из измерения одной точки или измерения множества точек.

В настоящей заявке переменные, относящиеся к температурам или значениям температуры, будут обозначаться прописной буквой T, тогда как переменные, относящиеся к моментам времени, продолжительностям или значениям времени в общем смысле, будут обозначаться строчной буквой t.

Для обозначения переменной в общем смысле будет использоваться переменная без индекса, т.е. (n) или т.п. Для обозначения этой переменной, применяемой в конкретном контексте, будет использоваться переменная с индексом. Например, FI относится к общему определению угла наклона печи, тогда как FI(n) относится к конкретному углу наклона печи.

Используемый в настоящем документе термин «ванна с расплавленным металлом» используется для описания расплава в печи, в частности в резервуаре. Альтернативным термином для «ванны с расплавленным металлом», известным специалисту в данной области, является «расплав металла». Расплавленный металл в ванне с расплавленным металлом не имеет конкретных ограничений. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления расплавленный металл представляет собой расплавленную сталь. Термин «ванна с расплавленным металлом» не исключает наличия каких-либо твердых или газообразных компонентов, включая, например, нерасплавленные компоненты соответствующего металла. Ванна с расплавленным металлом может быть покрыта слоем шлака. Термин «шлак» относится к неметаллическим побочным продуктам, которые часто образуются в сталеплавильных печах и обычно присутствуют в виде расплавленного материала, который плавает поверх расплавленного металла. Шлак может включать оксиды металлов, сульфиды металлов, оксид кальция, оксид магния, магнезит, доломит, оксид железа, оксид алюминия, оксид марганца, кремнезем, серу, фосфор или их комбинацию.

Температура расплавов металлов отличается и обычно зависит от состава металла и стадии процесса плавки. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления температура ванны с расплавленным металлом находится в диапазоне 1500-1800°C и более предпочтительно в диапазоне 1500-1700°C.

Ванна с расплавленным металлом, температуру которой требуется определить способом в соответствии с настоящим изобретением, находится в печи.

Предпочтительно печь представляет собой металлургическую установку, содержащую резервуар, который включает ванну с расплавленным металлом и устройства, стационарно установленные на резервуаре или сбоку от него. Такие устройства могут представлять собой, например, средства для нагрева, такие как электроды, и средства для измерения, такие как устройства, включающие в себя кабель с оптоволоконной сердцевиной.

Ванна с расплавленным металлом может содержаться в резервуаре, содержащем точку ввода, приемлемую для подачи через нее кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Такая точка ввода может быть расположена на панели боковой стенки, своде, покрывающем резервуар, или платформе, установленной над резервуаром, такой как платформа, которая обеспечена в печи с эксцентрическим выпускным отверстием для слива плавки (EBT). Предпочтительно точка ввода расположена на платформе печи EBT.

Используемый в настоящем документе термин «наклон печи» относится к углу наклона печи и, в частности, резервуара, включающего ванну с расплавленным металлом, в градусах. Предпочтительно наклон определяется относительно оси A_P поворота. Предпочтительно ось A_P поворота определяет начальное положение. Как будет понятно специалисту в данной области, наклон печи является прямым следствием качания печи, обычно применяемого в ходе металлургического процесса. Предпочтительно ось A_P поворота, определяющая начальное положение, ориентирована перпендикулярно нижней части резервуара, включающего ванну с расплавленным металлом, в случае, если нижняя часть является плоской. Если нижняя часть имеет закругленную или иную форму, ось A_P поворота, определяющая начальное положение, предпочтительно ориентирована перпендикулярно плоскости проекции, определяемой внешним контуром резервуара. Следует понимать, что ось A_P поворота не обязательно должна располагаться по центру в резервуаре; т.е. она не обязательно должна располагаться на полуширине резервуара. В частности, в случаях, когда резервуар не является симметричным, положение оси A_P поворота может быть смещено в какую-либо одну сторону относительно центра, определяемого по ширине резервуара.

В одном предпочтительном варианте осуществления наклон печи определяется углом между горизонтальной плоскостью и базовой плоскостью, которая является касательной к нижней части корпуса печи, причем в случае, когда печь находится в исходном положении, т.е. нейтральном положении, базовая плоскость по существу параллельна горизонтальной плоскости и/или поверхности ванны с расплавленным металлом.

Углы наклона печи предпочтительно указываются в градусах. Углы наклона печи могут принимать положительные или отрицательные значения в зависимости от направления, в котором резервуар наклонен относительно оси A_P поворота, определяющей начальное положение. В соответствии с определением начальное положение относится к углу наклона печи 0°. Другими словами, возможно, что положительные значения угла наклона печи относятся к наклону в одном направлении относительно оси A_P поворота, определяющей начальное положение, а отрицательные значения относятся к наклону в противоположном направлении. Как правило, наклон резервуара относительно оси A_P поворота, определяющей начальное положение, находится в диапазоне от +5° до -5°.

Предпочтительно наклон печи приводит к движению ванны с расплавленным металлом. Специалисту в данной области будет понятно, что наклон влияет на относительное расположение и расстояния между поверхностью ванны с расплавленным металлом и частями резервуара, образующими внутреннее пространство, например, крышкой, закрывающей резервуар. Поскольку объем ванны с расплавленным металлом после расплавления всего твердого материала остается постоянным, положение уровня поверхности ванны с расплавленным металлом будет зависеть, с одной стороны, от наклона печи, а с другой стороны - от геометрической формы внутренней части корпуса резервуара.

В контексте настоящего изобретения следует понимать, что «наклоном печи» называют перемещение в одном измерении; т.е. из стороны в сторону или спереди назад.

Печь можно наклонять под углами в некотором диапазоне с помощью устройства наклона. Предпочтительно, чтобы устройство наклона включало в себя средства, выбранные из группы, состоящей из двигателя(-ей), шестерни (шестерен), цепного(-ых) привода(-ов), гидравлического привода и их комбинаций.

В одном предпочтительном варианте осуществления наклон печи осуществляется оператором, который вручную управляет устройством наклона. В одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления управление наклоном печи осуществляется с помощью компьютера; например, управление наклоном печи осуществляется посредством процессора или программируемого логического контроллера. В таких вариантах осуществления процессор или программируемый логический контроллер может управлять устройством наклона для выполнения последовательности небольших (одинаковых или различающихся) угловых перемещений или непрерывного углового перемещения.

Предпочтительно, чтобы резервуар включал в себя положение, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной. В одном предпочтительном варианте осуществления данное положение располагается у отверстия в печи; т.е. точки ввода, через которую в резервуар подают кабель с оптоволоконной сердцевиной.

