(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置による溶融金属（１０）の光学的温度検出のための方法であって、
前記測定装置は、
前記溶融金属（１０）から、または、光導波路（６）の先端から、放出された電磁放射を光学的検出器（１１）まで案内するための光導波路（６）と、
少なくとも１つの予備光導波路（７）と、
前記電磁放射の分析から前記溶融金属（１０）の温度を検出する光学的検出器（１１）と、
前記光導波路（６）が測定量検出器である測定チェーンと、
前記予備光導波路（７）が測定量検出器である少なくとも１つの予備測定チェーンと、を有し、
前記予備測定チェーンの較正は、システム内部の基準として前記測定チェーンを用いて行われる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定チェーンは、システム外部の基準を用いて較正される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光導波路（６）は、前記測定装置の繰り出し装置（１）の送出装置（３）によって、リザーバ（４）から漸次繰り出され、前記予備光導波路（７）は、予備リザーバ（５）から漸次繰り出される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記予備測定チェーンの較正は、前記リザーバ（４）の消耗直前に行われる、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光導波路（６）は、較正値の検出のために、前記予備光導波路（７）は、検査値の検出のために、実質的に同じ測定箇所において、前記溶融金属の電磁放射を受け入れる、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
光学的マルチプレクサ（１３）を用いて、前記光導波路（６）からの信号または前記予備光導波路（７）からの信号を、前記光学的検出器（１１）に供給するか否かが制御される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
さらなる予備測定チェーンは、事前に較正された予備測定チェーンをシステム内部の基準として用いて較正される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
溶融金属（１０）の光学的温度検出方法のための繰り出し装置（１）であって、
光導波路（６）を用いて、前記溶融金属（１０）から、または、前記光導波路（６）の先端から、放出された電磁放射が、光学的検出器（１１）まで案内され、
前記繰り出し装置（１）は、
リザーバ（４）からの前記光導波路（６）および予備リザーバ（５）からの予備光導波路（７）を漸次繰り出すための送出装置（３）と、
前記リザーバ（４）および少なくとも１つの前記予備リザーバ（５）のための収容装置（２）と、
を備えており、
前記光導波路（６）は、較正値の検出のために、前記予備光導波路（７）は、検査値の検出のために、実質的に同じ測定箇所において、前記溶融金属の電磁放射を受け入れるように構成されている、
ことを特徴とする繰り出し装置（１）。
【請求項９】
前記送出装置（３）は、少なくとも１つの流体通流管路（３）を有しており、ここでは前記光導波路（６）および／または前記予備光導波路（７）が前記流体通流管路（３）内で流体流を用いて搬送される、
請求項８に記載の繰り出し装置（１）。
【請求項１０】
前記送出装置（３）は、少なくとも２つの逆回りのローラを有しており、少なくとも１つの前記ローラは、駆動ローラであり、前記ローラは、前記ローラ間の隙間を通って案内される前記光導波路（６）および／または前記予備光導波路（７）を搬送する、
請求項８または９に記載の繰り出し装置（１）。
【請求項１１】
前記リザーバ（４）および／または前記予備リザーバ（５）は、スプール、ループまたはクリューである、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の繰り出し装置（１）。
【請求項１２】
溶融金属（１０）の光学的温度検出のための測定装置であって、
