ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВАННЫ С РАСПЛАВЛЕННЫМ МЕТАЛЛОМ С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2024 года по МПК G01J5/00 G01J5/02 G01J5/821 G01K1/12 G01K1/14 

Настоящее изобретение относится к измерительному устройству для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, содержащему оптическое устройство, средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения, средство выпрямления, корпус и направляющую систему, соединенную с корпусом. Корпус вмещает средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления. Средство перемещения выполнено с возможностью подачи и втягивания оптического устройства и содержит по меньшей мере один двигатель для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и средство подачи для подачи оптического устройства, приводимое в действие по меньшей мере одним двигателем для перемещения вперед и назад. Изобретение также относится к способу, включающему применение соответствующего измерительного устройства для измерения 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. Как правило, измерение температуры расплавленного металла осуществляется с использованием хорошо известных погружных термопар, таких как описанные в US 2993944 A. Такие термопары могут быть погружены оператором с помощью стального шеста с адаптированной электрической проводкой и соединениями для передачи сигнала термопары в соответствующие контрольно-измерительные приборы. Кроме того, в настоящее время применяются многие автоматические механические системы погружения термопары для обеспечения погружения термопары. Еще один возможный способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом, в частности железа или стали, в плавильной среде электродуговой печи (EAF — англ.: electric arc furnace) включает погружение оптического волокна в расплавленный металл. Оптическое волокно может быть выполнено в виде практически бесконечного волокна, которое наматывается на катушку и разматывается для проведения измерения. Для измерения температуры ванны с расплавленным металлом такое оптическое волокно подается в металлургический резервуар, откуда оно может передавать тепловое излучение, принятое от расплавленного металла, на детектор, где оптический сигнал преобразуется в значение температуры. После измерения оптическое волокно можно втянуть.

Точность получаемых результатов и отсутствие искажений таких измерений зависят от нескольких параметров.

Один критический параметр представляет собой состояние оптического волокна в момент времени, когда выполняется измерение. В жестких условиях проведения измерений на металлургическом предприятии оптическое волокно подвергается воздействию факторов, ухудшающих его состояние. Поэтому такое оптическое волокно обычно окружено защитной оболочкой, например металлической трубкой. Оптическое волокно, окруженное металлической трубкой, часто также называют кабелем с оптоволоконной сердцевиной или волокном в металлической трубке (FIMT — англ.: fiber in metal tube). Оптические устройства, содержащие такие оптические волокна и дополнительные защитные средства, такие как дополнительная металлическая трубка или дополнительный слой защитного материала, были разработаны и, например, описаны в US 2007268477 A1 и JP H10176954 A. В зависимости от конструкции такого оптического устройства указанные защитные средства эффективно защищают оптическое волокно от тепловых воздействий, но при этом могут быть чувствительны к другим внешним физическим факторам.

Было обнаружено, что другой важной частью процесса измерения является точная подача оптического устройства. Подача включает ускорение и замедление и определяется конечной скоростью. В частности, устройства с относительно небольшим поперечным сечением и тонкими металлическими трубками чувствительны к трению и ударам, приводящим к повреждению оптического волокна внутри оптического устройства. Кроме того, эти виды оптических устройств необходимо подавать достаточно быстро, чтобы достичь достаточной глубины погружения в ванну с расплавленным металлом до их разрушения и повреждения из-за измеряемой среды. Это требует высоких скоростей подачи и высоких скоростей ускорения и замедления. Таким образом, эти хрупкие оптические устройства создают дополнительные проблемы для технического оборудования погружных устройств.

Иллюстративное погружное устройство для подачи оптических устройств описано в EP 3051262 A1. Оптическое устройство, в частности FIMT, подается с катушки посредством двух систем подачи, приводимых в действие двигателем, через погруженную направляющую трубку, причем указанное погружное устройство также подходит для втягивания оптического устройства. Постоянное натяжение прилагается посредством нагрузки. Хотя описанное изобретение решает проблему возможного обратного пружинения при втягивании оптического устройства, оно прикладывает к кабелю высокие растягивающие усилия, что может привести к повреждению. Кроме того, указанная система не обладает автономностью, поскольку каждое измерение требует новой экранирующей трубки, и требовательна к занимаемому пространству.

Решение, которое также требует постоянного натяжения оптического устройства, раскрыто в JP H09101206 A. Погружное устройство содержит два средства подачи, которые выполнены с возможностью подачи вперед и назад и которые работают последовательно и независимо друг от друга. Указанное устройство дополнительно содержит петлевое устройство, по которому направляется оптическое устройство во время его погружения.

Обычно погружные устройства устанавливаются на некотором расстоянии от резервуара с расплавленным металлом, поскольку доступное пространство рядом с резервуаром ограничено, а окружающая среда требовательна к температуре и потенциально может привести к повреждению устройства. Оптические устройства нового поколения менее устойчивы к воздействиям, которым они могут подвергаться в таких средах, поэтому желательно их защищенное размещение как можно ближе к месту их эксплуатации.

В EP 1966573 A1, например, решается проблема тепловой нагрузки на измерительные системы путем размещения компонентов в теплоизолированном корпусе. Описанное устройство требует много места и должно быть размещено на некотором расстоянии от сосуда.

С учетом предшествующего уровня техники существует потребность в измерительном устройстве, позволяющем точно погружать хрупкое оптическое устройство для получения результатов с высокой точностью, и в способе его применения.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить измерительное устройство для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, которое решает по меньшей мере одну из описанных выше проблем. В частности, одна из целей заключается в том, чтобы предложить измерительное устройство, которое позволяет погружать хрупкое оптическое устройство с минимальным трением и скручиванием устройства и его внутреннего оптического волокна с высокой точностью и управляемостью. Кроме того, цель заключается в том, чтобы предложить измерительное устройство, которое обеспечивает измерение с помощью оптического устройства в постоянной точке поверхности ванны с расплавленным металлом при повторяющихся циклах погружения. Дополнительный аспект цели настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить измерительное устройство, которое сводит к минимуму количество незащищенного оптического устройства во время погружения и, таким образом, работает надежно независимо от обстоятельств, сопровождающих измерение. Дополнительный аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить измерительное устройство, которое позволяет работать с минимальным техническим обслуживанием.

Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, включающий применение измерительного устройства для измерения температуры ванны с расплавленным металлом.

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

В настоящем изобретении предложено измерительное устройство для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, содержащее оптическое устройство, средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения, средство выпрямления, корпус и направляющую систему, соединенную с корпусом. Оптическое устройство содержит оптическое волокно, окруженное с боков внутренней и наружной металлическими трубками, причем наружная металлическая трубка имеет наружный диаметр в диапазоне от 2 мм до 8 мм и толщину стенки в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм. Корпус вмещает средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления. Средство перемещения выполнено с возможностью подачи и втягивания оптического устройства и содержит по меньшей мере один двигатель для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и средство подачи для подачи оптического устройства, приводимое в действие по меньшей мере одним двигателем для перемещения вперед и назад.

Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

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

В условиях металлургического предприятия, особенно при применении электродуговой печи (EAF), требования к частому надежному измерению температуры являются очень высокими. Во время обработки расплавленного металла может возникнуть множество проблем, которые могут влиять на установленное измерительное устройство и проводимые с его помощью измерения. Эти проблемы включают события и эффекты внутри металлургического резервуара, как, например, неоднородный расплав металла с нерасплавленными частями, вне резервуара, в направляющей системе или даже эффекты магнитного и электрического поля. В процессе эксплуатации к резервуару с расплавом металла нельзя приближаться ни для осмотра, ни для вмешательства.

Неожиданно было обнаружено, что качество данных измерения зависит от совместимости оптического устройства со средством перемещения, применяемым для его перемещения, и соответствующей конфигурации относительно других компонентов измерительного устройства. Под термином «качество» в этом контексте подразумевается полученная точность измерения по сравнению с данными, полученными посредством применения стандартной погружной термопары. Было доказано, что измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением особенно подходит для подачи и втягивания оптического устройства с относительно тонкой наружной металлической оболочкой, не подвергая оптическое устройство воздействию сил растяжения, трения или изгиба.

Измерение обычно включает в себя последовательность стадий, во время которых оптическое устройство сначала перемещается по направлению к расплаву металла и в него, где проводится измерение, а затем от расплава металла с несколькими скоростями и в течение нескольких периодов времени. В частности, подача, втягивание и сматывание оптического устройства, которое подается на подвижно расположенном блоке хранения, были идентифицированы как фактор, который существенно влияет на надежность получаемых данных. Измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет применять широкий спектр сложных схем измерения, необходимых для различных обстоятельств, возникающих на металлургическом предприятии с быстрыми изменениями между скоростями и направлениями подачи.

Кроме того, обладающая признаками изобретения конфигурация компонентов измерительного устройства позволяет получить устройство, не являющегося требовательным в отношении технического обслуживания.

В изобретении предложено измерительное устройство для измерения температуры ванны с расплавленным металлом.

В контексте настоящего документа термин «ванна с расплавленным металлом» применяется 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 необходимо измерить, расположена в резервуаре, в частности в резервуаре электродуговой печи.

Измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит оптическое устройство, которое содержит оптическое волокно, окруженное с боков внутренней и наружной металлической трубкой, т.е. по меньшей мере две металлические трубки окружают оптическое волокно с боков.

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.

Оптическое волокно окружено с боков внутренней металлической трубкой. Предпочтительно оптическое волокно расположено по центру во внутренней металлической трубке.

