Пристрій для вимірювання параметрів ванни розплаву

1. Пристрій для вимірювання параметрів ванни розплаву за допомогою оптичного волокна, яке має покриття та детектор, з'єднаний з волокном, у якому волокно охоплено покриттям з множини шарів, один з яких є металевою трубою, а під ним розташований проміжний шар, який є порошком або волокнистим, або гранульованим матеріалом, у якому матеріал проміжного шару охоплює волокно множиною частин. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що параметр є температурою. 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що ванна розплаву є ванною розплаву металу. 4. Пристрій за п. 1 або 2, або 3, який відрізняється тим, що проміжний шар містить інертний матеріал, діоксид кремнію, оксид алюмінію або матеріал, стійкий до ванни розплаву. C2 2 (11) 1 3 92728 4 волокно багатьма шарами. Параметри у розумінні на протягом часу Δt у наступному другому часововинаходу можуть також бути, наприклад, висотою му інтервалі t0+Δt. ванни або складом, іншими словами процентною Поведінка температури цього типу означає, кількістю компонентів. Також можна вимірювати що в принципі крива нагрівання вперед від конкрепараметри в інших ваннах розплаву, таких як вантного моменту часу має згин (напів-розрив), у якона розплаву солі, кріоліту або скла. му швидкість нагрівання значно зростає порівняно Спосіб цього типу відомий, наприклад з докуз попередньою поведінкою. Підтверджено, що має менту JP 11118607. Він описує як оптичне волокно місце механічне переміщення оптичного волокна використовується для вимірювання температури у або його найближчого оточення, величина якого ваннах розплаву металу. Оптичне волокно розмозалежить від величини зміни швидкості нагрівання тують з котушки і подають у ванну розплаву метата малості відповідного часового інтервалу. Чим лу крізь трубу для подачі. Випромінювання, поглибільша зміна швидкості нагрівання і менший часонуте оптичним волокном, оцінюється детектором. вий інтервал Δt, тим більше механічне переміщенВідповідні оптичні волокна відомі, наприклад, з ня волокна або його найближчого оточення під час документу JP 10176954. Описане тут волокно охоцієї квазінепостійної зміни на кривій нагрівання. Це плене на певній відстані металевою трубою. Дана переміщення допомагає зануренню оптичного вотруба охоплена трубою, виготовленою з ізоляційлокна у ванну розплаву та заміні кінчика оптичного ного матеріалу, яка у свою чергу охоплена зовнішволокна, яке практично виштовхується раптово ньою металевою трубою. Ця конструкція запобігає виникаючим рухом (вібрацією) так, що може прозанадто швидкому плавленню внутрішньої метасуватися новий кінець скловолокна, який все ще левої труби. Труба, виготовлена з ізоляційного не ушкодився високими температурами. матеріалу, містить частинки вуглецю так, що внутПідвищення ΔТ2 температури Τ після другого рішня металева труба не плавиться, доки відповічасового інтервалу t0+Δt принаймні в 5 раз, передна частина труби не зануриться у ванну розплаву важно принаймні в 10 раз, зокрема принаймні в 20 металу. Волокно занурюють у ванну розплаву мераз більше за підвищення ΔΤ1 температури у перталу і рухають з наперед визначеною швидкістю шому часовому інтервалі t0-Δt. Особливо бажане в так, що можна продовжувати вимірювання навіть, 50 раз або навіть краще в 100 раз більше підвиякщо кінчик волокна зруйнований. Подібне оптичщення температури в другому часовому інтервалі. не волокно для вимірювання температури описуВеличина Δt двох часових інтервалів повинна пеється в документі JP 7151918. Тут оптичне волокреважно становити щонайбільше 500мс, переважно охоплене захисною металевою трубою, но щонайбільше 200мс. покритою шаром пластичного матеріалу. Встановлено, що температура Т0 оптичного Окрім того, відомі багатошарові дроти, які