用于熔化的金属的光学的温度确定的方法以及用于执行这种方法的退绕装置

摘要

本发明涉及一种用于借助测量装置进行熔化的金属的光学的温度确定的方法，所述测量装置具有：光导纤维，用于将从所述金属或者从所述光导纤维的顶端发射的电磁辐射传导到光学的探测器；至少一个替代光导纤维；光学的探测器，用于从对所述电磁辐射的分析确定所述金属的温度；测量链，在所述测量链中，所述光导纤维是测量参量接收装置；至少一个替代测量链，在所述至少一个替代测量链中，所述替代光导纤维是测量参量接收装置。在此，借助所述测量链作为系统内部的标准校准器来校准替代测量链。此外，本发明还涉及一种用于执行这种方法的退绕装置。在此，所述退绕装置具有输送装，置用于将光导纤维从存储体逐渐退绕并且将替代光导纤维从替代存储体逐渐退绕。此外，所述退绕装置具有一种用于存储体和至少一个替代存储体的容纳装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于熔化的金属的光学的温度确定的方法以及一种用于执行这种方法的退绕装置。

背景技术

这种方法例如从WO2007/079894A1中已知。在这种情况下，光导纤维被引向容纳熔化的金属的转炉的容器。所述光导纤维具有如下任务：将熔化的金属的电磁辐射传导到光学的探测器。在所述光学的探测器与所述容器之间布置有被流体流过的管道，在所述管道中输送所述光导纤维并且在所述管道中借助流体来运送所述光导纤维。在一种优选的实施方式中，该发明具有一种退绕装置，所述退绕装置使所述光导纤维逐渐从存储体中退绕。这是必要的，因为在测量部位的高温导致所述光导纤维在其浸入到所述熔化的金属中的端部上逐渐被熔化并且必须相对应地被补充。如果所述光导纤维用完，那么必须采用新的光导纤维。

为了得到可靠的测量值，在这种方法中必要的是，在测量的准备阶段中、尤其是在采用新的光导纤维之后执行对测量装置(校验机构)的校准。在校准时，校验机构的测量值(校验值)与标准校准器的测量值(校准值)进行比较。如果校验值与校准值的偏差是超过许用地高的，那么进行调整。在此，测量装置被调节或校正，以便以用于所规定的应用必要的程度来消除系统性偏差。在该调整之后，必须重新执行校准。这些步骤在某些情况下必须常常重复，直到实现可接受的偏差。适宜的测量装置作为标准校准器(Normale)投入使用，所述适宜的标准校准器具有小的测量偏差。

除了已经存在的测量装置之外，标准校准器通常需要用于熔化的金属的附加的通道(Zugang)，以便确定温度。例如已知的是具有被安装在端侧的热偶元件的测量长管被引入到熔化的金属中。这种类型的测量例如被应用在用来制造钢的转炉工艺中。在此，不利的是所述工艺必须被中断。对于温度测量和从中得出的修正措施所必需的时间间隔使得工艺控制和工艺流程变得困难并且因此对钢质量起到不利的影响。

作为替换，高温计被用作标准校准器，以便在熔化的金属中确定温度。从实践例如已知的是，为了连续的现场温度测量而执行对由钢水熔池所发出的电磁辐射的高温测量的分析。这样，例如观察钢水熔池表面。然而，在该方法中，不均匀的并且剧烈活动的熔池液面的剧烈波动的热辐射系数导致不可接受的测量不安全性。

此外，已经考虑的是在转炉壁的耐火的炉衬中设置内件、例如窗。然而，这些内件基于高温的光衰减是有缺点的，所述高温通常可以为直至1800℃。被设置在耐火的炉衬中的通道又受到基于设定过程的强的机械应力，所述设定过程使用于熔体的大多管状的通道明显变形，使得照准线的通向钢水熔池的光通道不再可能。

这样的缺点不仅仅限于转炉工艺，而且包括几乎所有借助熔化的金属的工艺。比如可考虑连铸工艺和在浇铸分流器、伸缩管或者在冷铸模中的测量部位的有问题的可接近性。限定的测量部位的可接近性常常基本上或者比如由工艺造成地有时是不可能的。