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

Предпочтительно металл внутренней металлической трубки, окружающей оптическое волокно с боков, представляет собой железо, сталь или нержавеющую сталь, в частности нержавеющую сталь марки 304 или 316.

Предпочтительно внутренняя металлическая трубка имеет наружный диаметр в диапазоне от 1 мм до 3 мм. Толщина стенки внутренней металлической трубки может находиться в диапазоне от 0,1 мм до 0,3 мм.

Оптическое волокно также окружено с боков наружной металлической трубкой, которая имеет наружный диаметр в диапазоне от 2 мм до 8 мм и толщину стенки в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм.

Предпочтительно наружный диаметр наружной металлической трубки находится в диапазоне от 2 мм до 7 мм, более предпочтительно в диапазоне от 3 мм до 6 мм.

Предпочтительно толщина стенки наружной металлической трубки находится в диапазоне от 0,2 мм до 0,6 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,2 мм до 0,5 мм.

Предпочтительно металл наружной металлической трубки, окружающий оптическое волокно, представляет собой железо, или сталь, или нержавеющую сталь, в частности нержавеющую сталь марки 304 или 316.

Предпочтительно внутренняя металлическая трубка расположена по центру в наружной металлической трубке.

Предпочтительно наружная металлическая трубка не находится в контакте с внутренней металлической трубкой. Более предпочтительно пустое пространство между этими по меньшей мере двумя металлическими трубками 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 оптическое устройство содержит множество разделительных элементов, расположенных вокруг внутренней металлической трубки и в наружной 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 наружной металлической трубке. Термин «разделительные элементы» относится к компонентам, расположенным внутри наружной металлической трубки и разделяющим объем внутри наружной металлической трубки. Предпочтительно разделительные элементы представляют собой дискообразные элементы, которые расположены внутри наружной металлической трубки, содержащей отверстие, через которое проходят оптическое волокно и внутренняя металлическая трубка. Материал разделительных элементов предпочтительно выбирают из группы, состоящей из силикона, предпочтительно двухкомпонентного силикона, каучука, кожи, пробки, металла и их комбинаций.

В предпочтительном варианте осуществления внутренняя металлическая трубка, окружающая оптическое волокно, окружена дополнительным слоем. В соответствии с конкретным предпочтительным элементом дополнительный слой содержит множество кусочков, предпочтительно волокон.

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

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

В одном предпочтительном варианте осуществления линейная плотность оптического устройства находится в диапазоне 25–80 г/м, более предпочтительно в диапазоне 35–70 г/м. Линейная плотность определяется как масса на единицу длины.

Следует понимать, что оптическое устройство может содержать любую комбинацию описанных выше конфигураций.

Общая длина оптического устройства может находиться в диапазоне от 300 м до 1000 м. Поскольку оптическое устройство расходуется во время измерений, оно укорачивается во время работы измерительного устройства, обычно на длину от 30 до 70 см за каждую последовательность измерений, в зависимости от температуры ванны с расплавленным металлом и применяемого протокола измерений.

Соответственно, оптическое устройство имеет погружной конец и противоположный конец. Передний наконечник оптического устройства представляет собой наконечник погружного конца оптического устройства, т.е. передний кончик оптического устройства представляет собой конец, который погружен в ванну с расплавленным металлом для измерения температуры.

При работе измерительного устройства оптическое устройство расходуется в направлении от погружного конца к противоположному концу, и после каждой последовательности измерений другая часть оптического устройства будет представлять собой погружной конец, т.е. передний наконечник вновь генерируется после каждой последовательности измерения. В контексте настоящего документа термин «расход» относится к разрушению оптического устройства, такому как, например, плавление оптического устройства посредством воздействия ванны с расплавленным металлом и его растворение в ванне с расплавленным металлом, разложение или сгорание оптического устройства целиком или его различных компонентов и т.п. Противоположный конец может быть соединен со средством обнаружения и не будет расходоваться во время измерения. В типичном сценарии измерения излучение, испускаемое ванной с расплавленным металлом, особенно в диапазоне длин волн ИК-излучения, передается посредством оптического волокна оптического устройства в средство обнаружения. Интенсивность и/или спектральная информация излучения могут быть обработаны блоком обработки, соединенным со средством обнаружения для получения температуры расплавленного металла. Блок обработки может быть подключен к человеко-машинному интерфейсу, например монитору и клавиатуре.

Измерительное устройство дополнительно содержит средство обнаружения.

Средство обнаружения предпочтительно соединено с оптическим устройством, в частности с противоположным концом оптического устройства. Средство обнаружения выполнено с возможностью приема переданного оптическим устройством светового сигнала, в частности, в диапазоне длин волн ИК-излучения.

Предпочтительно средство обнаружения представляет собой детектор, в частности пирометр.

Средство обнаружения может содержать электрические контакты. Электрические контакты предпочтительно выполнены с возможностью соединения с блоком хранения оптического устройства.

Предпочтительно средство обнаружения соединено со средством преобразования принятого сигнала, в частности с аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Средство обнаружения может дополнительно содержать средство подачи питания.

Дополнительные средства могут быть расположены между оптическим устройством и средством обнаружения при их соединении, например, модовые фильтры или организаторы волокон.

Измерительное устройство также содержит блок хранения оптического устройства.

Предпочтительно блок хранения оптического устройства является вращательно-симметричным. Например, блок хранения оптического устройства может представлять собой катушку, бобину, барабан или картридж.

Размер блока хранения оптического устройства может характеризоваться его наружным диаметром и/или его наружной окружностью. Предпочтительно блок хранения оптического устройства имеет наружный диаметр в диапазоне от 40 см до 80 см, более предпочтительно в диапазоне от 50 см до 70 см.

Блок хранения оптического устройства обычно содержит цилиндрическую сердцевину. Цилиндрическая сердцевина может характеризоваться ее наружной окружностью и/или ее диаметром. Блок хранения оптического устройства также может содержать дополнительные компоненты, например, дискообразные или кольцеобразные боковые панели, установленные с обеих сторон цилиндрической сердцевины. Такие панели могут иметь такой же или больший диаметр, чем цилиндрический сердечник, в последнем случае образуя кромку, проходящую от цилиндрического сердечника. В таких случаях наружный диаметр блока хранения оптического устройства больше диаметра цилиндрической сердцевины блока хранения оптического устройства. Указанные панели могут иметь или не иметь форму сетки.

Предпочтительно цилиндрическая сердцевина блока хранения оптического устройства имеет диаметр в диапазоне от 30 см до 70 см, более предпочтительно в диапазоне от 35 см до 65 см, наиболее предпочтительно в диапазоне от 40 см до 60 см.

Блок хранения может быть полым, т.е. содержать внутреннее пространство. Другими словами, блок хранения может содержать трубчатую часть.

Предпочтительно оптическое устройство расположено по меньшей мере частично на блоке хранения оптического устройства, предпочтительно на цилиндрической сердцевине блока хранения оптического устройства. Часть оптического устройства, размещенная на блоке хранения, называется смотанной частью оптического устройства. Часть оптического устройства, не расположенная на блоке хранения, называется размотанной частью оптического устройства.

Во время работы измерительного аппарата оптическое устройство подается и втягивается, что также вызывает разматывание и сматывание частей оптического устройства, другими словами, смотанная часть и размотанная часть оптического устройства постоянно меняются в процессе работы.

Размотанная часть оптического устройства может образовывать путь погружения оптического устройства, т.е. «путь погружения» оптического устройства может быть образован как путь, который проходит каждое приращение размотанной части оптического устройства. Другими словами, путь погружения начинается в блоке хранения оптического устройства и заканчивается на переднем наконечнике оптического устройства. Следует понимать, что путь погружения преимущественно определяется компонентами и средствами измерительного устройства, посредством которых оптическое устройство управляется и подается. Предпочтительно путь погружения начинается внутри корпуса в блоке хранения оптического устройства и проходит через средство подачи, средство выпрямления и направляющую систему. Таким образом, первая секция пути погружения расположена внутри корпуса, а вторая секция пути погружения расположена снаружи корпуса. В частности, вторая секция расположена внутри направляющей системы. После выхода из направляющей системы путь погружения может содержать по меньшей мере одну дополнительную секцию. Во время работы измерительного устройства указанная по меньшей мере одна дополнительная секция может, в частности, представлять собой секцию между выпускным отверстием направляющей системы и точкой, в которой передний наконечник оптического устройства погружен в ванну с расплавленным металлом.

Предпочтительно первые две секции погружения полностью заключены внутри корпуса и направляющей системы. Другими словами, размотанная часть оптического устройства полностью покрыта компонентами измерительного устройства до ее выхода из выпускного отверстия направляющей системы. Таким образом, во время работы можно обеспечить максимальную защиту и управление оптическим устройством.

Предпочтительно путь погружения не содержит изломанных участков. Другими словами, путь погружения изогнут без наличия изломов.

Предпочтительно путь погружения не имеет кривизны с радиусом, меньшим, чем 200-кратный наружный диаметр оптического устройства. Радиус кривизны образуется радиусом воображаемой окружности, которая лучше всего аппроксимирует кривую в точке. Такая конфигурация обеспечивает возможность погружения оптического устройства без чрезмерного изгиба и применения соответствующих сил, которые могли бы привести к пластической деформации и повреждениям.