前記測定装置は、
前記溶融金属（１０）から、または、光導波路（６）の先端から、放出された電磁放射を光学的検出器（１１）まで案内するための光導波路（６）と、
少なくとも１つの予備光導波路（７）と、
前記電磁放射の分析から前記溶融金属（１０）の温度を検出する光学的検出器（１１）と、
前記光導波路（６）が測定量検出器である測定チェーンと、
前記予備光導波路（７）が測定量検出器である少なくとも１つの予備測定チェーンと、を有し、
前記予備測定チェーンの較正は、システム内部の基準として前記測定チェーンを用いて行われる、
ことを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の光学的温度検出のための方法およびそのような方法を実施する繰り出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、例えば国際公開第２００７／０７９８９４号（２００７／０７９８９４Ａ１）から公知である。ここでは、光導波路は、溶融金属を収容する転炉の容器に接続されている。この光導波路は、溶融金属の電磁放射を、光学的検出器まで案内する役割を有している。この光学的検出器と容器との間には、流体通流管路が配置されており、該管路内を光導波路が案内され、該管路内を光導波路は流体によって搬送される。好ましい実施形態では、この発明は、光導波路をリザーバから漸次繰り出す繰り出し装置を備えている。この繰り出し装置は必要である。なぜなら測定箇所における高温は、光導波路の溶融金属内に浸漬された端部が徐々に溶け出し、それに応じて補充されなければならないことにつながるからである。光導波路が消耗した場合には、新しい光導波路を投入する必要がある。
【０００３】
信頼性の高い測定値を得るために、この種の方法では、測定の前段階において、特に新しい光導波路を使用した後で、測定装置（検査手段）の較正を実施する必要がある。較正では、検査手段の測定値（検査値）が、基準の測定値（較正値）と比較される。較正値からの検査値の偏差が許容できないほど大きい場合には調整が行われる。その際測定装置は、想定した用途に必要とされる程度に系統的偏差を取り除くために設定若しくは補償される。調整が終わった後では、較正が新たに実施されなければならない。これらのステップは、目下の状況において、容認可能な偏差が得られるまで頻繁に繰り返されなければならない。基準としては、少ない測定偏差を有する測定装置が合目的的に投入される。
【０００４】
この基準には、通常は、温度を検出するために、既存の測定装置の他に、溶融金属に対する付加的アクセスが要求される。例えば、その端部側に熱電対が取り付けられた測定ランスを溶融金属内に挿入することは公知である。この測定タイプは、例えば製鋼のための転炉プロセスにおいて適用される。この場合の欠点は、プロセスを中断しなければならないことである。温度測定およびそこから導出する補正手段のために必要な期間は、プロセス制御とプロセス経過を複雑にし、それによって鋼の品質に悪影響を及ぼす。
【０００５】
代替的に高温計が、溶融金属内の温度を検出するための基準として使用される。実際には、例えば現場での連続的な温度測定のために、鋼浴から放出された電磁放射の高温計分析を実施することが公知である。そのため例えば、鋼浴面が観察される。しかしながらこの方法では、不均一でかつ動きの大きな浴面反射による放射率の大きな変動が、容認できない測定不精度につながる。
【０００６】
さらに、転炉壁部の耐火性ライニング内への組み込み部材、例えば窓を設けることが考えられている。しかしながらそのような部材には、典型的には１８００℃までになり得る高温による光学的変性に基づく欠点がある。耐火性ライニング内に設けられるアクセス部は、設置過程による強い機械的負荷にも晒され、このような機械的負荷は、溶融物までの大抵は管状のアクセス手段を、鋼浴への照準線に沿った光学的アクセスがもはや不可能になるくらいに強く変形させる。
【０００７】