发明内容

在所述背景下，本发明所基于的任务在于，提出一种用于在系统内部对测量装置进行校准的方法和一种用于执行尤其这种方法的退绕装置。

该任务通过权利要求1和8的主题来解决。有利的实施方式在从属权利要求中说明。

本发明从如下基本构思出发：在系统内部对具有多个测量链的测量装置进行校准。在此，经校准的测量链作为系统内部的标准校准器用于另一测量链(替代测量链)。

因此，用于熔化的金属的光学的温度确定的测量装置具有至少两个测量链。按照本发明，一个测量链包括多个测量链元件。测量链的主要任务是测量参量接收、测量信号处理和测量值输出。这些任务通过单个的或者多个测量链元件来解决。针对测量链元件的例子是传感器(用于测量值接收)、计算单元(用于测量信号处理)和显示设备(用于测量值输出)。

按照本发明，替代测量链在至少一个测量链元件方面区别于所述测量链。优选地，替代测量链具有不同于所述测量链的测量链元件，用于测量参量接收(测量参量接收装置)。尤其优选地，其余的测量链元件是所述测量链与所述替代测量链的共同的测量链元件(分岔的测量链)。于是，在校准时的测量偏差仅仅能归因于一个测量链元件。尤其由此简化了调整并且减少了测量链元件(装置)的数量。但是也可想象的是，所述测量链和所述替代测量链分别只具有自己的各测量链元件。

在按照本发明的方法中，所述测量链具有光导纤维作为测量参量接收装置，而所述替代测量链具有替代光导纤维作为测量参量接收装置。光导纤维具有如下任务：将从金属或者从所述光导纤维的顶端发射的电磁辐射传导到光学的探测器。尤其优选地，替代光导纤维与所述光导纤维的类型相同。但是也可设想的是如下实施方式，其中，例如当应该借助替代光导纤维测量熔化的金属在另一处理阶段中的温度时，使用另一类型作为所述替代光导纤维。

在一种优选的实施方式中，测量链借助系统外部的标准校准器来校准。所述“系统外部的标准校准器”应解为不被按照本发明的测量装置包括的标准校准器。优选地，所述测量装置是热偶元件。然而，原则上，用于温度确定的任意的测量装置(例如高温计)都可以被用作系统外部的标准校准器。

在一种优选的实施方式中，所述测量装置具有退绕装置，所述退绕装置包括输送装置，用于逐渐将光导纤维从存储体退绕并且将替代光导纤维从替代存储体退绕。此外，在一特别优选的实施方式中，所述退绕装置还具有容纳装置，用于容纳存储体和至少一个替代存储体。由此，所述存储体和至少一个替代存储体可以被插入到所述容纳装置中。这例如可以通过推开、推入、安放或类似方法在所述容纳装置中的被设置用于存储体和替代存储体(或多个替代存储体)的容纳部位上实现。优选地，所述存储体和所述替代存储体(多个替代存储体)同时或在一个工作过程中被采用。如果必要，则所述采用也包括将光导纤维和替代光导纤维(多个替代光导纤维)连接到输送装置上并且在必要情况下包括其它措施，以便因此所述退绕可以优选自动地进行。在此，所述逐渐的退绕可以连续地或者间歇性地进行。

采用所述退绕装置明显简化了按照本发明的方法并且导致可感觉得到的时间节约。这样，例如由于使用存储体和至少一个替代存储体，在没有基于校准、调整和存储体更换(使用间隔)的中断的情况下对所述测量装置的长的使用时间是可能的。

在一种优选的实施方式中，在所述存储体即将耗尽之前进行对替代测量链的校准。尤其是当存储体的被设置用于容纳所述熔化的金属的电磁辐射的部段被熔化掉时，所述存储体被看作是“耗尽”的。在此，有意义地，光导纤维从容纳装置直到临近测量链的部段都可不被考虑。尤其优选地，在借助光导纤维进行最后的测量之后进行对替代测量链的校准。于是，所述替代光导纤维通常处在熔化的金属中或者处在熔化的金属附近，使得在没有值得注意的中断的情况下紧接着所述校准可以开始借助替代光导纤维的测量过程。

然而，原则上在所有时间都可以进行按照本发明的对替代测量链的校准。尤其可以是有利的是，在借助外部的标准校准器校准测量链之后并且在借助光导纤维进行首次测量之前执行对替代测量链的校准。已知的是，测量装置或测量链在它们的使用过程中由技术决定地具有更高的测量安全性。为了调整替代测量链，在借助外部的标准校准器校准所述测量链之后并且在借助光导纤维进行首次测量之前执行对替代测量链的校准提供了非常精确的校准值。