виволокна, визначена у момент часу t0 між двома користовуються в сталевих конструкціях для вибічасовими інтервалами, становить максимум ркового введення легуючих речовин у ванну розп600°С, переважно максимум 200°С, зокрема перелаву сталі (наприклад в документах DE 199 16 важно максимум 100°С. У цьому випадку слід роз235, DE 37 12 619, DE 196 23 194, US 6,770,366). глядати температуру реального оптичного волокна Задачею винаходу є покращення якості виміу вужчому сенсі, іншими словами температуру рювання параметрів у ваннах розплаву за допомокварцового скла. Чим нижча ця температура Т0, на гою оптичних волокон. якій базується зміна швидкості нагрівання, тим Задача вирішується ознаками незалежних пусильнішою і ефективнішою може бути ця зміна. нктів формули винаходу. Переважні конфігурації Швидкість, з якою оптичне волокно занурюєтьвикладені у залежних пунктах формули винаходу. ся у ванну розплаву метала або подається в неї, Оптичне волокно природно нагрівається при відповідає швидкості, з якою руйнується скляна зануренні у ванну розплаву або при наближенні структура його кінчика, так, що нове скловолокно нього до ванни розплаву або шару шлаку над нею подається безперервно, що підходить для прий(наприклад на ваннах розплаву сталі). Нагрівання мання і пропускання випромінювання без його стосується, зокрема кінчика або занурювального втрат, які зростають внаслідок зруйнованої волокінця оптичного волокно. Оптичне волокно, світлоконної структури. вий елемент, якого зазвичай виготовлений з кварЗгідно з винаходом, пристрій для вимірювання цового скла, повинні постійно мінятися, коли кінчик параметра, зокрема температури, ванни розплаву, знаходиться, наприклад, у ваннах розплаву сталі, зокрема ванни розплаву металу, за допомогою оскільки кварцове скло не може витримувати прооптичного волокна, яке має покриття та детектор, тягом довгого часу високих температур ванни розз'єднаний з волокном, у якому покриття охоплює плаву сталі. Спосіб згідно з винаходом відповідно волокно багатьма шарами, який відрізняється тим, відноситься до передньої частини оптичного волощо один шар виконано у вигляді металевої труби, кна у кожному випадку, коли воно занурене у вана проміжний шар, розташований під ним, виконану розплаву або у шар шлаку над нею. Крива наний з порошку або волокнистого або гранульовагрівання оптичного волокна (яка представляє ного матеріалу, у якому матеріал проміжного шару підвищення температури Τ у вигляді функції від охоплює волокно багатьма окремими частинами. часу t) має, згідно з винаходом, принаймні одну Ознака, згідно з якою матеріал проміжного шару точку Ρ(t0, Т0), у якій підвищення ΔΤ1 температури охоплює волокно багатьма окремими частинами, оптичного волокна протягом часу Δt у першому означає у сенсі винаходу, що конструкція з багачасовому інтервалі t0-Δt до температури Т0 менше тьох частин існує в робочому стані, іншими словаза підвищення ΔΤ2 температури оптичного волокми під час або після занурення у ванну розплаву, у якій вимірюється температура. У цьому випадку 5 92728 6 температури становлять принаймні 1000°С, передо 1700°С (наприклад пластичний матеріал або важно принаймні 1400°С. У цьому стані зв'язуюча інший матеріал, який горить або виділяє газ у цьоречовина, яка може використовуватися під час му інтервалі температур). Можна також відзначивиробництва між частинами проміжного шару, роти, що проміжний простір, який менший за амплізчиняється або згорає так, що окремі частини в туду коливань, розташований між вібратором та значній мірі або більше не прилипають одна до покриттям. Зокрема, якщо вібратор розташований іншої. Частини можуть утворювати або малі частизовні покриття, то він механічним чином періодичнки або інакше більші здатні до склеювання блоки, но діє на покриття так, що