Предпочтительно, чтобы положение, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, не располагалось на оси A_P поворота. Другими словами, положение, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, располагается не по центру резервуара. Положение «по центру резервуара» в настоящем документе следует понимать как точку внутри резервуара, которая расположена на полуширине диаметра резервуара. Предпочтительно, чтобы положение, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, располагалось рядом с боковой стенкой резервуара.

Как будет понятно специалисту в данной области, полученные различия в расстоянии между положением, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, до поверхности ванны с расплавленным металлом будут тем больше, чем дальше находится это положение от центрального положения резервуара. Другими словами, чем ближе расположена эта точка к боковой стенке резервуара, тем более значительным будет влияние наклонного перемещения печи.

В репрезентативных конфигурациях резервуара различие в расстоянии между поверхностью ванны с расплавленным металлом и положением, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, может составлять до 10 см на градус наклона; т.е. при наклоне от +3° до -3° различие в расстоянии между поверхностью ванны с расплавленным металлом и положением, из которого подают кабель с оптоволоконной сердцевиной, может составлять до 60 см.

В настоящем изобретении предложен способ определения значения температуры с помощью устройства, содержащего кабель с оптоволоконной сердцевиной. Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной представлял собой оптическое волокно, окруженное в боковом направлении металлической трубкой. Предпочтительно оптическое волокно представляет собой гибкое прозрачное волокно. Оптические волокна чаще всего используют в качестве средства передачи света, особенно в диапазоне длин волн ИК-излучения, между двумя концами волокна. Предпочтительно оптическое волокно образовано из стекла или пластика, более предпочтительно из кварцевого стекла. Предпочтительно оптическое волокно выбирают из группы, состоящей из волокон с плавно изменяющимся показателем преломления и одномодовых волокон со ступенчато изменяющимся показателем преломления.

Металлическая трубка, окружающая оптическое волокно, может полностью охватывать оптическое волокно или может быть по меньшей мере частично открыта таким образом, чтобы корпус не полностью окружал оптическое волокно.

Предпочтительно металл металлической трубки, окружающей оптическое волокно, представляет собой железо или сталь, предпочтительно нержавеющую сталь.

В одном предпочтительном варианте осуществления линейная плотность кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится в диапазоне 25-80 г/м, более предпочтительно в диапазоне 35-70 г/м. Линейная плотность определяется как масса на единицу длины.

Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной был окружен в боковом направлении по меньшей мере одной дополнительной металлической трубкой, т.е. чтобы оптическое волокно было окружено в боковом направлении по меньшей мере двумя металлическими трубками. Предпочтительно, чтобы кабель с оптоволоконной сердцевиной располагался по центру по меньшей мере в одной дополнительной металлической трубке.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна дополнительная металлическая трубка не контактировала с кабелем с оптоволоконной сердцевиной. Более предпочтительно, чтобы пустое пространство между этими по меньшей мере двумя металлическими трубками было по меньшей мере частично заполнено материалом, выбранным из группы, состоящей из газообразных или твердых материалов или их комбинации. Твердый материал предпочтительно выбирают из группы, состоящей из неорганических материалов, природных полимеров, синтетических полимеров и их комбинаций. Газообразный материал предпочтительно представляет собой газ или смесь газов. Более предпочтительно газ представляет собой воздух или инертный газ.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления кабель с оптоволоконной сердцевиной включает множество разделительных элементов, расположенных по меньшей мере в одной металлической трубке, с образованием по меньшей мере одного отделения между разделительными элементами. В данном случае термин «отделение» относится к объему между различными разделительными элементами в трубке. Термин «разделительные элементы» относится к компонентам, расположенным внутри трубки и разделяющим объем внутри трубки. Предпочтительно разделительные элементы представляют собой дискообразные элементы, расположенные внутри трубки, содержащие отверстие, через которое проходит кабель с оптоволоконной сердцевиной и которое может по меньшей мере частично поддерживать кабель с оптоволоконной сердцевиной. Материал разделительных элементов предпочтительно выбирают из группы, состоящей из силикона, предпочтительно двухкомпонентного силикона, каучука, кожи, пробки, металла и их комбинаций.

Предпочтительно металлическая трубка, окружающая кабель с оптоволоконной сердцевиной, окружена дополнительным слоем. В соответствии с одним конкретным предпочтительным элементом дополнительный слой представляет собой по меньшей мере один дополнительный слой в виде металлической трубки или по меньшей мере слой, включающий множество частей, предпочтительно волокон.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления материал по меньшей мере одного дополнительного слоя имеет форму полотна, сетки, тканой или вязаной структуры.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один дополнительный слой содержал неметаллический материал, наиболее предпочтительно органический материал.

Следует понимать, что кабель с оптоволоконной сердцевиной может содержать любую комбинацию описанных выше конфигураций. В соответствии с одним конкретным предпочтительным вариантом осуществления кабель с оптоволоконной сердцевиной окружен в боковом направлении дополнительным слоем и второй металлической трубкой.

Устройство, используемое для применения способа в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно содержит детектор. Детектор соединен с одним концом кабеля с оптоволоконной сердцевиной и принимает световой сигнал, в частности сигнал в диапазоне длин волн ИК-излучения, передаваемый посредством оптического волокна. Предпочтительно в контексте настоящего изобретения детектор представляет собой пирометр.

Кабель с оптоволоконной сердцевиной имеет погружаемый конец и противоположный конец. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной представляет собой наконечник погружаемого конца кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Предпочтительно во время применения способа в соответствии с настоящим изобретением кабель с оптоволоконной сердцевиной расходуется в направлении от погружаемого конца к противоположному концу, и после каждой последовательности измерения в качестве погружаемого конца будут использовать другую часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной; т.е. после каждой последовательности измерения создается новый передний наконечник. Противоположный конец соединяется с детектором и не будет расходоваться во время измерения.

На стадии (a) способа в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают набор данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения.

Предпочтительно набор данных содержит пары данных, в которых одно определенное значение одного типа данных ставится в соответствие одному определенному значению другого типа данных. Более предпочтительно он также может содержать пары данных, в которых одно определенное значение типа данных ставится в соответствие модели, последовательности из нескольких стадий или т.п.

Профиль MP измерения следует понимать как последовательность стадий, которую осуществляют для получения требуемого значения. В контексте настоящего изобретения требуемое значение представляет собой температуру ванны с расплавленным металлом.

В одном предпочтительном варианте осуществления профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию обеспечения переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в первом положении p1 над поверхностью ванны с расплавленным металлом.