在一种优选的实施方式中，光导纤维为了确定校准值和替代光导纤维为了确定校验值而在相同的测量部位上接收金属熔体的电磁辐射。术语“测量部位”可被解释得宽泛并且不仅包括在熔化的金属中的或在所述熔化的金属的周围环境中的测量点而且包括所述熔化的金属的和所述熔化的金属的周围环境的较小的或者较大的区域。在实践中，尤其是由工艺决定的因素可能对测量部位的选择有影响。优选可选择狭窄的区域作为测量部位，因为这里温度梯度通常小而且相同的测量参量以校准值和校验值为依据。尤其优选地，同时或在短的时间区间之内确定校准值和校验值。

在一种优选的实施方式中，借助光学的多路复用器来控制是将来自光导纤维的信号传送给光学的探测器还是将来自替代光导纤维的信号传送给光学的探测器。

按照本发明，采用所述光学的探测器，用于根据对由光导纤维或者替代光导纤维转发的电磁辐射的分析来确定金属的温度。优选地，所述光学的探测器是测量链与替代测量链的共同的测量链元件。特别优选地，所述测量链与所述替代测量链仅仅通过如下方式来区别：所述测量链作为测量参量接收装置具有所述光导纤维，而所述替代测量链作为测量参量接收装置具有所述替代光导纤维。通过采用基本上满足分选功能的光学的多路复用器，可以使用分岔的测量链。在此，所述光学的多路复用器并不限于将信号从仅两个输入线路传输到一个输出线路上。因此，所述光学的多路复用器也可以被用在具有多于一个替代测量链的分岔的测量链中。

在一种优选的实施方式中，替代测量链借助之前作为系统内部的标准校准器来校准的替代测量链来校准。所述“系统内部的标准校准器”可理解为由按照本发明的测量装置所包括的标准校准器。在替代光导纤维之耗尽后，由于借助之前校准的测量链对替代测量链的系统内部的校准而不需要执行外部的校准。作为替代可使用第二替代测量链。以这种方式可以形成系统内部校准的替代测量链的(至少在理论上)任意长的链。借此可明显延长测量装置的使用间隔。

此外，该任务还通过按照权利要求8所述的退绕装置来解决。有利的实施方式子从属权利要求中予以说明。

按照本发明的退绕装置用于执行如下方法，所述方法用于进行熔化的金属的光学的温度确定，其中，借助光导纤维将从金属或者从所述光导纤维的顶端发射的电磁辐射传导到光学的探测器。特别优选地，按照本发明的退绕装置用于执行按照本发明的方法。

在测量部位上的高温导致：所述光导纤维在其被浸入到熔化的金属中或被置于紧挨着所述熔化的金属的端部上逐渐软化并且耗尽。通过退绕装置补充光导纤维导致：所述光导纤维的能用于接收由金属发射的电磁辐射或者能用于发射有代表性的电磁辐射的表面总是被浸入到熔化的金属中或处在所述熔化的金属的对于接收或发射电磁辐射必要的附近。

按照本发明的退绕装置具有用于存储体和至少一个替代存储体的容纳装置。尤其优选地，所述容纳装置具有用于存储体和至少一个替代存储体的容纳部位。所述容纳部位例如可以是杆状的装置。所述杆状的装置特别良好地适合于以具有轴向中心孔的绞盘的造型的存储体/替代存储体。通过所述轴向中心孔可以在事实上将存储体/替代存储体推入到所述杆状的装置中。所述退绕装置优选处在罩壳中。作为替换，其它装置(比如测量装置的部分)也可以处在所述罩壳中。

此外，按照本发明的退绕装置还具有输送装置，用于将光导纤维逐渐从存储体退绕并且将至少一个替代光导纤维从替代存储体退绕。在一种优选的实施方式中，所述输送装置具有至少一个被流体流过的管道。在此，光导纤维和/或替代光导纤维在所述管道中借助流体流来运送。

优选地，所述被流体流过的那个管道至少按部分地不仅被用于运送光导纤维而且被用于运送至少一个替代光导纤维。从中得到节约空间的结构类型和(例如针对安装和维护附加的管道来说)对材料和成本的节约。通过光导纤维和替代光导纤维通过同一管道被输送给测量部位，用于确定校准值和校验值的测量部位由于管道横截面而被限制到通常非常狭窄的区域上。也可设想的是如下实施方式，其中，不同的管道被设置用于运送光导纤维和替代光导纤维。