Смотанная часть оптического устройства может быть расположена на блоке хранения оптического устройства намотанным образом. Другими словами, смотанная часть оптического устройства расположена по меньшей мере в одной намотке, предпочтительно во множестве намоток, на блоке хранения оптического устройства. В такой конфигурации смотанная часть оптического устройства содержит внутреннюю намотку и наружную намотку и необязательно намотки между ними. Внутренняя намотка также может называться первой намоткой, а наружная намотка также может называться последней намоткой. Следует понимать, что диаметр внутренней намотки может соответствовать диаметру цилиндрической сердцевины блока хранения оптического устройства.

Предпочтительно путь погружения начинается в конце наружной намотки, т.е. в точке, с которой оптическое устройство больше не расположено на блоке хранения. Предпочтительно диаметр внутренней намотки оптического устройства равен или меньше диаметра наружной намотки оптического устройства.

Предпочтительно намотки оптического устройства расположены наложенными друг на друга слоями на блоке хранения оптического устройства. Предпочтительно внутренний слой содержит внутреннюю намотку, а наружный слой содержит наружную намотку. Может быть предпочтительно, чтобы размотанная часть оптического устройства начиналась из наружного слоя. Другими словами, путь погружения оптического устройства начинается от наиболее удаленной от центра части оптического устройства, расположенного на блоке хранения. Таким образом, когда оптическое устройство перемещается с помощью средства перемещения вдоль пути погружения, оно перемещается из наиболее удаленной от центра точки смотанной части оптического устройства на блоке хранения. Указанная конфигурация обеспечивает контролируемую подачу и втягивание оптического устройства во время работы.

В предпочтительном варианте осуществления противоположный конец оптического устройства соединен с блоком хранения оптического устройства, другими словами, оптическое устройство имеет фиксированный конец, соединенный с блоком хранения, и свободный конец. Во время работы измерительного устройства свободный конец будет представлять собой передний наконечник оптического устройства, а фиксированный конец будет представлять собой противоположный конец.

Может быть предпочтительно, чтобы блок хранения оптического устройства был сменным. Таким образом, он может быть заменен после того, как оптическое устройство израсходовалось в процессе работы измерительного устройства.

Блок хранения оптического устройства может содержать средство обнаружения, другими словами, средство обнаружения расположено на блоке хранения оптического устройства, в нем или рядом с ним. В частности, средство обнаружения может быть расположено в полом пространстве блока хранения оптического устройства. Следует понимать, что в этом случае средство обнаружения перемещается при перемещении блока хранения. Такая конфигурация дополнительно обеспечивает компактную конструкцию измерительного устройства. Кроме того, такая конфигурация позволяет калибровать оптическое устройство и средство обнаружения до установки блока хранения оптического устройства в вариантах осуществления, в которых блок хранения является сменным.

Блок хранения оптического устройства может содержать средство для взаимодействия со средством, содержащимся в поворотной опоре блока хранения, другими словами, блок хранения оптического устройства и поворотная опора блока хранения оптического устройства могут содержать средства, совместимые друг с другом. Такие средства могут быть выполнены с возможностью создания механического или электрического взаимодействия между блоком хранения оптического устройства и поворотной опорой блока хранения. Такие совместимые средства позволяют точно управлять перемещением блока хранения оптического устройства, вызванным перемещением поворотной опоры, и дополнительно повышают компактность конструкции измерительного устройства.

Блок хранения оптического устройства может содержать средство электрического соединения. В частности, когда блок хранения оптического устройства содержит средство обнаружения, средство электрического соединения, обеспечиваемое блоком хранения оптического устройства, дополнительно повышает компактность конструкции измерительного устройства. Такое средство электрического соединения может быть выполнено с возможностью передачи сигнала или передачи данных, подачи питания и/или обмена данными с блоком анализа.

Блок хранения оптического устройства может содержать средство механического соединения, выполненное с возможностью взаимодействия со средством механического соединения, содержащимся в поворотной опоре блока хранения оптического устройства. Такое средство механического соединения выполнено с возможностью обеспечения надежной установки блока хранения на поворотной опоре, особенно при перемещении поворотной опоры.

Блок хранения оптического устройства может также содержать средство блокировки, т.е. средство, которое обеспечивает возможность блокировки блока хранения на поворотной опоре блока хранения оптического устройства. Предпочтительно поворотная опора блока хранения оптического устройства содержит средство блокировки, выполненное с возможностью взаимодействия со средством блокировки блока хранения оптического устройства в таком варианте осуществления. Такие взаимодействующие средства блокировки предпочтительно выполнены с возможностью фиксации блока хранения на поворотной опоре блока хранения оптического устройства.

Блок хранения оптического устройства может содержать средство ориентации. Средство ориентации выполнено с возможностью обеспечения простой и управляемой установки блока хранения оптического устройства на поворотной опоре блока хранения, а также обеспечения соответствующей ориентации блока хранения оптического устройства на поворотной опоре. Предпочтительно поворотная опора блока хранения содержит средство ориентации, выполненное с возможностью взаимодействия с средством ориентации блока хранения в таком примере. Такая конфигурация позволяет точно управлять перемещением блока хранения оптического устройства при его приведении в действие посредством перемещения поворотной опоры.

Предпочтительно блок хранения оптического устройства содержит средство идентификации. Такое средство обеспечивает простое соединение с информацией об оптическом устройстве, хранящейся в блоке хранения оптического устройства, например данными калибровки или длины. Средство идентификации блока хранения может быть выбрано из группы, содержащей печатное средство, например штрих-коды или QR-коды, или электронное средство, например, чипы или метки RFID, маркировку и их комбинации.

Измерительное устройство также содержит поворотную опору блока хранения оптического устройства, на которой может быть установлен блок хранения оптического устройства. Указанная конфигурация требует, чтобы поворотная опора блока хранения была установлена в нестационарной конфигурации, т.е. она установлена таким образом, чтобы ее можно было перемещать, особенно поворачивать.

Кроме того, поворотная опора блока хранения оптического устройства выполнена с возможностью перемещения посредством двигателя. Следует понимать, что в такой конфигурации перемещение поворотной опоры блока хранения, т.е. вращение, приводит к повороту блока хранения оптического устройства. Другими словами, приведение в действие поворотной опоры непосредственно приводит к приведению в действие блока хранения оптического устройства. Указанная конфигурация позволяет оптическому устройству не вытягиваться из блока хранения, а выдвигаться вперед.

Поворотная опора блока хранения оптического устройства может быть выполнена из одной части или множества частей. Например, часть или части могут представлять собой форму стержня, форму бруска или колеса. Поперечное сечение части или частей может иметь любую геометрическую форму, например круглую, эллиптическую, квадратную или прямоугольную форму. В предпочтительном варианте осуществления диаметр части или частей увеличивается по направлению к одному направлению, другими словами, часть или части не имеют одинакового диаметра.

Поворотная опора блока хранения оптического устройства может содержать средство электрического соединения. Таким образом, можно дополнительно повысить компактность конструкции измерительного устройства.

Поворотная опора блока хранения оптического устройства может содержать средство ориентации. Средство ориентации выполнено с возможностью обеспечения простой и управляемой установки блока хранения оптического устройства, а также обеспечения соответствующей ориентации блока хранения на поворотной опоре. Кроме того, оно обеспечивает соединение без напряжений электрических соединений между блоком хранения оптического устройства и поворотной опорой.

Поворотная опора блока хранения оптического устройства может содержать средство блокировки, т.е. средство, которое обеспечивает возможность блокировки блока хранения оптического устройства на поворотной опоре.

Измерительное устройство содержит средство перемещения, выполненное с возможностью подачи и втягивания оптического устройства. Под средством перемещения следует понимать средство, выполненное с возможностью обеспечения активного перемещения оптического устройства. Для перемещения оптического устройства необходимо в некоторой степени установить механический контакт между средством перемещения и оптическим устройством. В частности, средство перемещения выполнено с возможностью приведения в действие опоры блока хранения оптического устройства и подачи оптического устройства. Средство перемещения также может перемещать оптическое устройство в противоположном направлении, например втягивать его. Как правило, оптическое устройство втягивается в направлении от ванны с расплавленным металлом после завершения последовательности измерения. Следует понимать, что средство перемещения обеспечивает перемещение оптического устройства вдоль пути погружения. Подача в соответствии с настоящим изобретением означает перемещение оптического устройства во время работы обычно в сторону ванны с расплавленным металлом. Втягивание следует понимать как перемещение в противоположном направлении. Подача связана с разматыванием оптического устройства из блока хранения, а втягивание связано со сматыванием на блок хранения, т.е. перемещением по меньшей мере части ранее размотанного оптического устройства.

В частности, средство перемещения может быть выполнено с возможностью перемещения оптического устройства с минимальным воздействием на оптическое устройство сил трения или скручивания. Во время перемещения передний наконечник оптического устройства может быть погружен ниже поверхности ванны с расплавленным металлом, где может быть получена информация о температуре.

Кроме того, средство перемещения может быть выполнено с возможностью регулировки скорости подачи оптического устройства. Скорость подачи, т.е. скорость, с которой перемещается приращение оптического устройства, может находиться в диапазоне от 0,1 до 5,0 м/с.

Средство перемещения также может быть выполнено с возможностью регулировки ускорения оптического устройства. Ускорение скорости подачи может составлять вплоть до 25 м/с². Быстрое ускорение обеспечивает точное управление подачей и втягиванием оптического устройства.

Средство перемещения содержит по меньшей мере один двигатель для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства.

Двигатель для приведения в действие поворотной опоры блока хранения оптического устройства обеспечивает эффективное и управляемое вращательное движение блока хранения. Двигатель для приведения в действие поворотной опоры блока хранения может изменять скорость вращения при необходимости и действует как часть механизма регулировки скорости подачи.