Первое положение p1 может быть расположено над резервуаром, включающим ванну с расплавленным металлом, или внутри резервуара. Передний наконечник в положении p1 может контактировать или не контактировать с необязательно присутствующим слоем шлака.

Предпочтительно первое положение p1 не располагается на оси A_P поворота, т.е. первое положение p1 не располагается по центру над ванной с расплавленным металлом. Предпочтительно первое положение p1 располагается рядом с боковой стенкой резервуара.

В одном предпочтительном варианте осуществления профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию подачи переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной из первого положения p1 к ванне с расплавленным металлом во второе положение p2.

Специалисту в данной области будет понятно, что «обеспечение переднего наконечника» и «подача переднего наконечника» обязательно включают обеспечение и подачу кабеля с оптоволоконной сердцевиной, т.е. обеспечение кабеля с оптоволоконной сердцевиной, имеющего передний наконечник, и перемещение кабеля с оптоволоконной сердцевиной вместе с его передним наконечником.

Второе положение p2 предпочтительно расположено ниже первого положения p1 в направлении, определенном от точки над поверхностью ванны с расплавленным металлом к точке на уровне поверхности ванны с расплавленным металлом.

Предпочтительно профиль MP измерения определяет подачу к ванне с расплавленным металлом из первого положения p1 во второе положение p2 в течение периода времени между двумя моментами t0 и t2 времени. Следует понимать, что t2 наступает позже t0.

Предпочтительно профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну скорость v_fed, подачи, с которой передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной подают во второе положение p2 из первого положения p1 к ванне с расплавленным металлом.

Следует понимать, что скорость v_fed подачи относится к средней скорости переднего наконечника во время его подачи к поверхности ванны с расплавленным металлом и ниже ее.

Предпочтительно скорость v_fed подачи задается в зависимости от определенного расстояния между первым положением p1 и вторым положением p2. Задание скорости v_fed подачи в зависимости от расстояния между первым положением p1 и вторым положением p2 предпочтительно определяет период времени, в течение которого передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной подвергается воздействию жесткой среды внутри металлургического резервуара, и это постоянное значение, которое не зависит от расстояния, на которое требуется подавать передний наконечник из первого положения p1 во второе положение p2. Предпочтительно скорость v_fed подачи задают тем выше, чем больше заданное расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2.

В одном предпочтительном варианте осуществления подачу осуществляют по меньшей мере с двумя скоростями v_fed1 и v_fed2 подачи. Следует понимать, что скорости v_fed1 и v_fed2 подачи относятся к средним скоростям, с которыми осуществляют подачу переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

Предпочтительно передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной проходит через поверхность ванны с расплавленным металлом в третьем положении p3. Третье положение p3 предпочтительно располагается ниже первого положения p1 и выше второго положения p2.

Поверхность ванны с расплавленным металлом может представлять собой поверхность, обращенную к атмосфере резервуара, или, при наличии слоя шлака, поверхность, обращенную к слою шлака.

Предпочтительно второе положение p2 находится на глубине i1 погружения под уровнем поверхности ванны с расплавленным металлом. Глубину погружения в контексте настоящего изобретения следует понимать как расстояние от переднего наконечника до поверхности ванны с расплавленным металлом, и ее определяют вдоль оси, перпендикулярной поверхности. Другими словами, глубина i1 погружения представляет собой расстояние между третьим положением p3 и вторым положением p2.

Предпочтительно передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной располагается ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом в течение периода времени между двумя моментами t1 и t2 времени. Следует понимать, что эти два момента t1 и t2 времени наступают позже момента t0 времени и что момент t2 времени наступает позже момента t1 времени. Момент t1 времени представляет собой момент времени, в который передний наконечник вводится в ванну с расплавленным металлом; т.е. момент времени, после которого он погружен ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом. Другими словами, t1 представляет собой момент времени, в который передний наконечник проходит третье положение p3.

Предпочтительно профиль MP измерения определяет первую скорость v_fed1 подачи, с которой передний наконечник подают в течение периода времени между моментами t0 и t1 времени, и вторую скорость v_fed2 подачи, с которой передний наконечник подают в течение периода времени между моментами t1 и t2 времени.

В одном предпочтительном варианте осуществления вторая скорость v_fed2 подачи включает в себя более чем одну скорость подачи.

Может быть преимущественным, чтобы угол погружения находится в диапазоне 45-90°, предпочтительно в диапазоне 60-90°, наиболее предпочтительно угол погружения составляет 90°. Этот угол определяется как угол между поверхностью ванны с расплавленным металлом и осью, проходящей вдоль кабеля с оптоволоконной сердцевиной по оптимальной прямой линии. Угол 90° можно понимать как погружение кабеля с оптоволоконной сердцевиной перпендикулярно поверхности ванны с расплавленным металлом.

В одном предпочтительном варианте осуществления профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию получения информации о температуре в течение периода времени измерения между моментами t0 и t2 времени. Предпочтительно профиль MP измерения определяет стадию получения информации о температуре в течение периода времени измерения между моментами t1 и t2 времени.

Для получения информации о температуре регистрируют излучение, излучаемое ванной с расплавленным металлом, особенно в диапазоне длин волн ИК-излучения, и передают его на детектор посредством кабеля с оптоволоконной сердцевиной. Интенсивность и/или спектральная информация излучения могут быть обработаны блоком обработки данных, соединенным с детектором. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной предпочтительно погружают ниже поверхности ванны с расплавленным металлом в момент времени или на период времени измерения, в который осуществляют получение температуры.

Предпочтительно, чтобы информация о температуре была получена на стадии, на которой осуществляют определение измеренного значения температуры. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления значение температуры может быть определено из измерения одной точки или измерения множества точек.

Предпочтительно измеренное значение температуры представляет собой среднее значение из серии точек данных. Более предпочтительно измеренное значение температуры получают на основе применения алгоритма обработки серии точек данных.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления профиль MP измерения определяет некоторую стадию в течение стационарного периода времени между моментами t0 и t2 времени, в течение которой приостанавливают подачу переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной или подают передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной с низкой скоростью. Предпочтительно профиль MP измерения определяет стационарный период времени между моментами t1 и t2 времени. Термин «приостановка подачи переднего наконечника», используемый в настоящем документе, означает, что передний наконечник активно не перемещают. Оба варианта, приостановка подачи или подача с низкой скоростью, приводят к перемещению положения переднего наконечника к поверхности ванны с расплавленным металлом из-за расходования. Тем не менее передний наконечник все еще остается погруженным ниже поверхности ванны с расплавленным металлом.

Низкая скорость предпочтительно представляет собой скорость менее 0,2 м/с, более предпочтительно скорость менее 0,1 м/с.