вібрації оптимально такі як конгломерати, або, наприклад, оболонки, передаються цими ударами. Подальший вигідний розташовані навколо волокна. Тому, матеріал варіант полягає в тому, що зовні покриття має непроміжного шару не скрізь міцний, а тільки на прирівності, розташовані послідовно в поздовжньому наймні скінченій довжині, яка здатна переміщатинапрямі, у якому поблизу покриття встановлено ся. перешкоду, зокрема пристрій для спрямування Проміжний шар цього типу нагрівається під волокна діє так, що при просуванні оптичного вочас занурення оптичного волокна у ванну розплалокна генеруються вібрації. ву металу або в шар шлаку над нею, при цьому на Додатково оптичне волокно може охоплюваподив було підтверджено, що поєднання металетися металевою манжетою як внутрішній шар. Шавої труби та проміжного шару, розташованого під ри покриття у кожному випадку можуть наноситися нею і виконаного з порошку або волокнистого або безпосередню один на інший, при цьому шар на гранульованого матеріалу, під час нагрівання привнутрішній частині переважно лежить безпосередзводить до раптового значного розширення цього ньо на оптичному волокні. Металева труба покритматеріалу проміжного шару від окремої точки впетя, а також металева манжета, переважно виготоред по кривій нагрівання в присутності газів, а савлені із сталі, зокрема, якщо пристрій ме, якщо металева труба нагрівається так сильно, використовують для вимірювання температури у що більше не може витримувати тиску, який зросванні розплаву сталі або ванні розплаву заліза. тає всередині металевої труби через розширення Головним чином температура плавлення матеріагазів проміжного шару, обумовленого теплотою. У лу металевої труби або металевої манжети поцьому випадку всередині металевої труби ствовинна відповідати вимірюваній температурі плаврюються швидко зростаючі напруження, доки вона лення ванни розплаву металу. раптово не трісне або зруйнується іншим спосоПристрій згідно з винаходом має, головним бом так, що покриття оптичного волокна практично чином кажучи, покриття для волокна із кварцового миттєво злітає з нього. Головним чином пристрій скла, яке при зануренні у ванну розплаву металу згідно з винаходом відрізняється тим, що під час періодично руйнується. У цей спосіб оптичне воабо після руйнування металевої труби проміжний локно зберігається протягом відносно довгого пешар дуже швидко розкладається як шар і його часріоду часу при дуже низькій температурі і починатини залишають волокно. У цей спосіб, з одного ючи від окремої температури вперед по волокну боку, оптичне волокно дуже швидко і раптово взанагрівається миттєво до рівноважної температури ємодіє з ванною розплаву металу своїм зануреним у ванні розплаву металу так, що потім вимірюванкінцем, а, з іншого боку, просування кінця оптичноня може відбуватися дуже швидко перед тим як го волокна у ванну розплаву металу стає значно зруйнується оптичне волокно або його кінець, залегшим. нурений у ванну розплаву металу. Безперервно Проміжний шар переважно виконується з діоквсовуючи волокно у ванну розплаву з тією ж швидсиду кремнію, оксиду алюмінію або з матеріалу, кістю, при якій руйнується його занурений кінець, стійкого до ванни розплаву сталі, або з інертного завжди існує придатний волоконний матеріал, доматеріалу. Матеріал проміжного шару сам по собі ступний у ванні розплаву металу, для вимірюванне міцний, проте окремі частинки матеріалу моня. Кінчик волокна безперервно руйнується так, жуть рухатися одна відносно іншої так, що, з однощо ерозійна поверхня волокна практично нерухого боку, покриття з оптичним волокном є максимама. Для цього, волокно або його занурювальний льно гнучким, і, з іншого боку, гарантується кінець повинні мати температуру ванни в момент непостійна природа вибухання або вивільнення