По меньшей мере один двигатель для приведения в действие поворотной опоры блока хранения может представлять собой серводвигатель и/или содержать сервопривод для контроля положения двигателя.

Средство перемещения содержит средство подачи для подачи оптического устройства. Средство подачи приводится в действие с помощью по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад. Двигатель для приведения в действие средства подачи может изменять скорость перемещения оптического устройства по мере необходимости и представляет собой дополнительную часть механизма регулировки скорости подачи.

Для обеспечения подачи оптическое устройство направляется через средство подачи, другими словами, путь погружения проходит через средство подачи. Предпочтительно средство подачи находится в контакте с оптическим устройством.

Средство подачи может быть выполнено с возможностью перемещения оптического устройства прямолинейно, т.е. без вращательного, искривленного или изогнутого движения. Другими словами, путь погружения оптического устройства при прохождении средства подачи является прямым.

В предпочтительном варианте осуществления длина пути погружения между блоком хранения оптического устройства и средством подачи находится в диапазоне от 10 см до 100 см. Таким образом, длина размотанной части оптического устройства на пути погружения сводится к минимуму.

По меньшей мере один двигатель для приведения в действие средства подачи может быть выполнен с возможностью обнаружения блокировки на пути погружения или из него.

По меньшей мере один двигатель для приведения в действие средства подачи может представлять собой серводвигатель и/или содержать сервопривод для контроля положения двигателя.

Предпочтительно средство подачи содержит по меньшей мере одну пару обращенных друг к другу колес. Предпочтительно по меньшей мере одна пара обращенных друг к другу колес приводится в действие с помощью по меньшей мере одного двигателя средства подачи, т.е. все колеса или по меньшей мере одно колесо вращаются с помощью двигателя. Колеса предпочтительно расположены так, чтобы сжимать оптическое устройство. Таким образом, оптическое устройство приводится в действие за счет вращения колес в ответ на приведение в действие двигателем средства подачи.

Колеса средства подачи могут иметь кольцевые канавки, которые выполнены с возможностью размещения оптического устройства. Наиболее подходящая форма и геометрия канавок колес зависят от оптического устройства, применяемого для измерения температуры. Предпочтительно канавки колес имеют U-образную форму. Поверхность канавок колес может иметь плоскую или рифленую поверхность. Такая конфигурация позволяет осуществлять подачу оптического устройства без проскальзывания.

Предпочтительно канавки колес имеют диаметр, который больше диаметра оптического устройства. Предпочтительно канавки колес имеют диаметр вплоть до 5% больше наружного диаметра оптического устройства. Предпочтительно, чтобы глубина канавок колес была меньше диаметра оптического устройства. Предпочтительно канавки колес имеют глубину вплоть до 5% меньше диаметра оптического устройства. Предпочтительно канавки колес имеют диаметр вплоть до 5% больше наружного диаметра оптического устройства и глубину вплоть до 5% меньше диаметра оптического устройства. Таким образом, пустое пространство, образованное канавками, когда пара указанных колес расположена в конфигурации с подгонкой или близкой к подгонке конфигурации, имеет эллиптическую форму. Таким образом, оптическое устройство сжимается во время операций подачи и втягивания.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления средство подачи может содержать более одной пары колес.

Более одной пары колес средства подачи могут иметь одинаковые или разные конфигурации.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна пара колес средства подачи подпружинена. Другими словами, по меньшей мере одно из колес установлено неподвижно, а по меньшей мере одно другое колесо расположено напротив неподвижного колеса и выполнено с возможностью перемещения и удерживается в положении упругой пружиной. Подпружиненная конфигурация обеспечивает оптимальное направление оптического устройства без приложения ненужных сил сжатия. Предпочтительно давление сжатия, оказываемое подпружиненными колесами, является регулируемым.

Измерительное устройство может дополнительно содержать средство управления, выполненное с возможностью управления работой по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и по меньшей мере двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи. В частности, средство управления может представлять собой электронное устройство управления, такое как микроконтроллер, программируемый логический контроллер (PLC — англ.: programmable logic controller) или компьютер.

Предпочтительно средство управления выполнено с возможностью координации работы по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи. Координация в данном контексте означает, что ни один из двигателей не приводится в действие отдельно. Это приведение не обязательно должно быть синхронизировано, т.е. инициироваться точно в один и тот же момент времени. Также может быть предпочтительным, чтобы перемещение одного из двигателей начиналось за определенный период времени до перемещения другого двигателя. Такая координация позволяет осуществлять управляемую подачу и втягивание оптического устройства без образования неуправляемой свободной длины. Такая свободная длина может образовывать петли или провисания, которые могут привести к блокированию пути погружения или потере точного управления погружением.

Кроме того, измерительное устройство содержит средство выпрямления. Средство выпрямления представляет собой компонент, который может осуществлять выпрямление и/или вращение оптического устройства только за счет взаимодействия, в частности сил трения. Предпочтительно выпрямление выполняется путем пластической деформации оптического устройства. Следует понимать, что путь погружения оптического устройства проходит через средство выпрямления.

Предпочтительно средство выпрямления не приводится в действие двигателем. Средство выпрямления без привода от двигателя позволяет создать измерительное устройство с минимальным количеством компонентов, взаимодействующих с оптическим устройством, которое должно активно координироваться или синхронизироваться, и обеспечивает надежную работу измерительного устройства.

Предпочтительно средство выпрямления может быть выполнено с возможностью поддержания прямого контакта с оптическим устройством с двух противоположных сторон. В такой конфигурации средство выпрямления можно понимать как полувыпрямляющее средство, поскольку обычно средство выпрямления находится в контакте с оптическим устройством более чем с двух противоположных сторон.

Предпочтительно средство выпрямления содержит по меньшей мере два колеса, предпочтительно более двух колес. В одном варианте осуществления по меньшей мере два колеса расположены вдоль пути погружения оптического устройства с некоторым расстоянием, т.е. их оси вращения не расположены на общей оси, перпендикулярной пути погружения.

Пара или пары колес средства выпрямления могут иметь одинаковые или разные конфигурации.

Предпочтительно средство выпрямления расположено за средством перемещения на пути погружения, в частности за средством подачи. Другими словами, оптическое устройство направляется и/или перемещается через средство выпрямления после его направления и/или перемещения через средство подачи вдоль пути погружения. Таким образом, оптическое устройство активно перемещается только рядом с его положением хранения на блоке хранения.

В предпочтительном варианте осуществления длина пути погружения между средством подачи и средством выпрямления находится в диапазоне от 10 см до 100 см. Таким образом, длина размотанной части оптического устройства на пути погружения сводится к минимуму.

Предпочтительно колеса средства подачи расположены под углом от 70° до 90° к средству выпрямления без привода от двигателя. Угол между двумя средствами следует понимать как угол между их центральными осями. Соответствующая центральная ось представляет собой ось, перпендикулярную пути погружения.

Измерительное устройство содержит корпус. Под термином «корпус» следует понимать оболочку, которая защищает свою внутреннюю часть от внешнего воздействия и, соответственно, от повреждений, которые в данном случае могут остановить процесс подачи и втягивания оптического устройства. В частности, на металлургических предприятиях окружающая среда может быть агрессивной, например, из-за присущих процессу высоких температур и повсеместного присутствия грязи и лома.

Корпус вмещает средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления. Это обеспечивает компактную конструкцию измерительного устройства. Неожиданно была обнаружена комбинация указанной компактной конструкции с конфигурацией средства перемещения, т.е. активного приведения в действие поворотной опоры накопительного устройства в сочетании с перемещением блока хранения оптического устройства, активно приводимого в действие средства подачи и смежного выпрямления, является существенным для управляемого погружения оптического устройства с относительно тонкой наружной металлической трубкой.

Следует понимать, что корпус также покрывает по меньшей мере часть оптического устройства, в частности, смотанную часть. Предпочтительно по меньшей мере секции размотанной части, т.е. пути погружения, закрыты корпусом.

Предпочтительно корпус содержит по меньшей мере одно отверстие, через которое может перемещаться оптическое устройство.

Предпочтительно высота корпуса соответствует наружному диаметру блока хранения оптического устройства. Предпочтительно высота корпуса находится в диапазоне от 1,2 до 2 наружных диаметров блока хранения оптического устройства, предпочтительно в диапазоне от 1,3 до 1,8 раза.

Корпус может иметь дверцы для удобства техобслуживания или безопасности.

Корпус может быть теплоизолирован. Стенки корпуса могут быть двухслойными. В предпочтительном варианте пустое пространство между двухслойной стенкой корпуса заполнено огнестойким материалом.

Корпус может быть снабжен средством акклиматизации, например для охлаждения и обогрева. В предпочтительном варианте осуществления корпус подвергается кондиционированию воздуха. Таким образом, корпус защищен от перегрева. Перегрев может нарушить процесс подачи и втягивания оптического устройства. Кроме того, кондиционирование воздуха предотвращает конденсацию.

В предпочтительном варианте осуществления корпус содержит отверстие для подключения газа, т.е. корпус может находиться под давлением или продуваться. Указанный вариант осуществления позволяет дополнительно защитить внутреннюю часть корпуса от проникновения из окружающей среды, например частиц пыли и грязи.

Предпочтительно корпус содержит по меньшей мере один шкаф.