この種の欠点は、転炉プロセスに対するだけでなく、溶融金属が伴うほぼすべてのプロセスに対する制限となる。ここでは、連続鋳造プロセス、流通トラフ、浸漬管路または金型における測定箇所への問題のあるアクセス性について何らかの対策を考える必要がある。所定の測定箇所へのアクセス性は、基本的に若しくは何らかのプロセスに起因して時折不可能になる頻度が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような背景から本発明が基礎とする課題は、測定装置をシステム内部で較正するための方法、および、特にそのような方法を実施する繰り出し装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、請求項１および８に記載の対象によって解決される。好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明は、複数の測定チェーンを有する測定装置が、システム内部で較正される基本的考察から出発している。ここでは、他の測定チェーンの較正された測定チェーン（予備測定チェーン）が、システム内部の基準として用いられる。
【００１１】
それにより、溶融金属の光学的温度検出のための測定装置は、少なくとも２つの測定チェーンを有している。１つの測定チェーンは、本発明により複数の測定チェーン要素を含む。測定チェーンの主要な課題は、測定量の記録、測定信号処理および測定値出力である。これらの課題は、個々の若しくは複数の測定チェーン要素によって解決される。複数の測定チェーン要素に対する例は、（測定値記録用の）センサ、（測定信号処理用の）計算器ユニット、（測定値出力用の）表示機器などである。
【００１２】
予備測定チェーンは、本発明によれば、少なくとも１つの測定チェーン要素において測定チェーンとは異なっている。好ましくは、予備測定チェーンは、測定量を検出するための他の測定チェーン要素（測定量検出器）を測定チェーンとして有している。特に好ましくは、残りの測定チェーン要素は、測定チェーンおよび予備測定チェーン（分岐された測定チェーン）の共通の測定チェーン要素である。較正時の測定偏差は、その後、測定チェーン要素にだけフィードバックされる。それによって、特に調整が簡素化され、測定チェーン要素（装置）の数が低減される。しかしながら、測定チェーンおよび予備測定チェーンがそれぞれ専ら固有の測定チェーン要素を有することも考えられ得る。
【００１３】
本発明による方法では、測定チェーンは、測定量検出器として光導波路を有し、予備測定チェーンは、測定量検出器として予備光導波路を有する。光導波路は、金属から、または光導波路の先端から、放出された電磁放射を光学的検出器まで案内する役割を有している。特に好ましくは、光導波路と同じタイプの予備光導波路である。しかしながら、例えば予備光導波路により、溶融金属の他の処理段階の温度が測定されるべき場合には、予備光導波路として、他のタイプが使用される実施形態も考えられ得る。
【００１４】
好ましい実施形態では、測定チェーンは、システム外部の基準を用いて較正される。「システム外部の基準」とは、本発明による測定装置に含有されていない基準と理解されたい。好ましくはこの場合、熱電対である。しかしながら原則的には、温度を検出するための任意の測定装置、例えば高温計が、システム外部の基準として使用されてもよい。
【００１５】
好ましい実施形態では、測定装置は、リザーバからの光導波路および予備リザーバからの予備光導波路を漸次繰り出すための送出装置を有する繰り出し装置を備えている。さらにこの繰り出し装置は、特に好ましい実施形態では、リザーバおよび少なくとも１つの予備リザーバの収容のための収容装置を備えている。それによりこのリザーバおよび少なくとも１つの予備リザーバは、収容装置内へ挿入可能である。このことは、例えばリザーバおよび予備リザーバ（若しくは複数の予備リザーバ）のために設けられた収容装置内の収容箇所における押し込み、押し入れ、載置などによって行われ得る。好ましくは、このリザーバおよび予備リザーバ（若しくは複数の予備リザーバ）は、同時に若しくは所定の作業過程において挿入される。必要に応じて、この挿入は、光導波路および予備光導波路（若しくは複数の予備リザーバ）の送出装置への接続も含み、必要に応じて、その結果として繰り出しが好ましくは自動的に行われ得るさらなる手段も含む。ここでのこの漸次繰り出しは、連続的に若しくは断続的に行うことが可能である。
【００１６】