В одном предпочтительном варианте осуществления профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию отведения переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной с скоростью v_ret в положение над ванной с расплавленным металлом. Скорость v_ret может быть ниже или выше скорости v_fed, подачи, или эти скорости могут быть равны друг другу.

Специалисту в данной области будет понятно, что отведение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной представляет собой перемещение в направлении от ванны с расплавленным металлом в положение над ванной с расплавленным металлом.

Предпочтительно отводить передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной в положение над поверхностью ванны с расплавленным металлом после момента t2 времени.

Предпочтительно отводить передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной к первому положению p1. Поскольку передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной расходуется и непрерывно восстанавливается во время последовательности измерения, как определено в профиле MP измерения, расстояние между передним наконечником и первым положением p1 будет уменьшаться в течение периода времени, в который передний наконечник погружен ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом, даже когда подача приостановлена. Таким образом, расстояние, на которое отводится передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной, будет предпочтительно короче, чем расстояние, на которое начальный передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной был подан из первого положения p1 во второе положение p2.

Предпочтительно передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной отводится в четвертое положение p4. Предпочтительно четвертое положение p4 является таким же, как и первое положение p1.

Предпочтительно профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну из следующих стадий

(i) обеспечение кабеля с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник которого находится над поверхностью ванны с расплавленным металлом, в первом положении p1;

(ii) подачу переднего наконечника к ванне с расплавленным металлом из первого положения p1 с по меньшей мере одной скоростью v_fed подачи в течение периода времени между моментами t0 и t2 времени во второе положение p2 на глубину i1 погружения ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом, причем передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной находится ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом в течение периода времени между моментами t1 и t2 времени;

(iii) получение информации о температуре в течение периода времени измерения между моментами t1 и t2 времени;

(iv) отведение кабеля с оптоволоконной сердцевиной со скоростью v_ret в положение над ванной с расплавленным металлом.

Предпочтительно стадии (i), (ii) и (iv) выполняют по порядку друг за другом.

Предпочтительно стадия (iii) по меньшей мере частично выполняется на стадии (ii).

Предпочтительно набор данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения, связывает определение по меньшей мере одного параметра по меньшей мере на одной стадии профиля MP измерения с углом FI наклона печи.

Параметры в этом контексте следует понимать как положения, скорости и моменты времени, определенные по меньшей мере на одной стадии, как определено в профиле MP измерения.

Предпочтительно расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 в профиле MP измерения определяют на основании угла FI наклона печи.

Предпочтительно расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах относительно предварительно заданного начального положения. Термин «предварительно заданное начальное положение» относится к положению, которое определяется углом наклона печи 0°; т.е. положению, которое определяет нейтральное положение.

В одном предпочтительном варианте осуществления расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на одну и ту же длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, когда резервуар, содержащий ванну с расплавленным металлом, является симметричным.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на первую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и корректируют на вторую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, когда резервуар является асимметричным или если ось A_P поворота располагается не по центру.

Предпочтительно расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 увеличивают на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении относительно предварительно заданного начального положения.

Предпочтительно расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 уменьшают на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения.

Предпочтительно расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 в профиле MP измерения определяется на основании угла FI наклона печи.

Предпочтительно расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на такую же длину, что и расстояние между вторым положением p2 и положением p4, для каждого значения угла наклона печи в градусах.

Предпочтительно расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 корректируют на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах относительно предварительно заданного начального положения.

В одном предпочтительном варианте осуществления расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 корректируют на одну и ту же длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, когда резервуар, содержащий ванну с расплавленным металлом, является симметричным.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 корректируют на первую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и корректируют на вторую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, когда резервуар является асимметричным или если ось A_P поворота располагается не по центру.

Предпочтительно расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 увеличивают на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении относительно предварительно заданного начального положения.

Предпочтительно расстояние между вторым положением p2 и четвертым положением p4 уменьшают на 2-20 см, предпочтительно на 5-15 см, наиболее предпочтительно на 8-12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения.

Предпочтительно набор данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения, дополнительно связывает профили измерения с характеристиками кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

Предпочтительно характеристика кабеля с оптоволоконной сердцевиной представляет собой его линейную плотность. Линейная плотность определяется как масса на единицу длины.

Предпочтительно продолжительность периода времени между моментами t0 и t2 времени в профиле MP измерения устанавливается тем больше, чем больше линейная плотность кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

Предпочтительно скорость v_fed подачи профиля MP измерения устанавливается тем ниже, чем выше линейная плотность кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

На стадии (b) способа в соответствии с настоящим изобретением угол FI(n) наклона печи определяют для момента t(n) времени.

Предпочтительно угол FI(n) наклона печи относится к значению угла наклона печи в момент t(n) времени.

Существует ряд возможностей для определения угла FI наклона печи. В одном предпочтительном варианте осуществления угол FI наклона печи определяется прямым измерением на основании системы обнаружения, встроенной в металлургический резервуар или установленной сбоку от него, входных данных на основании данных механизма управления технологическим процессом относительно наклона печи или входных данных на основании известного момента времени в процессе изготовления металла. Система обнаружения может включать в себя, без ограничений, емкостные датчики на основе поворотных конденсаторов переменной емкости, индуктивные датчики и датчики серводвигателя постоянного тока.

На стадии (c) способа в соответствии с настоящим изобретением выбирают профиль MP(n) измерения, соответствующий углу FI(n) наклона печи, из обеспеченного набора данных, связывающих углы наклона печи с соответствующими профилями MP измерения.

На стадии (d) способа в соответствии с настоящим изобретением профиль MP(n) измерения применяют в момент t(n) времени с получением измеренного значения температуры.

Применение профиля MP(n) измерения приводит к определению измеренного значения температуры ванны с расплавленным металлом в момент t(n) времени.

Предпочтительно информацию о температуре получают на предварительно заданной глубине i1 погружения.

Получение информации о температуре на предварительно заданной глубине погружения обеспечит наиболее точные и воспроизводимые результаты измерения.

Предпочтительно глубина i1 погружения является постоянной; т.е. глубина i1 погружения не зависит от угла FI наклона печи. Другими словами, профиль MP(n) измерения, выбранный на стадии (c), выбирают в таком соотношении с углом FI(n) наклона печи, чтобы подача переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной приводила к погружению переднего наконечника на определенную глубину i1 погружения. Как будет понятно специалисту в данной области, глубину i1 погружения можно контролировать посредством расстояния между первым положением p1 и вторым положением p2, которое определяется в профиле MP измерения.