В предпочтительном варианте осуществления корпус содержит шкаф, в частности, содержащий первое доступное отделение для блока хранения и поворотной опоры блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления, и второе отделение для электрического оборудования измерительного устройства. Таким образом, средство перемещения, блок хранения и соответственно смотанная часть оптического устройства отделены от других компонентов. Первое отделение доступно для конечного пользователя и, таким образом, не закрывается, например, с помощью замка. В результате конечный пользователь может вставить или заменить блок хранения оптического устройства при необходимости.

Предпочтительно второе отделение, содержащее электрическое оборудование измерительного устройства, закрыто, например, с помощью дверного замка. В результате электрооборудование хорошо защищено, что позволяет избежать повреждения, например, из-за неправильного использования.

В одном варианте осуществления блок хранения и поворотная опора блока хранения оптического устройства и все компоненты средства перемещения расположены в одном шкафу, т.е. не в отдельных блоках. Блок хранения и компоненты средства перемещения, в частности средство подачи и средство выпрямления, могут быть расположены в различных отделениях одного шкафа.

В одном варианте осуществления блок хранения оптического устройства и поворотная опора для блока хранения оптического устройства, компоненты средства перемещения и средства выпрямления по меньшей мере частично расположены в различных шкафах, т.е. в отдельных блоках. Предпочтительно указанные отдельные блоки соединены с помощью соединительной трубки. Такая конфигурация позволяет использовать модульную конструкцию измерительного устройства.

Измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением также содержит направляющую систему. Под направляющей системой следует понимать систему, которая пассивно направляет оптическое устройство, не перемещая его активно и не воздействуя на него. Другими словами, направляющая система не содержит двигателей, средства подачи или средства выпрямления. Направляющая система выполнена с возможностью обеспечения защиты оптического устройства от окружающей среды сразу после его перемещения из корпуса. Направляющая система служит для направления оптического устройства в ванну с расплавленным металлом и/или из ванны с расплавленным металлом внутри резервуара. Следует понимать, что путь погружения проходит через направляющую систему и, следовательно, определяется ее конфигурацией и геометрической формой. Направляющая система содержит впускное отверстие и выпускное отверстие для обеспечения подачи через него оптического устройства.

Один конец направляющей системы может содержать погружной конец в направлении подачи пути погружения. Погружной конец может быть расположен внутри резервуара, содержащего ванну с расплавленным металлом. Поэтому предпочтительно, чтобы он был выполнен с возможностью выдерживания условий внутри такого резервуара. Термин «выполненный с возможностью выдерживания таких условий» подразумевает устойчивость к температурам, например, расплавленной стали.

Предпочтительно погружной конец направляющей системы расположен над ванной с расплавленным металлом, температуру которой необходимо измерить. Другими словами, оптическое устройство погружается в ванну с расплавленным металлом сверху.

Предпочтительно путь погружения оптического устройства сначала проходит через средство подачи, затем через средство выпрямления, а затем через направляющую систему.

Преимуществом является то, что кривизна направляющей системы выполнена с возможностью направления оптического устройства без изгибания или излома. Другими словами, направляющая система направляет путь погружения оптического устройства таким образом, что оптическое устройство направляется с минимальным воздействием изгибающих сил. Предпочтительно минимальный радиус кривизны направляющей системы в 4 раза превышает радиус внутренней намотки оптического устройства на блоке хранения оптического устройства.

Предпочтительно направляющая система содержит по меньшей мере одну секцию, которая является прямой, т.е. не изогнутой. Предпочтительно последняя секция направляющей системы является прямой, т.е. секцией перед выпускным отверстием направляющей системы.

Предпочтительно направляющая система имеет круглое поперечное сечение в ее продольном направлении.

Предпочтительно соотношение внутреннего диаметра направляющей системы и диаметра наружной металлической трубки оптического устройства не превышает 2, в частности, соотношение находится в диапазоне от 1,2 до 1,9.

Направляющая система соединена с корпусом. Такая конфигурация обеспечивает погружение оптического устройства без непокрытых участков по меньшей мере первых двух секций пути погружения.

Предпочтительно направляющая система соединена с корпусом с помощью соединителя. Соединитель обеспечивает модульную конструкцию измерительного устройства.

В предпочтительном варианте осуществления направляющая система содержит по меньшей мере два отдельных компонента, которые разъемно соединены друг с другом. Такая конфигурация обеспечивает модульную конструкцию измерительного устройства, обеспечивая возможность очистки и устранения неисправностей.

Предпочтительно направляющая система содержит по меньшей мере одну направляющую трубку. Если направляющая система содержит более одной направляющей трубки, может быть предпочтительно, чтобы более чем одна направляющая трубка могла быть соединена с возможностью отсоединения.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна направляющая трубка выполнена из металла.

Предпочтительно соотношение внутреннего диаметра по меньшей мере одной направляющей трубки и диаметра наружной металлической трубки оптического устройства не превышает 2, в частности, соотношение находится в диапазоне от 1,2 до 1,9.

В предпочтительном варианте осуществления внутренний диаметр по меньшей мере одной направляющей трубки составляет менее 20 мм, предпочтительно менее 16 мм. Предпочтительно внутренний диаметр по меньшей мере одной направляющей трубки находится в диапазоне от 4 мм до 20 мм, более предпочтительно в диапазоне от 4 мм до 18 мм.

Предпочтительно минимальный радиус кривизны пути погружения более чем в 10 раз больше внутреннего диаметра по меньшей мере одной направляющей трубки, более предпочтительно в 30 раз больше, наиболее предпочтительно в 50 раз больше. Такое соотношение обеспечивает возможность погружения оптического устройства без изгиба.

Предпочтительно минимальный радиус кривизны по меньшей мере одной направляющей трубки в 4 раза больше радиуса внутренней намотки оптического устройства на блоке хранения оптического устройства.

Предпочтительно длина по меньшей мере одной направляющей трубки составляет не более 200 см, предпочтительно не более 100 см.

Предпочтительно направляющая система содержит систему ввода. В такой конфигурации система ввода содержит последнюю секцию пути погружения оптического устройства до его погружения в ванну с расплавленным металлом.

Система ввода предпочтительно выполнена из стали и/или керамического материала.

Предпочтительно система ввода заканчивается прямым участком, т.е. оптическое устройство не изогнуто перед входом в ванну с расплавленным металлом. Таким образом, оптическое устройство может быть погружено вдоль прямого пути погружения в ванну с расплавленным металлом и отведено обратно из ванны с расплавленным металлом. Механические свойства оптического устройства изменяются из-за тепла, которому оптическое устройство подвергается во время измерения температуры и/или последующего охлаждения. В частности, повышается его гибкость. Направление оптического устройства без изгиба на последнем участке пути погружения позволяет избежать постоянной деформации и, таким образом, износа, напряжения и трения оптического устройства, попадания материала, находящегося внутри резервуара, и блокирования системы ввода. Кроме того, также предотвращается нежелательное перемещение оптического устройства.

В предпочтительном варианте осуществления направляющая система содержит по меньшей мере одну направляющую трубку и систему ввода, которые соединены между собой. Такая конфигурация обеспечивает погружение оптического устройства с минимальной частью незащищенных секций на пути погружения. Предпочтительно система ввода соединена с по меньшей мере одной направляющей трубкой с помощью соединителя.

Предпочтительно по меньшей мере одна направляющая трубка имеет прямую часть, смежную с системой ввода, т.е. путь погружения не изогнут в этой секции.

Предпочтительно система ввода содержит впускное отверстие для газа, которое может быть соединено со средством подачи газа. Таким образом, система погружения может продуваться газом во время работы.

Предпочтительно система ввода содержит фурму для дутья. Фурма для дутья представляет собой фурму, через которую в металлургический резервуар можно подавать продувочный газ. Это может способствовать предотвращению попадания металла, шлака и/или загрязнений в систему ввода. Продувочный газ дополнительно охлаждает фурму для дутья и/или оптическое устройство внутри нее.

Фурму для дутья, как правило, выполняют прямой, т.е. не искривленной, для направления оптического устройства вдоль прямого пути погружения в ванну с расплавленным металлом. Фурма для дутья может быть выполнена как единое целое. Фурму для дутья, в частности, размещают коаксиально относительно направляющей системы и/или аксиально смежно с направляющей системой.

В одном варианте осуществления конец фурмы для дутья, который направлен или выполнен с возможностью направления к резервуару и/или находящейся в нем ванне с расплавленным металлом, выполнен в виде сопла Лаваля. Это обеспечивает возможность ввода потока продувочного газа в резервуар с высокой скоростью и/или со сверхзвуковой скоростью. Таким образом, шлак, покрывающий ванну с расплавленным металлом под оптическим устройством, может быть смещен до и/или во время погружения оптического устройства. Таким образом, это препятствует блокировке фурмы для дутья и направляющей системы. Кроме того, оптическое устройство охлаждается даже внутри резервуара так, что при этом повышается его срок эксплуатации и обеспечивается особо точное измерение температуры.

Измерительное устройство может дополнительно содержать средство идентификации положения переднего наконечника оптического устройства. Информация о положении переднего наконечника оптического устройства дополнительно повышает точность, с которой оптическое устройство может быть погружено. В частности, в последовательностях измерений, которые включают в себя несколько стадий подачи и втягивания оптического устройства с определенными скоростями погружения в определенные промежутки времени, информация о положении переднего наконечника оптического устройства может представлять собой существенный входной параметр для обеспечения высокого качества измерений.

Подходящее средство определения положения переднего наконечника оптического устройства дополнительно не ограничено, например, средство может представлять собой средство измерения или средство отрезания. Поскольку положение средства внутри измерительного устройства известно, это также позволяет получать информацию о положении переднего наконечника оптического устройства.