この繰り出し装置の投入は、本発明による方法を明らかに簡素化させ、著しい時間の節約につながる。そのため例えば、リザーバおよび少なくとも１つの予備リザーバの使用に基づき、測定装置の長期の使用期間が、較正、調整およびリザーバ交換に基づく中断（使用インターバル）なしで可能となる。
【００１７】
好ましい実施形態では、予備測定チェーンの較正は、リザーバの消耗直前に行われる。リザーバは、特に溶融金属の電磁放射を受け入れるために設けられたその区分が溶け出したときに消耗とみなされる。その場合は合理的に、収容装置から測定箇所直前までの光導波路の区分は考慮されない。特に好ましくは、予備光導波路の較正は、光導波路による最後の測定後に行われる。その後予備光導波路は、通常は溶融金属内かまたは溶融金属近傍に存在し、そのため較正に続けて目立った中断なしで予備光導波路による測定過程が開始できる。
【００１８】
しかしながら予備測定チェーンの本発明による較正は、原則的にはいつでも行うことが可能である。特に予備測定チェーンの較正を、外部の基準による測定チェーンの較正の後と、光導波路による最初の測定の前に行うことは有利であり得る。測定装置若しくは測定チェーンが、その使用の過程で技術的な理由から大きな測定不確実性を持っていることは公知である。外部の基準による測定チェーンの較正の後と、光導波路による最初の測定の前の、予備測定チェーンの較正は、予備測定チェーンの調整のために非常に正確な較正値を提供する。
【００１９】
好ましい実施形態では、光導波路は、較正値の検出のために、そして予備光導波路は、検査値の検出のために、同じ測定箇所において溶融金属の電磁放射を受け入れる。この「測定箇所」との概念は、広く解釈されるべきであり、これには溶融金属内の若しくは溶融金属近傍の測定点も、溶融金属および溶融金属周辺の比較的小さい若しくは比較的大きい領域も含まれる。実際には、特にプロセスに起因する要因が測定箇所の選択に影響を与えることは許容されるであろう。好ましくは、狭幅な領域が測定箇所として選択される。なぜならそこでは温度勾配が通常は小さく、同じ測定量が較正値と検査値の基礎とされるからである。特に好ましくは、較正値および検査値が同時に若しくは短い期間内で検出される。
【００２０】
好ましい実施形態では、光学的マルチプレクサを用いて、光導波路からの信号を光学的検出器に供給するか、または、予備光導波路からの信号を光学的検出器に供給するかが制御される。
【００２１】
本発明によれば、光学的検出器は、光導波路若しくは予備光導波路から転送された電磁放射の分析から、金属の温度を検出するために使用される。好ましくは、光学的検出器は、測定チェーンと予備測定チェーンの共通の測定チェーン要素である。特に好ましくは、測定チェーンは、予備測定チェーンと、次の点でのみ異なっている。すなわち測定チェーンが測定量検出器として光導波路を有しているのに対して、予備測定チェーンは、測定量検出器として予備光導波路を有している点でのみ異なっている。実質的にソフト機能を満たしている光学的マルチプレクサの使用により、分岐した測定チェーンが使用可能になる。その際光学的マルチプレクサは、２つのみの入力管路から１つの出力管路への信号の伝送に限定されるものではない。それにより、光学的マルチプレクサは、２つ以上の予備測定チェーンを有する分岐された測定チェーンの場合でも使用することが可能である。
【００２２】
好ましい実施形態では、予備測定チェーンは、事前に較正された予備測定チェーンをシステム内部の基準として用いて較正される。この「システム内部の基準」とは、本発明による測定装置に包含されている基準と理解されたい。事前に較正された測定チェーンを用いた予備測定チェーンのシステム内部の較正によって、予備光導波路が消耗した後で外部の較正を実施することは必要なくなる。その代わりに、第２の予備光導波路が投入され得る。このようにして、システム内部で較正された予備測定チェーンの（少なくとも理論的には）任意の長さのチェーンが生じ得る。それにより測定装置の使用インターバルを大幅に延ばすことが可能になる。
【００２３】
さらに課題は、請求項８に記載の繰り出し装置によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００２４】