початку розкладання (тому ця так звана критична цього матеріалу. Покриття може мати зовнішній швидкість у цьому випадку ідентична швидкості шар металу, зокрема з цинку, керамічного паперу, ерозії, з якою рухається ерозійна поверхня волоккартону або пластичного матеріалу. на). Якщо швидкість ерозії менша за критичну Покриття переважно має вібратор або вібрашвидкість, то волокно руйнується перед тим, як тор розташований на покритті або біля покриття воно буде мати температуру ванни. для покращення вивільнення матеріалу покриття з Тепер варіанти виконання винаходу будуть оптичного волокна, або виймання (ламання) зруйпояснюватися за допомогою прикладу з посиланнованого кінчика оптичного волокна. Вібратор моням на супровідні креслення, на яких: же також виконуватися з матеріалу проміжного Фіг.1 зображає криву нагрівання для способу шару, оскільки було підтверджено, що при нагрізгідно з одним із варіантів виконання винаходу, ванні частинки матеріалу проміжного шару рухапри цьому ознаки кривої нагрівання зазначені у ються одна до іншої, при чому це переміщення вступній частині опису; відбувається практично миттєво так, що вібрації в Фіг.2 зображає схематичну ілюстрацію прицьому матеріалі або в проміжному шарі зростають. строю згідно з одним із варіантів виконання винаВібратор може виконуватися з матеріалу, який ходу; виділяє газ при температурі з інтервалу від 100°С 7 92728 8 Фіг.3 зображає ілюстрацію варіанта механічтрубою 11. Всередині стальної труби 11 знахоних вібрацій для пристрою; диться проміжний шар 12, виконаний з порошку Фіг.4а-4с зображають схематичні ілюстрації оксиду алюмінію. Волокно 10 із кварцового скла пристрою згідно з різними варіантами виконання з'єднане з детектором 13 своїм кінцем, який повевинаходу з детектором; рнутий в сторону від занурювального кінця оптичФіг.5а-5d зображають поперечні перерізи різного волокна. На Фіг.4b зображена подібна консних варіантів виконання волокна з покриттям для трукція і тут волокно 10 із кварцового скла пристрою; і охоплене металевою манжетою 14. ОхолоджуваФіг.6 зображає деталізовану ілюстрацію волольний газ може подаватися крізь металеву манжекна у поперечному перерізі. ту 14, яка спрямовується із стальної труби 11 на На Фіг.1 поведінка температури від часу зостороні бічного кінця детектора оптичного волокна бражена для занурення оптичного волокна у ванні 3 так, що волокно 10 із кварцового скла додатково розплаву сталі за способом згідно з винаходом. охолоджується. Фіг.4с зображає конструкцію, подіШвидкість занурення волокна із кварцового скла з бну до конструкції з Фіг.4а оптичного волокна 3. покриттям у ванну розплаву сталі дорівнює швидПроміжний простір між стальною трубою 11 та кості його руйнування (швидкість ерозії) так, що волокном 10 із кварцового скла ділиться на певну поверхня ерозії є квазістаціонарною у ванні розпкількість камер за допомогою картонних дисків 15, лаву метала. Ця швидкість відповідає критичній встановлених перпендикулярно оптичному волокшвидкості так, що оптичне волокно на поверхні ну 10. Картонні диски 15 служать, з одного боку, руйнування має температуру ванни. для стабілізації проміжного шару 12. Вони стабіліВолокно із кварцового скла саме по собі всезують, зокрема, порошок проміжного шару 12 під редині свого покриття має тільки дуже мале підчас руйнування оптичного волокна 3, яке проховищення температури протягом довгого періоду дить в поздовжньому напрямі. З іншого боку, під часу. У певний момент часу його покриття раптово час горіння картонних дисків 15, яке відбувається видаляється так, що його температура за короткий через нагрівання, утворюються додаткові тріщипроміжок часу зростає дуже різко, доки у ванні ни/розриви, які сприяють швидкій взаємодії волокрозплаву сталі вона не досягне рівноважної темна 