Предпочтительно средство определения положения переднего наконечника оптического устройства расположено на направляющей системе, в ней или рядом с ней.

В вариантах осуществления, в которых измерительное устройство содержит средство управления, указанное средство управления может быть выполнено с возможностью взаимодействия со средством определения положения переднего наконечника оптического устройства.

Измерительное устройство может содержать средство отрезания, выполненное с возможностью отрезания оптического устройства. Отрезание оптического устройства может стать необходимым, если произойдет непредвиденная блокировка пути погружения или необходимо создать новый передний наконечник оптического устройства. Отрезание также можно применять для получения информации о положении переднего наконечника оптического устройства, т.е. для определения положения переднего наконечника оптического устройства. Предпочтительно средство отрезания расположено на направляющей системе, в ней или рядом с ней.

Измерительное устройство может дополнительно содержать средство измерения для обнаружения наличия оптического устройства. Обнаружение наличия оптического устройства подразумевает получение информации относительно того, находится ли оптическое устройство в определенном положении. Это может быть реализовано за счет того, что часть средства измерения располагается в известном фиксированном положении внутри измерительного устройства. Средство измерения, в частности, может быть выполнено с возможностью обнаружения положения переднего наконечника оптического устройства

Средство измерения может содержать индуктивный датчик или датчик для измерения параметров потока газа.

В случае датчика для измерения параметров потока газа средство измерения, в частности, выполнено с возможностью измерения расхода потока газа, скорости потока газа и/или давления газа в потоке газа. Таким образом, поток газа применяют для обнаружения наличия оптического устройства. В частности, поток газа подается в направляющую систему или вблизи нее, так что наличие оптического устройства влияет на поток газа, например, за счет блокирования по меньшей мере части пути потока газа. Посредством измерения параметров можно обнаруживать наличие оптического устройства. Направляющая система может содержать подходящий источник газа. Соединенное с линией газа средство измерения может быть расположен вблизи направляющей системы или в удаленном положении. Как правило, линии газа отличаются высокой термостойкостью.

В иллюстративном варианте осуществления, в котором измерительное устройство содержит средство управления, указанное средство управления может быть выполнено с возможностью управления средством измерения. Преимуществом является то, что средство управления выполнено с возможностью управления работой двигателей средства перемещения в координации со средством измерения.

В дополнительном варианте осуществления измерительное устройство может содержать средство контроля для контроля перемещения оптического устройства, например, кодера или индуктивных переключателей. Такое средство контроля может быть выполнено с возможностью контроля перемещения оптического устройства и, таким образом, обеспечивает возможность сравнения предполагаемого перемещения с фактическим перемещением оптического устройства. Таким образом, можно по-прежнему измерять любое смещение оптического устройства, например, из-за блокирования, которое не может быть обнаружено иным образом.

Предпочтительно средство контроля расположено за средством перемещения в направлении пути погружения. Это позволяет особенно точно и без нарушения контролировать перемещение оптического устройства и точно управлять погружением. Средство контроля может быть выполнено с возможностью контроля расстояния, на которое оптическое устройство перемещается от известной начальной точки. Начальная точка может быть определена по положению переднего наконечника оптического устройства, обнаруженному с помощью средства определения положения переднего наконечника оптического устройства, в частности, с помощью средства измерения. Таким образом, после измерения положения устройство контроля обеспечивает информацию об известном положении переднего наконечника во время последующего перемещения оптического устройства.

В иллюстративном варианте осуществления, в котором измерительное устройство содержит средство управления, указанное средство управления может быть выполнено с возможностью управления средством контроля. Предпочтительно средство управления выполнено с возможностью сравнения положения оптического устройства, обнаруженного с помощью средства контроля, с положением, обнаруженным серводвигателем средства перемещения. Таким образом, можно определять потенциальное смещение оптического устройства, блокировку направляющей системы или высокий износ или трение.

Измерительное устройство также может содержать блок анализа для анализа данных.

Измерительное устройство также может включать в себя панель управления, которая позволяет пользователю вводить данные или выполнять регулировки, например, в виде элементов управления, таких как переключатели, клавиатуры или ручки. Панель управления предпочтительно расположена на корпусе или рядом с ним.

Измерительное устройство может включать в себя средство отображения, которое может обеспечивать пользователю обратную связь. Средство отображения предпочтительно расположено на корпусе или рядом с ним.

Измерительное устройство, в частности, может быть установлено стационарно. Предпочтительно измерительное устройство выполнено таким образом, что оно может располагаться на наружной стенке металлургического резервуара или на платформе сбоку металлургического резервуара, при наличии таковой. При расположении на наружной стенке измерительное устройство может быть установлено на платформе эркерного выпускного отверстия (EBT — англ.: eccentric bottom tap) или на боковой стенке металлургического резервуара. Таким образом, оптическое устройство может перемещаться в резервуар из стационарной точки. Платформа может быть частью боковой стенки и/или быть совмещена по существу горизонтально. В частности, точка входа в резервуар располагается на платформе и/или представляет собой по существу совмещенное по вертикали отверстие.

Дополнительный аспект настоящего изобретения представляет собой способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Способ включает по меньшей мере следующие стадии:

(i) подача оптического устройства;

(ii) измерение температуры ванны с расплавленным металлом;

(iii) втягивание и сматывание оптического устройства.

Все признаки, преимущества и варианты осуществления, приведенные для измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением, также относятся к упомянутому выше аспекту изобретения и способу, и наоборот.

Неожиданно было обнаружено, что сматывание оптического устройства в сочетании с его втягиванием обеспечивает более высокую надежность при применении измерительного устройства, особенно когда способ выполняется несколько раз.

Способ включает подачу оптического устройства.

Следует понимать, что стадия подачи включает в себя работу по меньшей мере одного двигателя для приведения в действие поворотной опоры блока хранения оптического устройства и работу по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи.

Предпочтительно, работа по меньшей мере двух двигателей средства перемещения скоординирована. Преимуществом является то, что работа по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства инициируется до работы по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи. Таким образом, некоторая длина оптического устройства разматывается из блока хранения оптического устройства до того, как средство подачи активно переместит оптическое устройство. Было обнаружено, что такая координированная работа повышает точность и надежность способа.

Способ включает измерение температуры ванны с расплавленным металлом. Для измерения температуры регистрируют излучение, испускаемое ванной с расплавленным металлом, особенно в диапазоне длин волн ИК-излучения, и передают его в средство обнаружения посредством оптического устройства. Интенсивность и/или спектральная информация излучения могут быть обработаны блоком обработки данных, соединенным со средством обнаружения.

На стадии измерения оптическое устройство может по меньшей мере частично расходоваться.

Способ включает втягивание и сматывание оптического устройства. Следует понимать, что сматывание при втягивании устройства означает, что длина размотанной части оптического устройства, которая не была израсходована на стадии измерения, перемещается на блок хранения оптического устройства. Хотя оптическое устройство расходуется на переднем наконечнике, который расположен в ванне с расплавленным металлом, а не рядом с блоком хранения, расходуемая длина непосредственно влияет на длину размотанной части оптического устройства, которая может быть смотана.

Следует понимать, что стадия втягивания и сматывания включает в себя работу по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и работу по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи.

Предпочтительно способ в соответствии с настоящим изобретением выполняют более одного раза.

Предпочтительно способ дополнительно включает по меньшей мере одну стадию определения положения переднего наконечника оптического устройства. Определение может быть выполнено с помощью средства определения положения переднего наконечника оптического устройства, расположенного в положении определения.

Определение положения переднего наконечника оптического устройства может быть выполнено до и/или во время стадии подачи оптического устройства.

Определение положения переднего наконечника оптического устройства может быть выполнено во время и/или после стадии втягивания и сматывания оптического устройства. Предпочтительно передний наконечник оптического устройства отводится в положение определения. Таким образом, можно избежать втягивания оптического устройства дальше, чем необходимо.

Способ может дополнительно включать дополнительную стадию втягивания оптического устройства дальше, чем в положение определения, остановки втягивания оптического устройства и подачи оптического устройства снова в положение определения. Предпочтительно скорость перемещения втягивания выше скорости перемещения подачи. Такая дополнительная стадия позволяет точно позиционировать оптическое устройство, особенно передний наконечник. В частности, указанная дополнительная стадия является преимущественной, когда способ выполняется более одного раза.

Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, будет более подробно описана ниже в отношении иллюстративных вариантов осуществления, представленных на фигурах. 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.

В настоящем документе предложено следующее.

На фиг. 1 представлены схематические виды расходных оптических устройств.

На фиг. 2 представлена иллюстративная установка измерительного устройства.

На фиг. 3 представлено иллюстративное измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 представлен подробный вид катушки, содержащей пирометр.

На фиг. 5 представлен упрощенный вид измерительного устройства для иллюстрации пути погружения оптического устройства и его кривизны.

На фиг. 6 A представлена возможная конфигурация системы подачи с двумя парами роликов.

На фиг. 6 B представлена возможная конфигурация колес системы подачи.

На фиг. 6 C представлена конфигурация двух колес системы подачи.

На фиг. 7 представлена конфигурация системы подачи и выпрямителя.

На фиг. 8 A представлена возможная конфигурация выпрямителя с прямым путем погружения оптического устройства.

На фиг. 8 B представлена возможная конфигурация выпрямителя с извилистым путем погружения оптического устройства.

На фиг. 9 представлена конфигурация измерительного устройства с датчиком положения переднего наконечника.