本発明による繰り出し装置は、溶融金属の光学的温度検出のための方法を実施するために用いられ、ここでは光導波路を用いて、金属から、または光導波路の先端から、放出された電磁放射が光学的検出器まで案内される。特に好ましくは、本発明による繰り出し装置は、本発明による方法の実施のために用いられる。
【００２５】
測定箇所における高温は、光導波路がその溶融金属内に浸漬された端部若しくは溶融金属の直近にもたらされる端部が、徐々に軟化され消耗されることにつながる。繰り出し装置による光導波路の補充は次のことにつながる。すなわち、金属から放出される電磁放射の受け入れのために、または代表的な電磁放射の放出に対して、使用可能な光導波路面が常に、溶融金属内に浸漬されるか、若しくは電磁放射の受け入れ若しくは放出に対して必要とされる、溶融金属の近傍に置かれることにつながる。
【００２６】
本発明による繰り出し装置は、リザーバおよび少なくとも１つの予備リザーバのための収容装置を備えている。特に好ましくは、この収容装置は、リザーバおよび少なくとも１つの予備リザーバのための収容箇所を有している。この収容箇所とは、例えば棒状の装置であってもよい。この装置は、リザーバ／予備リザーバがそれを介して実際に棒状装置内に挿入可能な軸方向の中心孔部を有しているドラムウインチの形態のリザーバ／予備リザーバに対して特に良好に適している。繰り出し装置は、好ましくはハウジング内に配置されている。代替的にさらなる装置も、ハウジング内で例えば測定装置の部材のように配置することができる。
【００２７】
本発明による繰り出し装置は、さらに、リザーバからの光導波路および予備リザーバからの少なくとも１つの予備光導波路を漸次繰り出すための送出装置を備えている。好ましい実施形態では、この送出装置は、少なくとも１つの流体通流管路を有する。この場合、管路内の光導波路および／または予備光導波路は、流体流を用いて搬送される。
【００２８】
好ましくは、同じ流体通流管路が、少なくとも区分毎に、光導波路の搬送のためにも、少なくとも１つの予備光導波路の搬送のためにも使用されている。その結果、省スペース的な設計構造と、材料およびコスト（例えば付加的管路の取り付けとメンテナンスのためのコスト）の節約につながる。光導波路および予備光導波路が同じ管路を介して測定箇所に供給されることにより、較正値および検査値を検出するための測定箇所が、管路断面を通る通常は非常に狭い領域に制限される。また光導波路および予備光導波路の搬送のために、異なる管路を設ける実施形態も考えられ得る。
【００２９】
流体通流管路は、光導波路／予備光導波路の供給のために個別に設けられた搬送管路であってもよい。この搬送管路は、例えば溶融金属の露出表面の上方で終端可能であり、さらに金属から放出された電磁放射を受け入れるために、光導波路／予備光導波路をそこで溶融金属に接触させるかまたはその近傍にもたらしている。同様にこの搬送管路は、容器の壁部に設けられた開口部で終端し、この開口部を介して光導波路／予備光導波路を金属に供給することが可能である。この場合当該管路内を流れる流体は、付加的に次のような利点を有する。すなわち、それがこの開口部の目詰まりを少なくとも部分的に阻止し得るという利点である。代替的におよび好ましくは、光導波路／予備光導波路の搬送のための管路として、溶融金属の収容のために既に容器に設けられている流体管路システム、例えば処理ガスの供給のための管路システムが用いられる。同様に、光導波路／予備光導波路のために特別に設けられている搬送管路と、既存の管路システムとからの組み合わせも可能である。
【００３０】
光導波路／予備光導波路は、例えば光導波路／予備光導波路の表面の特殊な構造化のように、光導波路／予備光導波路上の流体の搬送力の特に良好な伝達を可能にする表面特性を備えていてもよい。さらに好ましくは、例えば通信技術から公知であるような柔軟で可撓性のある光導波路／予備光導波路が使用される。このことは、管路システムのコーナー、狭幅部、湾曲部の周辺で光導波路を特に良好に搬送させることを可能にさせる。流体流を用いた光導波路／予備光導波路の搬送は、連続的にまたは非連続的に行われてもよいし、特に閉ループ制御されてもよい。
【００３１】
好ましい実施形態では、光導波路は、別個の金属被覆を有していない。