Предпочтительно стадии (b)-(d) выполняют по порядку друг за другом.

Предпочтительно стадию (a) выполняют перед стадиями (c)-(d).

Более предпочтительно выполнять способ в соответствии с одним из следующих порядков выполнения стадий:

(a) - (b) - (c) - (d) или

(b) - (a) - (c) - (d).

В одном предпочтительном варианте осуществления набор данных, обеспеченный на стадии (a), дополнительно связывает уровень поверхности ванны с расплавленным металлом с профилями MP измерения.

Предпочтительно способ включает определение уровня поверхности ванны с расплавленным металлом.

Специалисту в данной области известно множество способов для определения уровня ванны с расплавленным металлом. Такие способы включают, без ограничений, определение загруженной массы сырьевого материала на основании известной плотности расплавленного материала и конструкции резервуара или применения измерительного устройства. Такое измерительное устройство может представлять собой контактный датчик, такой как погружная фурма, и или бесконтактный датчик, который может быть основан на обнаружении радиолокационного, СВЧ, инфракрасного, электромагнитного, индуктивного или оптического сигнала, а также датчик, использующий косвенные способы, такие как измерение давления внутри резервуара. Предпочтительно такой датчик располагают над ванной с расплавленным металлом внутри резервуара таким образом, чтобы датчик собирал данные, указывающие на расстояние между датчиком и поверхностью расплавленного металла.

Предпочтительно уровень ванны с расплавленным металлом определяют в исходном положении; т.е. при значении угла FI наклона печи 0°.

В одном предпочтительном варианте осуществления набор данных, обеспеченный на стадии (a), дополнительно связывает положение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной с профилями MP измерения.

Предпочтительно способ включает определение положения переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

Предпочтительно положение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной определяют с помощью датчика. Такой датчик может быть выбран из группы, состоящей из пневматического датчика, индуктивного датчика и оптического датчика.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения процедура, описанная в настоящем документе, проводится многократно.

Кроме того, в настоящем изобретение предлагается система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом в печи, имеющей угол наклона печи. Данная система включает устройство и модуль, причем модуль выполнен с возможностью взаимодействия с устройством.

Предпочтительно система выполнена с возможностью осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, который включает следующие стадии

(a) обеспечение набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

(b) определение угла FI(n) наклона печи для некоторого момента t(n) времени;

(с) выбор профиля MP(n) измерения, соответствующего углу FI(n) наклона печи, из обеспеченного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

(d) применение профиля MP(n) измерения в момент t(n) времени с получением измеренного значения температуры.

Предпочтительные варианты осуществления, относящиеся к обладающему признаками изобретения способу, относятся к предпочтительным вариантам осуществления, приведенным выше.

Система в соответствии с настоящим изобретением содержит устройство, которое содержит кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор. Предпочтительные варианты осуществления, относящиеся к кабелю с оптоволоконной сердцевиной и детектору, относятся к предпочтительным вариантам осуществления, приведенным выше для обладающего признаками изобретения способа.

Система в соответствии с настоящим изобретением включает модуль, причем модуль включает блок S хранения данных, блок P обработки данных и блок C управления.

Предпочтительно блок S хранения данных, блок P обработки данных и блок C управления выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом.

В соответствии с настоящим изобретением блок S хранения модуля включает элемент S1 хранения данных для обеспечения набора данных, связывающих угол FI наклона печи к соответствующими профилями MP измерения.

В соответствии с настоящим изобретением блок P обработки модуля включает элемент P1 обработки для определения угла FI наклона печи и элемент P2 обработки для выбора профиля MP(n) измерения, соответствующего углу FI(n) наклона печи из обеспеченного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения.

В одном предпочтительном варианте осуществления блок P обработки данных выполнен с возможностью обработки информации, хранящейся в блоке S хранения данных.

В соответствии с настоящим изобретением блок C управления модуля включает элемент C1 управления для применения профиля MP(n) измерения с получением измеренного значения температуры. Элемент C1 управления предпочтительно представляет собой процессор или программируемый логический контроллер.

В одном предпочтительном варианте осуществления блок C управления выполнен с возможностью управления устройством.

В одном предпочтительном варианте осуществления система содержит средство подачи. В контексте настоящего изобретения под средством подачи может пониматься средство, которое обеспечивает подачу кабеля с оптоволоконной сердцевиной в ванну с расплавленным металлом. Такое средство может быть выбрано из группы, состоящей из системы подачи, элемента управления подачей, устройства выпрямления и направляющей трубки и их комбинаций.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления система дополнительно содержит катушку, которая вмещает в себя длину кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления система дополнительно включает устройство наклона. Предпочтительно устройство наклона включает одно средство, выбранное из группы, состоящей из двигателя(-ей), шестерни (шестерен), цепного(-ых) привода(-ов), гидравлического привода и их комбинаций.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления блок управления модуля включает элемент C2 управления для управления устройством наклона. Элемент C2 управления предпочтительно представляет собой процессор или программируемый логический контроллер.

Идея, лежащая в основе изобретения, будет более подробно описана ниже в отношении вариантов осуществления, представленных на фигурах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается показанными точными схемами и устройствами. В настоящем документе предложено следующее.

На фиг. 1 представлены схематические виды в поперечном сечении различных конструкций кабелей с оптоволоконной сердцевиной.

На фиг. 2 представлен схематический вид примера установки с ванной с расплавленным металлом, температуру которой требуется определить.

На фиг. 3 представлен подробный схематический вид электродуговой печи (EAF) с типовым устройством для определения температуры.

На фиг. 4 представлены схематические виды примера металлургического резервуара с различными углами наклона печи.

На фиг. 5 представлены дополнительные примеры геометрических положений резервуара относительно оси A_P поворота.

На фиг. 6 представлен график зависимости положения от времени, показывающий погружение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в процессе применения репрезентативного профиля измерения.

На фиг. 7 представлен график зависимости положения от времени, показывающий погружение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в процессе применения другого репрезентативного профиля измерения.

На фиг. 8 представлен схематический вид системы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9 представлен схематический вид модуля в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 представлены схематические виды в поперечном сечении различных конструкций кабелей с оптоволоконной сердцевиной в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 A показан кабель 1’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’, окруженное металлической трубкой 3’.

На фиг. 1 B показан кабель 1’’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’’, окруженное металлической трубкой 3’’. Вторая металлическая трубка 4’’ дополнительно окружает металлическую трубку 3’’. Пустое пространство 5’’ между двумя металлическими трубками не заполнено твердым материалом; т.е. пустое пространство может содержать газ или газовую смесь.