На фиг. 10 представлено иллюстративное измерительное устройство со средством отрезания.

На фиг. 1 представлены схематические виды расходных оптических устройств (1’, 1’’, 1’’’), которые можно применять в измерительном устройстве в соответствии с настоящим изобретением. Оптическое волокно 2’, 2’’, 2’’’ окружено внутренней металлической трубкой 3’, 3’’, 3’’’ и наружной металлической трубкой 4’, 4’’, 4’’’. Пустое пространство между металлическими трубками 5’, 5’’, 5’’’ может быть заполнено материалом наполнителя 6’’, как показано на фиг. 1 B. На фиг. 1 C представлена конфигурация оптического устройства 1’’’ с разделительными элементами 7’’’, расположенными вокруг внутренней металлической трубки 3’’’ и внутри наружной металлической трубки 4’’’.

На фиг. 2 представлена иллюстративная установка измерительного устройства 200 на платформе 8, расположенной в металлургическом резервуаре 9 электродуговой печи (EAF) 10. Благодаря компактной и прочной конструкции все измерительное устройство 200 может быть расположено рядом с местом эксплуатации. Это местоположение сводит к минимуму требуемое пространство для установки устройства 200 и длину оптического устройства 1, которое применяется. Платформа 8 содержит отверстие 14, ведущее внутрь резервуара 9, к которому подключена направляющая система 207 измерительного устройства 200. Внутри резервуара 9 оптическое устройство 9 поступает в ванну с расплавленным металлом 11 (не видна на фиг. 2).

На фиг. 3 представлено более подробное описание иллюстративного измерительного устройства 200 в соответствии с настоящим изобретением. Оптическое устройство 1, расположенное на катушке 201, установлено на поворотной опоре (не показана) в корпусе 202. Катушка 201 также содержит детектор (не показан), который соединен с оптическим устройством 1. Для удобства между опорой и катушкой 201 устанавливается механический и электрический контакт. Катушка 201 может быть заменена, когда оптическое устройство 1 израсходуется после работы измерительного устройства 200.

На фиг. 4 представлен подробный вид катушки 201, несущего блок 301 обнаружения, содержащий, например, пирометр. Катушка 201 имеет полую цилиндрическую сердцевину 302, вокруг которой может быть намотано оптическое устройство 1. Катушка 201 имеет две боковых панели 303 a, 303 b, которые проходят от цилиндрической сердцевины 302 и предотвращают соскальзывание оптического устройства 1 с сердцевины 302. В показанной конфигурации блок 301 обнаружения установлен в полой части цилиндрической сердцевины 302. Катушка 201 также содержит часть 304, которая может быть соединена, т.е. установлена на поворотной опоре.

Корпус 202 также содержит систему 203 подачи и выпрямитель 204, а также первый двигатель 205 для приведения в действие опоры катушки и второй двигатель 206 для приведения в действие системы 203 подачи. Двигатели, приводящие в действие опору катушки 205, и система 206 подачи, обеспечивают активное перемещение оптического устройства 1 и вместе образуют систему перемещения. Направляющая система 207 соединена с корпусом 202, необязательно с помощью соединителя 210. Направляющая система 207 содержит направляющую трубку 208 и систему 209 ввода, также необязательно соединенную с помощью соединителя 211. Диаметр направляющей системы 207 должен быть выбран достаточно маленьким, в идеале не более чем в два раза больше наружного диаметра оптического устройства 1. Такая конфигурация обеспечивает пассивное направление оптического устройства 1 без разрывов или блокировки пути 500 погружения.

На фиг. 3 также представлен иллюстративный металлургический резервуар 9, который содержит ванну 11 с расплавленным металлом. Измерительное устройство 200 расположено или установлено таким образом, что оптическое устройство 1 погружается в ванну 11 с расплавленным металлом после того, как он покинет направляющую систему 207. Между выходом направляющей системы 212 и поверхностью ванны 12 с расплавленным металлом оптическое устройство 1 обычно должно проходить через горячую атмосферу 13 и слой шлака (не показан), покрывающий ванну 11 с расплавленным металлом. Как правило, шлак не имеет постоянного объема, и иногда во время обработки стали он будет вспениваться и расширяться в объеме. Таким образом, может быть предпочтительным, чтобы система 209 ввода была оснащена фурмой для дутья (не показана), которую продувают потоком газа. В такой конфигурации постоянная продувка газом может гарантировать, что отверстие направляющей системы 212 не блокируется затвердевшим шлаком и/или охлажденными каплями расплавленного металла. Дополнительным преимуществом продувочного газа является поддержание направляющей системы 207, а также неиспользуемой части оптического устройства 1 охлажденными, что способствует увеличению срока службы направляющей системы 207 и в то же время предотвращает расстекловывание неиспользованного оптического волокна оптического устройства 1. Предпочтительно давление газа поддерживается между по меньшей мере 2 бар и/или не более 5 бар, что способствует достаточному охлаждению для сохранения волокна нерасстеклованным.

На фиг. 5 представлен упрощенный вид измерительного устройства 200 для иллюстрации пути 500 погружения оптического устройства 1 и его кривизны. Под путем погружения следует понимать путь, по которому следует каждое приращение размотанной части оптического устройства 1, когда оно разматывается от катушки 201, до тех пор, пока оно не попадет в ванну 11 с расплавленным металлом. Путь 500 погружения оптического устройства 1 начинается от катушки 201 и проходит через систему 203 подачи, выпрямитель 204 и направляющую систему 207 в ванну 11 с расплавленным металлом, содержащуюся в металлургическом резервуаре 9. Кривизна может быть образована радиусом окружности 501, которая соответствует пути 500 погружения. Указанный характеристический радиус должен быть выбран в зависимости от характеристик оптического устройства 1, а также размера и радиуса катушки 201, на которой оно хранится. Слишком малый радиус приведет к более высокой вероятности чрезмерного изгиба и поломки оптического устройства.

До или во время погружения оптическое устройство 1 может быть повреждено или разрушено, например, из-за образования шлака или нерасплавленных частей в ванне 11 с металлом. Такие факторы могут приводить к изгибанию и или разрушению оптического устройства 1, особенно при его подаче с высокими скоростями.

Конфигурация, представленная на фиг. 3, иллюстрирует систему во время последовательности измерения с передним наконечником 213 оптического устройства 1, погруженным под поверхность ванны 12 с расплавленным металлом. Последовательность измерения для получения температуры с помощью устройства 200 в соответствии с настоящим изобретением включает подачу оптического устройства 1, регистрацию измерительного сигнала и втягивание оптического устройства 1. Подача и втягивание могут включать несколько стадий, определяющих скорость и продолжительность перемещения оптического устройства 1 для получения оптимальных результатов измерения. Точные параметры такой последовательности измерения, помимо прочего, зависят от материала расплавленного металла, его температуры и условий металлургического предприятия. Во время подачи и втягивания массу опоры катушки и катушки 201 необходимо ускорять и замедлять. Чем выше масса этих компонентов, тем выше инерция на этой стадии.

Как правило, оптическое устройство 1 перемещается своим передним наконечником 213 на погружном конце по направлению к ванне 11 с расплавленным металлом. Два двигателя 205 и 206 могут точно управлять скоростью подачи оптического устройства 1. Поскольку подача основана на толкающе-тянущем механизме, т.е. блок 205 хранения с приводом от двигателя толкает, а отдельная система 203 подачи с приводом от двигателя тянет оптическое устройство 1 скоординированным образом, силы, которым подвергается наружная металлическая трубка оптического устройства 1, могут быть сведены к минимуму.

На фиг. 6 A представлена возможная конфигурация системы подачи 203 с двумя парами роликов 601 a, 601 b. Колеса или каждая пара роликов 601 a, 601 b расположены напротив друг друга с оптическим устройством 1, расположенным между ними во время работы. Колеса подпружинены с регулируемой силой, зажимающей оптическое устройство, тем самым поддерживая перемещение без скручивания с минимальными силами зажима, в то же время способствуя выпрямлению. На фиг. 6 B представлена возможная конфигурация колес. Иллюстративное колесо имеет цилиндрическую U-образную канавку 602 и рифленую поверхность. Обычно колеса расположены таким образом, что образованное между ними пустое пространство, через которое проходит оптическое устройство 1, имеет слегка эллиптическую форму, как показано на фиг. 6 C. Конфигурация расстояния между парой роликов 601 и форма их канавок обеспечивают незначительную деформацию наружной трубки оптического устройства 1 во время подачи и, следовательно, обеспечивают первое выпрямление. На фиг. 6 C дополнительно проиллюстрированы конструктивные характеристики колес, т.е. глубина 603 и диаметр 604 канавок.

После системы 203, 203’ подачи путь 500 погружения оптического устройства 1 проходит через выпрямитель 204, 204’ по прямой оси без кривизны, как более подробно показано на фиг. 7. Выпрямление оптического устройства 1 обеспечивает по меньшей мере снижение или устранение изгиба или скручивания, вызванных смотанным хранением оптического устройства 1 на катушке 201.

На фиг. 8 представлены возможные конфигурации выпрямителя. На фиг. 8 А пять колес 801 a’, 801 b’, 801 c’, 801 d’, 801 e’ выпрямителя 204’’ расположены со смещением относительно друг друга в направлении пути 500’ погружения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 8 B, колеса 802 a’’, 802 b’’, 802 c’’, 802 d’’, 802 e’’ выпрямителя 204’’’ расположены таким образом, что путь 500” погружения не является прямым, а следует извилистой линии.