【００３２】
好ましい実施形態では、０．９ｍｍの外径を有するタイプＧ６２．５／１２５の光導波路が使用される。この場合は例えば流体を、５ｍ／ｓの速度で管路内を通流させることが合目的的であることがわかった。
【００３３】
管路内の光導波路の搬送のための流体として、好ましくはいずれにせよ溶融金属の処理のために必要である流体、例えば酸素が使用される。また代替的に他の気体、例えば不活性ガスも使用可能である。
【００３４】
好ましい実施形態では、送出装置は、少なくとも２つの逆回りのローラを有し、この場合少なくとも１つのローラは駆動ローラであってもよい。光導波路および／または少なくとも１つの予備光導波路は、好ましい実施形態ではローラ間隙を通って案内され、ローラを用いて搬送され得る。しかしながらまたローラ対の使用は、管路内の流体流だけで搬送される光導波路の繰り出し量を制御するために用いることも可能である。例えば光導波路が、流体流によって引きずり込まれる恐れがあるときには、それに対してローラ対は、光導波路への拘束力をもたらすことができ、それによって繰り出しを制御することができる。光導波路と少なくとも１つの予備光導波路は、それぞれのローラユニット（特にローラ対）を用いて合理的に搬送され得る。しかしながら共通のローラユニットを用いた搬送も考えられ得る。
【００３５】
好ましい実施形態では、リザーバおよび／または予備リザーバはスプールである。スプールとして例えば、ドラムウインチの周りに巻回された光導波路／予備光導波路が考慮される。代替的に他のリザーバ／予備リザーバ、例えばループ状にある光導波路、予備光導波路、クリューなどを設けてもよい。リザーバ／予備リザーバの光導波路／予備光導波路の一方の端部は、送出装置によって測定箇所に供給され、それに対して他方の端部は、検出器に接続されている。
【００３６】
以下では本発明を、唯一の実施形態が示されている図面に基づきより詳細に説明する。この唯一の図面には、溶融金属の温度検出のための方法を実施する繰り出し装置の概略図が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】溶融金属の温度検出のための方法を実施する繰り出し装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、収容装置２と送出装置３とを備えた繰り出し装置１を示している。
【００３９】
収容装置２内には、リザーバ４および予備リザーバ５が存在している。このリザーバ４は、その周りに光導波路６が巻回されているスプールである。予備リザーバ５も、同じようにその周りに確かに予備光導波路７が巻回されているスプールである。
【００４０】
送出装置３は、流体通流管路である。この送出装置３はこの実施例では、光導波路６の搬送にも、予備光導波路７の搬送にも使用されている。この搬送流体は、流体供給部８を介して流体通流管路に供給される（流体源はここに示されていない）。
【００４１】
さらに容器９が示されており、この容器９は、溶融金属１０を含んでいる。底部開口部を介して容器９は、流体通流管路３と接続している。
【００４２】
流体が、流体供給部８を介して流体通流管路３内に流入すると、光導波路６若しくは予備光導波路７は、容器９の底部開口部を介して溶融金属１０に供給される。そこでは光導波路６若しくは予備光導波路７は、溶融金属１０の電磁放射を受け入れ、それらを光学的検出器１１に転送する。光学的検出器１１は、それらの光信号を電気信号に変換する。これらの電気信号は、信号評価部１２によって、さらに溶融金属１０の温度を求めるために処理可能である。
【００４３】
光学的検出器１１の上流側には、光学的マルチプレクサ１３が接続されている。この光学的マルチプレクサ１３は、光導波路６の信号または予備光導波路７の信号を、光学的検出器１１に供給するか否かを制御している。
【００４４】
図示された例示的な配置構成では、光導波路６も、予備光導波路７も、端部側が溶融金属１０内に存在している。この配置構成は、特にシステム内部の較正の瞬間を表しており、そこでは光導波路６を介して較正値が検出され、予備光導波路７を介して検査値が検出される。
【図１】
0006498294.tif 000002