На фиг. 1 C представлен кабель 1’’’ с оптоволоконной сердцевиной, который содержит оптическое волокно 2’’’, окруженное металлической трубкой 3’’’ и второй металлической трубкой 4’’’. Пустое пространство 5’’’ между двумя металлическими трубками заполнено материалом наполнителя, например волокнами из органического материала или стекла Е.

На фиг. 2 представлен схематический вид примера установки 6 с ванной 7 с расплавленным металлом, температуру которой требуется определить.

Установка 6 содержит кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной, который расположен по меньшей мере частично на катушке 8 и по меньшей мере частично смотан с катушки 8 для проведения измерения. Один конец кабеля 9 с оптоволоконной сердцевиной соединен с детектором 10, который в свою очередь может быть соединен с компьютерной системой (не показана) для обработки данных, полученных с помощью кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной и детектора 10.

Ванна 7 с расплавленным металлом содержится в резервуаре 11, который может представлять собой часть электродуговой печи (EAF) или конвертера, которые известны специалистам в области обработки расплавленного металла. Кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной подается посредством перемещающего устройства 12 через направляющую трубку 13 в резервуар 11, имеющий точку 14 ввода. Перемещающее устройство 12 включает в себя ролики для перемещения кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной и может включать в себя серводвигатель для приведения по меньшей мере одного из роликов в движение. Показанная конфигурация выбрана в качестве примера, наличие крышки 22 с соответствующей точкой 14 ввода не является обязательным условием для реализации настоящего изобретения.

Показанная конфигурация иллюстрирует пример измерения в положении p2 кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной, передний наконечник 15 которого погружен ниже уровня поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом. Угол погружения кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной относительно поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом в представленном варианте осуществления составляет 90°. Однако этот угол может изменяться в зависимости от конструктивных особенностей оборудования на металлургическом предприятии.

Температура части кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной, проходящего от катушки 8 до точки ввода резервуара 14, может считаться низкой и может находиться в диапазоне, например, от комнатной температуры до 100°C. После прохождения точки 14 ввода в направлении относительно ванны 7 с расплавленным металлом сначала на пути встречается горячая атмосфера с температурой до 1700°C или даже выше, за которой следует слой 17 шлака, за которым в свою очередь следует ванна 7 с расплавленным металлом. Точка 14 ввода в резервуар может быть оснащена продувочной фурмой 18 для предотвращения проникновения металла и шлака в направляющую трубку 13.

Можно примерно оценить оптимальный уровень ванны MB_S с расплавленным металлом для каждого металлургического резервуара по его конструкции и режиму работы.

Чтобы получить измерение температуры, кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной подают передним наконечником на погружаемом конце 15 к ванне 7 с расплавленным металлом на требуемую глубину погружения в положение p2. Для получения надежных измерений температуры может быть желательно измерять ее на более или менее фиксированной глубине погружения в ванну с расплавленным металлом. Приемлемая система 12 подачи будет точно контролировать скорость подачи кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной.

После выполнения последовательности измерения часть кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная в ванну 19 с расплавленным металлом, расплавится и, таким образом, будет израсходована. Длина этой части обозначена L_C. Следует понимать, что длина L_c коррелирует с глубиной погружения, на которую подают кабель с оптоволоконной сердцевиной. После выполнения измерения часть кабеля 20 с оптоволоконной сердцевиной, расположенную в горячей атмосфере и проходящую через слой шлака, можно отвести назад в направлении катушки 8 и можно повторно использовать для следующего измерения. Длина L_D коррелирует с длиной кабеля с оптоволоконной сердцевиной, которая располагалась внутри резервуара, но не была израсходована во время измерения. Общая длина L_T кабеля с оптоволоконной сердцевиной, которая была подана в металлургический резервуар, представляет собой сумму длины L_c, которая была израсходована, и длины L_D кабеля с оптоволоконной сердцевиной, которая располагалась внутри резервуара.

На фиг. 3 представлен подробный схематический вид печи 110, в частности EAF, с типовым устройством, включающим кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной, для измерения температуры. Печь EAF, используемая для выплавки стали, обычно включает в себя резервуар 11, содержащий ванну 7 с расплавленным металлом, съемную крышку 22, через которую в печь можно ввести один или более электродов 23, и платформу 24, расположенную сбоку резервуара 11. Как показано на виде печи EAF, корпус, в котором содержится ванна 7 с расплавленным металлом, не обязательно должен быть симметричным относительно центральной оси A_P, но также может быть выполнен асимметричным. Электроды 23, используемые для нагрева металла, обычно располагаются над резервуаром 11.

В показанной конфигурации точка 14 ввода, через которую кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной вводится в резервуар 11, располагается на платформе 24. Погружающее устройство, включающее перемещающее устройство 12, также расположено на платформе 24 (не показано для простоты). Показанная конфигурация иллюстрирует резервуар 11 в репрезентативном нейтральном положении; т.е. без наклона.

В такой конфигурации печи EAF в рабочем состоянии, т.е. с загрузкой металла, которая была расплавлена с получением ванны с расплавленным металлом, глубина ванны с расплавленным металлом находится в диапазоне 1 м, а расстояние от точки 14 ввода до поверхности ванны с расплавленным металлом находится в диапазоне 1-1,5 м. Типичный внутренний диаметр такого резервуара составляет от 6 м до 7 м, но часто применяют установки с внутренним диаметром до 9 м. Расстояние от центра печи EAF до точки 14 ввода, установленной на платформе, находится в диапазоне 3-3,5 м. Цифры подчеркивают, что все фигуры выполнены не в масштабе, но при этом показано правильное соотношение размеров между отдельными элементами для пояснения обстоятельств, которые привели к настоящему изобретению.

На фиг. 4 представлены схематические виды примера печи 110’ с металлургическим резервуаром 11’ с различными углами наклона печи. Следует понимать, что элементы и их пропорции относительно друг друга представлены не в масштабе, а лишь для более подробной иллюстрации изобретения. Как правило, угол наклона резервуара находится в диапазоне от +3° до -3°, наклон в 10°, как показано на фигуре, был выбран для лучшего понимания.

Кабель 1 с оптоволоконной сердцевиной подают в резервуар 11’ через точку 14 ввода, которая расположена вблизи боковой стенки резервуара. Точка 14 ввода может также находиться в том же положении, что и первое положение p1, из которого инициируется подача кабеля с оптоволоконной сердцевиной в примерах профилей измерения. Положение, в которое подают передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной, на фиг. 4 A обозначено p2, на фиг. 4 B и C это обозначение не показано для лучшего понимания.