На фиг. 7 представлена конфигурация системы 203’ подачи с двумя парами роликов 601 a’, 601 b’ и выпрямителя 204’’’ с двумя парами роликов 702 a, 702 b относительно пути 500 погружения. Преимуществом является то, что система 203’ подачи и натяжитель 204’ расположены на минимальном расстоянии. Кроме того, было обнаружено, что перпендикулярное соотношение указанных двух компонентов приводит к эффективному выпрямлению хрупкого оптического устройства 1 с минимальным количеством приложенных сил. На фиг. 7 показана такая перпендикулярная конфигурация спереди, в частности, колеса роликов 601 a’, 601 b’, 702 a, 702 b компонентов 203’, 204’ расположены перпендикулярно друг другу. Это позволяет, с одной стороны, снизить скрученный изгиб оптического устройства 1, и, с другой стороны, свести к минимуму число компонентов, необходимых для эффективной работы измерительного устройства.

После выполнения последовательности измерения часть оптического устройства 1, погруженная в ванну 11 с расплавленным металлом, расплавится и, таким образом, будет израсходована. После измерения длина оптического устройства, расположенного в горячей атмосфере 13 внутри металлургического резервуара 9, может быть втянута в направлении катушки 201 и может быть повторно применена для следующей последовательности измерения.

Для получения надежных измерений температуры желательно измерять ее на более или менее фиксированной глубине погружения в ванну 11 с расплавленным металлом. Кроме того, управление точкой контакта, т.е. точкой на поверхности ванны 12 с расплавленным металлом, в которой погружается передний наконечник 213, является параметром, который требует управления для получения точных результатов измерения. Точка контакта может, например, быть смещена из-за подачи оптического устройства 1, которое не находится на прямом пути 500 погружения или которое было согнуто, скручено или иным образом деформировано до погружения.

Приведенные выше пояснения иллюстрируют, что оптическое устройство 1 постоянно разматывается и сматывается во время работы измерительного устройства 200, что потенциально приводит к тому, что размотанные части оптического устройства 1 подвержены повреждениям, что требует управляемой и точной подачи в обоих направлениях. Кроме того, длина, а вместе с ней и масса оптического устройства 1 постоянно изменяются из-за расхода во время каждой последовательности измерения.

Конфигурация измерительного устройства 200 в соответствии с настоящим изобретением снижает потребность в управлении и точности при минимальном воздействии на оптическое устройство 1. Длина размотанной части оптического устройства 1 поддерживается на минимальном уровне, который почти полностью покрывается компонентами устройства до погружения оптического устройства в ванну с расплавленным металлом.

На фиг. 9 представлена конфигурация измерительного устройства 200’ с датчиком 901 положения переднего наконечника 213 оптического устройства 1, расположенным на конце направляющей системы 207’. Также возможны другие местоположения датчика 901. Дополнительный датчик обеспечивает более точное управление всем устройством 200’ и дополнительно повышает точность последовательностей измерений и получаемых результатов.

На фиг. 10 представлена конфигурация измерительного устройства 200’’ с направляющей системой 207’’, содержащей средство 1001 отрезания. Отрезание оптического устройства 1 в определенном положении позволяет, с одной стороны, устранить возникающие блокировки, а с другой стороны, может быть использовано для определения положения переднего наконечника оптического устройства 1. В случае показанного варианта осуществления отрезанная часть размотанной части оптического устройства 1 будет выталкиваться вперед и из направляющей системы 207’’ следующей частью оптического устройства 1, которая перемещается измерительным устройством 200’’.

Список номеров позиций

1, 1’, 1’’, 1’’’ Оптическое устройство

2’, 2’’, 2’’’ Оптическое волокно

3’, 3’’, 3’’’ Внутренняя металлическая трубка

4’, 4’’, 4’’’ Наружная металлическая трубка

5’, 5’’, 5’’’ Пустое пространство

6’’ Материал наполнителя

7’’’ Разделительные элементы

8 Платформа

9 Металлургический резервуар

10 Электродуговая печь (EAF)

11 Ванна с расплавленным металлом

12 Поверхность ванны с расплавленным металлом

13 Атмосферный внутренний резервуар

14 Отверстие в платформе резервуара

200, 200’, 200’’ Измерительное устройство

201 Катушка

202 Корпус

203, 203’ Система подачи

204, 204’, 204’’, 204’’’ Выпрямитель

205 Двигатель для приведения в действие опоры катушки

206 Двигатель для приведения в действие системы подачи

207, 207’, 207’’ Направляющая система

208 Направляющая трубка

209 Система ввода

210 Соединитель

211 Соединитель

212 Выход из направляющей системы

213 Передний наконечник оптического устройства

301 Блок обнаружения

302 Цилиндрическая сердцевина катушки

303 a; 303 b Боковые панели катушки

304 Соединение с поворотной опорой

500, 500’, 500’’ Путь погружения

501 Окружность с радиусом кривизны пути погружения

601, 601 a, 601 b, 601 a’, 601 b’ Пары роликов системы подачи

602 Канавка колеса

603 Глубина канавок колес

604 Диаметр канавок колес

701 Часть пути погружения между системой подачи и выпрямителем

702 a, 702 b Пары роликов выпрямителя

801 a’, 801 b’, 801 c’, 801 d’, 801 e’ Колеса выпрямителя

802 a’’, 802 b’’, 802 c’’, 802 d’’, 802 e’’ Колеса выпрямителя

901 Датчик

1001 Средства отрезания.

Изобретение относится к измерительному устройству для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, содержащему оптическое устройство, средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения, средство выпрямления, корпус и направляющую систему, соединенную с корпусом. Корпус вмещает средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления. Средство перемещения выполнено с возможностью подачи и втягивания оптического устройства и содержит по меньшей мере один двигатель для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и средство подачи для подачи оптического устройства, приводимое в действие по меньшей мере одним двигателем для перемещения вперед и назад. Изобретение также относится к способу, включающему применение соответствующего измерительного устройства для измерения температуры ванны с расплавленным металлом. Технический результат – повышение точности получаемых за счет обеспечения погружения оптического устройства с минимальным трением и его скручиванием, а также измерения с помощью оптического устройства в постоянной точке поверхности ванны с расплавленным металлом при повторяющихся циклах погружения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Измерительное устройство для измерения температуры ванны с расплавленным металлом, содержащее:

i) оптическое устройство;

ii) средство обнаружения, выполненное с возможностью приема светового сигнала, передаваемого указанным оптическим устройством;

iii) блок хранения оптического устройства;

iv) поворотную опору блока хранения оптического устройства;

v) средство перемещения;

vi) средство выпрямления;

vii) корпус и

viii) направляющую систему, соединенную с корпусом,

причем оптическое устройство содержит оптическое волокно, окруженное с боков внутренней и наружной металлическими трубками,

причем наружная металлическая трубка имеет наружный диаметр в диапазоне от 2 мм до 8 мм и толщину стенки в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм,

причем корпус заключает в себе средство обнаружения, блок хранения оптического устройства, поворотную опору блока хранения оптического устройства, средство перемещения и средство выпрямления, и

причем средство перемещения выполнено с возможностью подачи и втягивания оптического устройства и содержит:

a) по меньшей мере один двигатель для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства;

b) средство подачи для подачи оптического устройства, приводимое в действие с помощью по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад.

2. Измерительное устройство по п. 1, в котором оптическое устройство содержит смотанную часть и размотанную часть, причем размотанная часть образует путь погружения оптического устройства.

3. Измерительное устройство по п. 2, в котором путь погружения не содержит изогнутых частей.

4. Измерительное устройство по п. 2, в котором путь погружения не содержит кривизны с радиусом, меньшим, чем 200-кратный наружный диаметр оптического устройства.

5. Измерительное устройство по любому из пп. 2-4, в котором путь погружения начинается в конце наружной намотки оптического устройства на блоке хранения оптического устройства.

6. Измерительное устройство по п. 1, в котором минимальный радиус кривизны направляющей системы в 4 раза превышает радиус внутренней намотки оптического устройства на блоке хранения оптического устройства.

7. Измерительное устройство по п. 1, в котором направляющая система содержит по меньшей мере одну направляющую трубку.

8. Измерительное устройство по п. 7, в котором соотношение внутреннего диаметра по меньшей мере одной направляющей трубки и диаметра наружной металлической трубки оптического устройства не превышает 2.

9. Измерительное устройство по п. 1, в котором высота корпуса находится в диапазоне от 1,2 до 2 наружных диаметров блока хранения оптического устройства.

10. Измерительное устройство по п. 1, в котором измерительное устройство содержит средство управления, выполненное с возможностью управления работой по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи.

11. Измерительное устройство по п. 10, в котором средство управления выполнено с возможностью координации работы по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад поворотной опоры блока хранения оптического устройства и по меньшей мере одного двигателя для перемещения вперед и назад средства подачи.

12. Измерительное устройство по п. 1, причем измерительное устройство содержит средство определения положения переднего наконечника оптического устройства.

13. Измерительное устройство по п. 1, в котором средство обнаружения расположено на блоке хранения оптического устройства, или в блоке хранения оптического устройства, или рядом с блоком хранения оптического устройства.

14. Способ измерения температуры ванны с расплавленным металлом с помощью измерительного устройства по любому из предшествующих пунктов, включающий по меньшей мере следующие стадии:

(i) подача оптического устройства;

(ii) измерение температуры ванны с расплавленным металлом;

(iii) втягивание и сматывание оптического устройства.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий по меньшей мере одну стадию определения положения переднего наконечника оптического устройства.