10 із кварцового скла з ванною розплаву метаператури. лу так, що після руйнування покриття воно На Фіг.2 зображено плавильний чан 1 з ваннагрівається дуже швидко. ною 2 розплаву сталі. У нього занурене оптичне На Фіг.5а-5d зображені декілька варіантів для волокно 3. Оптичне волокно 3 має над ванною стабілізації волокна 10 із кварцового скла в центрі розплаву метала зовнішнє покриття 4, яке служить покриття оптичного волокна 3. Згідно з Фіг.5а, стадля легшого проштовхування штовхальним прильна труба 11 згинається у такий спосіб, що вона строєм 5. На кінці покриття 4, який повернутий до утворює у вигляді однієї деталі концентрично розванни 2 розплаву сталі, розташований вібратор 6, міщену внутрішню трубу 16, яка з'єднана із зовніякий б'є по покриттю 4 через короткі інтервали шньою стальною трубою 11 листом 17, який охопчасу так, що покриття волокна із кварцового скла лює покриття. Зовнішня стальна труба 11 зварена раптово руйнується згенерованими вібраціями, як у шві 18 і має товщину стінки, що становить прибтільки воно досягне наперед визначеної темперализно 0,5мм. Волокно 10 із кварцового скла розтури. У цей момент часу температура зовнішнього ташоване у внутрішній трубі 16. У варіанті викостального покриття є вже дуже високою, порошок, нання згідно з Фіг.5b волокно 10 із кварцового скла розташований між волокном із кварцового скла та розташоване по центру в матеріалі проміжного зовнішнім стальним покриттям або газом, який шару 12. Фіг.5с зображає додатковий варіант виміститься в проміжному шарі, сильно розширений і конання оптичного волокна 3, подібний до того, що за сприяння механічного впливу вібратора 6 роззображений на Фіг.5а. Хоча, тут стальна труба 11 риває стальне покриття, яке у будь-якому випадку складається з двох половин, які у кожному випадку перебуває під термомеханічними напруженнями. В разом формують два листи 17, якими волокно 10 результаті волокно із кварцового скла миттєво із кварцового скла з'єднане по центру. Подібним піддається дії температури ванни розплаву сталі чином виконується варіант виконання згідно з так, що воно різко нагрівається до температури Фіг.5d. Він додатково має другу зовнішню стальну рівноваги. Проміжний шар виконується з порошку трубу 19, яка утримує стальну трубу 11, виконану з діоксиду кремнію або порошку оксиду алюмінію. двох оболонок. Стінка двох стальних труб 11, 19 Фіг.3 зображає оптичне волокно 3 з покриттям, може відповідним чином тоншати по відношенню яке має на своїй зовнішній поверхні нерівності, до інших варіантів виконання і величини у кожному розташовані послідовно в поздовжньому напрямі. випадку становлять приблизно 0,25мм. У шві 20 Оптичне волокно 3 спрямовується напрямною мапотребується одноразове зварювання. нжетою 7, яка має всередині опорний елемент 8, Фіг.6 зображає детально поперечний переріз вздовж якого спрямовується оптичне волокно 3. волокна. Волокно 10 із кварцового скла охоплене На стороні оптичного волокна 3 навпроти опорного на мінімальній відстані стальною оболонкою 21 елемента 8 край спрямовуючої манжети 7 загинатак, що при нагріванні можливі різні розширення ється по дотичній всередину так, що у цій точці він двох матеріалів, і, тим не менше, стабілізується утворює перешкоду 9. Ця перешкода 9 зачеплюволокно 10 із кварцового скла. Між стальною обоється за нерівності так, що оптичне волокно 3 послонкою 21 та стальною трубою 11 розташований тійно вібрує під час його переміщення вперед. проміжний шар 12, виконаний з частинок оксиду Фіг.4а зображає оптичне волокно 3, у якому алюмінію. Стальна труба 11 виготовляється з меволокно 10 із кварцового скла охоплене стальною талевого листа і закрита складкою 23. 9 92728 10 11 92728 12 13 Комп’ютерна верстка А. Рябко 92728 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601