На фиг. 4 A-C проиллюстрированы взаимосвязи между уровнем поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом, расположенной по центру осью A_P поворота и осью A_T наклона, по которым определяют угол наклона печи, а также горизонтальной плоскостью P_H, которую также можно использовать для определения угла наклона печи в различных конфигурациях резервуара 11’. Кроме того, показаны значения общей длины L_T кабеля с оптоволоконной сердцевиной, введенной в резервуар 11’, которая определяется как сумма длины L_c кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженной ниже уровня поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом, и длины L_D кабеля с оптоволоконной сердцевиной, введенной в резервуар 11’, но не погруженной ниже уровня поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом, для различных конфигураций печи.

На фиг. 4 A представлен резервуар 11’ в репрезентативном нейтральном положении, относящийся к углу наклона печи 0°. Ось A_P поворота ориентирована перпендикулярно нижней части резервуара 11’ и совмещена с осью A_T наклона. Обе оси перпендикулярны горизонтальной плоскости P_H, которая совмещена с нижней частью резервуара 11’.

На фиг. 4 B показан резервуар 11’ в положении, наклоненном в одну сторону на угол 10°. Угол наклона печи определяется углом между осью A_P поворота и осью A_T наклона. Альтернативно угол наклона печи может определяться как угол между горизонтальной плоскостью P_H и нижней частью резервуара 11’.

На фиг. 4 C показан резервуар 11’ в положении, наклоненном в другую сторону на угол 10°, в соответствии с определением угол наклона печи имеет отрицательный математический знак.

На фиг. 4 A-C представлены конфигурации, в которых общая длина L_T кабеля с оптоволоконной сердцевиной, введенная в резервуар 11’, является постоянным. Угол наклона печи влияет на глубину погружения переднего наконечника кабеля 1 с оптоволоконной сердцевиной, представленную длиной L_c кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженной ниже уровня поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом. Цель настоящего изобретения заключалась в том, чтобы учесть эту изменяющуюся глубину погружения в движущейся печи 110’ при проведении измерения температуры.

На фиг. 5 представлен дополнительный пример геометрических положений резервуаров металлургических печей относительно оси A_P поворота. Дополнительные детали не показаны для лучшего понимания. На фиг. 5 A представлена печь 110’’ с круглодонным резервуаром 11’’, в которой ось A_P поворота располагается по центру и которая расположена в нейтральном положении. На фиг. 5 B показана представлена печь 110’’’ с несимметричным резервуаром 11’’’. Когда резервуар 11’’’ наклоняют относительно оси A_P поворота, уровень ванны MB_S с расплавленным металлом будет перемещаться на различные расстояния относительно точки 14 ввода при наклоне в одну сторону или в другую сторону.

На фиг. 6 представлен график зависимости положения от времени, показывающий погружение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в процессе применения примера профиля измерения. По оси x откладывается время, в то время как по оси y откладывается положение переднего наконечника. Положение поверхности ванны MB_S с расплавленным металлом указано для ориентации. До начала измерения; т.е. до момента t0 времени, передний наконечник располагают в начальной точке, которая обозначается как первое положение p1. Это положение может находиться внутри металлургического резервуара и вблизи точки ввода; т.е. поблизости от точки, в которой кабель с оптоволоконной сердцевиной вводят в резервуар. Кабель с оптоволоконной сердцевиной подают в течение периода времени от t0 до t2 со скоростью подачи к ванне с расплавленным металлом и внутрь этой ванны во второе положение p2. Эта продолжительность обычно находится в диапазоне нескольких секунд. Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной вводят в ванну с расплавленным металлом в момент t1 времени, т.е. t1 является моментом времени, после которого передний наконечник погружен ниже поверхности ванны с расплавленным металлом. На представленном графике применяют одну скорость подачи, но подача может включать в себя несколько фаз с различными скоростями подачи. Во время проведения измерения может быть включена даже фаза без подачи; т.е. стационарная фаза, как показано на графике, представленном на фиг. 7, где показан другой предпочтительный вариант осуществления. Измерение температуры осуществляют в течение периода времени измерения от t1 до t2. Для получения надежных измерений передний наконечник должен быть погружен ниже поверхности ванны с расплавленным металлом. Было обнаружено, что обеспечение переднего наконечника на постоянной глубине погружения в этот момент времени позволяет получать наиболее точные результаты. Значения температуры, полученные на более ранней фазе подачи, часто могут не отражать общую температуру ванны с расплавленным металлом. После момента t2 времени кабель с оптоволоконной сердцевиной отводят из ванны с расплавленным металлом назад в положение над поверхностью. В идеале часть L_C кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, расходуется до момента t2 времени.

По указанным причинам преимущественно, чтобы параметры схемы подачи были скорректированы в соответствии с физической конфигурацией металлургического резервуара, которая влияет на взаимоотношение уровня поверхности ванны с расплавленным металлом и положений переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной, после которых инициируется последовательность измерений и куда он подается, когда требуется получить измерение.

Кроме того, применение способа в соответствии с настоящим изобретением сводит к минимуму количество кабеля с оптоволоконной сердцевиной, которое расходуется во время последовательности измерения, поскольку глубину погружения можно выбрать таким образом, чтобы погружать ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом и, следовательно, расходовать лишь минимальное количество кабеля с оптоволоконной сердцевиной.

Было отмечено, что различные параметры, применяемые для получения значения температуры во время применения профиля измерения, обеспечивают различные уровни качества измерения. Качество измерения профиля измерения относится к различным уровням точности измерения по сравнению со значениями измерений, полученными с использованием стационарно установленной стандартной термопары. Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в адаптации конкретного профиля измерения к условиям, существующим внутри металлургического резервуара в момент времени, когда выполняется измерение.

На фиг. 8 представлен схематический вид системы 30 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 30 выполнена с возможностью осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. В частности, она выполнена с возможностью обеспечения набора данных, связывающих данные об угле наклона печи с профилями измерения, которые обеспечивают оптимальные уровни качества измерения для соответствующей конфигурации печи. Система 30 дополнительно выполнена с возможностью определения конфигурации, т.е. угла наклона печи. Кроме того, система 30 выполнена с возможностью выбора профиля измерения из предоставленного набора данных. Кроме того, система 30 выполнена с возможностью применения этого профиля измерения и получения значения температуры.

Система содержит устройство 40, причем устройство 40 содержит кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор. Кроме того, система содержит модуль 50. Устройство 40 и модуль 50 подобраны с возможностью взаимодействия друг с другом; т.е. модуль выполнен с возможностью осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением с помощью устройства 40, в результате чего осуществляют измерение значений температуры ванны с расплавленным металлом.