所述被流体流过的管道可以是单独被设置用于输送光导纤维/替代光导纤维的运送管道，所述运送管道例如可以在熔化的金属的自由的表面上结束并且使光导纤维/替代光导纤维在那里接触所述熔化的金属或者使光导纤维/替代光导纤维在那里到达所述熔化的金属附近。同样，运送管道可以在被设置在容器的壁中的开口上结束并且通过该开口将光导纤维/替代光导纤维输送给所述金属，其中，在管道中流动的流体附加地具有如下优点：其可以至少部分地阻止进入所述开口。作为替换并且优选地，已经被设置在用于容纳熔化的金属的容器上的流体管道系统(例如用于输送处理气体的管道系统)被用作用于运送光导纤维/替代光导纤维的管道。由专门被设置用于光导纤维/替代光导纤维的运送管道和现有的管道系统构成的组合也是可能的。

光导纤维/替代光导纤维可配备有如下表面特性，所述表面特性允许特别好地将流体的运送力传输到所述光导纤维/替代光导纤维上、例如对所述光导纤维/替代光导纤维的表面的特别的结构化。此外优选采用柔软的、可弯曲的光导纤维/替代光导纤维，如所述柔软的、可弯曲的光导纤维/替代光导纤维例如根据通信技术已知的那样。所述表面特性允许特别好地绕着管道系统的角、狭窄部位或者弯曲处运送光导纤维。借助流体流运送光导纤维/替代光导纤维可以连续地或者不连续地进行并且尤其是可以被调节。

在一种优选的实施方式中，所述光导纤维没有单独的金属外罩。

在一种优选的实施方式中，采用具有0.9mm的外径的类型为G62.5/125的光导纤维。在此，例如被证明为适宜的是，可以使流体以5m/s的速度流过管道。

优选地，或者对于处理熔化的金属总归必要的流体(例如氧气)被用作用于在管道中运送光导纤维的流体。作为替换，也可以采用其它的气体(例如惰性气体)。

在一种优选的实施方式中，输送装置具有至少两个反向的辊子，其中，至少一个辊子可以是驱动辊子。在一种优选的实施方式中，光导纤维和/或至少一个替代光导纤维可以被引导通过辊子间隙并且借助辊子来运送。但是，采用辊子对也可用于控制仅仅通过管道中的流体流来运送的光导纤维的退绕量。如果光导纤维例如通过流体流被拖走，那么辊子对于是可以对光导纤维施加回复力，借助所述回复力可以控制退绕。有意义地，可以借助相应的辊子套件(尤其是辊子对)来运送所述光导纤维和至少一个替代光导纤维。但是也可设想的是借助一个共同的辊子套件来运送。

在一种优选的实施方式中，所述存储体和/或替代存储体是线圈。作为线圈例如可以考虑绕着绞盘卷绕的光导纤维/替代光导纤维。作为替换，可以设置其它的存储体/替代存储体、例如被摆成套圈的光导纤维/替代光导纤维、线团或者类似物。存储体/替代存储体的光导纤维/替代光导纤维的一个端部借助输送装置被输送给测量部位，而另一端部与探测器连接。

附图说明

下面，借助仅一个示出实施例的附图进一步阐述本发明。其中，唯一的附图示出了用于执行用于进行熔化的金属的光学的温度确定的方法的退绕装置的示意图。

具体实施方式

附图示出了具有容纳装置2和输送装置3的退绕装置1。

存储体4和替代存储体5都处在容纳装置2中。所述存储体是一种线圈，光导纤维6绕着该线圈卷绕。所述替代存储体同样是一种线圈，而替代存储体7绕着该线圈卷绕。

输送装置3是被流体流过的管道。在本示例中，所述输送装置3不仅运送光导纤维6而且运送替代光导纤维7。运送流体通过流体进口8被输入到所述被流体流过的管道中。(在此未示出流体源。)

此外还示出了容器9，所述容器9包含熔化的金属10。通过底部开口，所述容器9与所述被流体流过的管道3连接。

如果有流体通过流体进口8流到所述被流体流过的管道3中，那么光导纤维6或替代光导纤维7通过容器9的底部开口被输送给所述熔化的金属10。在那里，光导纤维6或替代光导纤维7接收所述熔化的金属10的电磁辐射并且将所述电磁辐射转发给光学的探测器11，所述光学的探测器将光学信号转换成电信号。所述电信号可以由信号分析装置12继续处理，以便确定所述熔化的金属10的温度。

光学的多路复用器13连接在所述光学的探测器之前。所述光学的多路复用器13控制：是将光导纤维6的信号还是将替代光导纤维7的信号输送给所述光学探测器11。

在所示出的示例性的装置中，不仅光导纤维6而且替代光导纤维7都处在所述熔化的金属10中的端侧。所述装置尤其构成出系统内部的校准的时刻，在所述时刻，通过光导纤维6来确定校准值并且1通过替代光导纤维7来确定校验值。