На фиг. 9 более подробно представлена схема модуля 50. Модуль 50 включает блок S хранения данных, блок P обработки данных и блок C управления.

Список номеров позиций

1, 1‘, 1‘‘, 1‘‘‘ Кабель с оптоволоконной сердцевиной 2‘, 2‘‘, 2‘‘‘ Оптическое волокно 3‘, 3‘‘, 3‘‘‘ Металлическая трубка 4‘‘, 4‘‘‘ Вторая металлическая трубка 5‘‘, 5‘‘' Пустое пространство между металлическими трубками 6 Установка 7 Ванна с расплавленным металлом 8 Катушка 9 Противоположный конец (конец кабеля с сердцевиной, соединенный с детектором) 10 Детектор 110, 110’, 110’’, 110’’’ Печь 11, 11’, 11’’ Резервуар; металлургическая емкость 12 Перемещающее устройство 13 Направляющая трубка 14 Точка ввода 15 Передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной MB_S Поверхность ванны с расплавленным металлом 17 Слой шлака 18 Продувочная фурма 19 Часть кабеля с сердцевиной, погруженная в ванну с расплавленным металлом 20 Часть кабеля с сердцевиной, подвергающаяся воздействию горячей атмосферы и шлака 22 Съемная крышка 23 Электроды 24 Платформа 30 Система 40 Устройство 50 Модуль S Блок хранения данных P Блок обработки данных C Блок управления L_C Длина кабеля с оптоволоконной сердцевиной, погруженная в ванну с расплавленным металлом L_D Длина кабеля с оптоволоконной сердцевиной с расположением внутри резервуара L_T Общая длина кабеля с оптоволоконной сердцевиной, поданная в резервуар p1 Исходное положение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной p2 Положение, в которое подают передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной, ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом A_P Ось поворота A_T Ось наклона P_H Горизонтальная плоскость.

Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом. Предложен способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом в печи, включающий подачу наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной к ванне с расплавленным металлом и получение информации о температуре с помощью детектора, причем печь имеет наклон печи, который представляет угол, на который печь наклонена, и указанный угол наклона определяется относительно оси (А_р) поворота. Согласно заявленному способу: (a) обеспечивают наличие набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения; (b) определяют угол FI(n) наклона печи для момента t(n) времени; (с) выбирают профиль MP(n) измерения, соответствующий углу FI(n) наклона печи, из предоставленного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения; при этом профиль измерения представляет собой последовательность стадий, которую осуществляют для получения температуры ванны расплавленного металла, (d) применяют выбранный профиль MP(n) измерения в момент t(n) времени для получения измеряемого значения температуры. Также предложена система измерения температуры ванны с расплавленным металлом в печи. Технический результат - повышение точности и информативности получаемых данных значений температуры для установок металлургических резервуаров, которые постоянно перемещаются в процессе изготовления металла. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом в печи, включающий подачу наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной к ванне с расплавленным металлом и получение информации о температуре с помощью детектора, причем печь имеет наклон печи, который представляет угол, на который печь наклонена, и указанный угол наклона определяется относительно оси (А_р) поворота, отличающийся тем, что

(a) обеспечивают наличие набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

(b) определяют угол FI(n) наклона печи для момента t(n) времени;

(с) выбирают профиль MP(n) измерения, соответствующий углу FI(n) наклона печи, из предоставленного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения; при этом профиль измерения представляет собой последовательность стадий, которую осуществляют для получения температуры ванны расплавленного металла,

(d) применяют выбранный профиль MP(n) измерения в момент t(n) времени для получения измеряемого значения температуры.

2. Способ по п. 1, в котором профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию обеспечения переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной в первом положении p1 над поверхностью ванны с расплавленным металлом.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию подачи переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной из первого положения p1 к ванне с расплавленным металлом во второе положение p2.

4. Способ по п. 3, в котором второе положение p2 находится на глубине i1 погружения ниже уровня поверхности ванны с расплавленным металлом.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором набор данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения, связывает определение по меньшей мере одного параметра по меньшей мере на одной стадии профиля MP измерения с углом FI наклона печи.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 в профиле MP(n) измерения связано с углом FI(n) наклона печи.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на одну и ту же длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения.

8. Способ по пп. 1–6, в котором расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на первую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах в первом направлении и корректируют на вторую длину для каждого значения угла наклона печи в градусах во втором направлении относительно предварительно заданного начального положения.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расстояние между первым положением p1 и вторым положением p2 корректируют на 2–20 см, предпочтительно на 5–15 см, наиболее предпочтительно на 8–12 см для каждого значения угла наклона печи в градусах относительно предварительно заданного начального положения.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию в течение стационарного периода времени между двумя моментами t0 и t2 времени, в течение которой приостанавливают подачу переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной или подают передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной с низкой скоростью.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну стадию получения информации о температуре в течение периода времени измерения между двумя моментами t0 и t2 времени.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором профиль MP измерения определяет по меньшей мере одну скорость v_fed подачи, с которой передний наконечник кабеля с оптоволоконной сердцевиной подают во второе положение p2 из первого положения p1 к ванне с расплавленным металлом.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором набор данных, обеспеченный на стадии (a), дополнительно связывает уровень поверхности ванны с расплавленным металлом с профилями MP измерения.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором набор данных, обеспеченный на стадии (a), дополнительно связывает положение переднего наконечника кабеля с оптоволоконной сердцевиной с профилем MP измерения.

15. Система для определения значения температуры ванны с расплавленным металлом в печи, причем печь имеет наклон печи, который представляет угол, на который печь наклонена, и указанный угол наклона определяется относительно оси (А_р) поворота, при этом система включает устройство и модуль, причем модуль выполнен с возможностью взаимодействия с устройством, при этом устройство включает кабель с оптоволоконной сердцевиной и детектор,

причем модуль включает блок S хранения данных, блок P обработки данных и блок C управления, при этом блок S хранения включает:

- элемент S1 хранения для обеспечения набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения, при этом профиль измерения представляет собой последовательность стадий, которую осуществляют для получения температуры ванны расплавленного металла;

причем блок P обработки данных включает:

- элемент P1 обработки для определения угла FI наклона печи;

- элемент P2 обработки для выбора профиля MP(n) измерения, соответствующего наклону FI(n) печи, из обеспеченного набора данных, связывающих углы FI наклона печи с соответствующими профилями MP измерения;

и при этом блок C управления включает:

- элемент C1 управления для применения профиля MP(n) измерения с получением измеренного значения температуры.