ПОГРУЖНОЕ СОПЛО ДЛЯ КАБЕЛЯ С ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ
SUBMERSIBLE NOZZLE FOR CABLE WITH FIBRE-OPTIC CORE

Изобретение относится к способу подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла и к системе погружения и погружному соплу для осуществления способа.
Потребность в измерении температуры в металлургических емкостях во время процесса производства металла предусматривает многочисленные средства для получения этой информации. В процессе получения расплавленного металла, в частности, железа и стали, и, более конкретно, плавильной среды электродуговой печи, было обнаружено, что можно использовать погруженное оптическое волокно для приема и передачи теплового излучения от расплавленного металла к детектору и специальный контрольно-измерительный прибор для определения температуры расплавленного металла. Погруженное оптическое волокно расходуется с весьма высокой скоростью, обеспечивая при этом непрерывную или прерывисто-непрерывную подачу волокна для определения точной температуры в течение любого интервала, а не короткого промежутка времени. Расходуемые оптические волокна, подходящие для практического осуществления вышеупомянутого аналога, известны, например, из JP H10-270950A, JPH11142246A, JP19950316417, US 5585914 и US8038344.
В EP 0 802 401 А раскрыт подающий привод, содержащий двигатель для подачи оптического кабеля, правильные ролики, которые устраняют скручивание заключенного в металлической оболочке оптического волокна, и прижимные ролики для подачи оптического кабеля. После включения двигатель приводит в движение прижимные ролики, которые толкают выпрямленное оптическое волокно в металлической оболочке в направляющую трубку. Там также раскрыт механизм обрезки непригодного для использования расстеклованного участка волокна перед каждым применением.
В US 2007/0268477 A1 раскрыто оптическое устройство для измерения параметра ванны расплава, содержащее оптическое волокно, покрытие, окружающее сбоку оптическое волокно, причем это покрытие окружает оптическое волокно множеством слоев, причем один слой содержит внешнюю металлическую трубку и расположенный под металлической трубкой промежуточный слой, содержащий порошковый, волоконный или гранулированный материал, при этом материал промежуточного слоя окружает волокно в виде множества частей.
Однако, несмотря на большое количество известных из уровня техники систем погружения и измерения температуры с помощью кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, при измерении температуры по-прежнему возникают ошибки, и все еще существует потребность в повышении точности измерений.
Многослойные конструкции проволок со стальной наружной оболочкой также используются на металлургических заводах для избирательного введения легирующих веществ в ванну расплавленной стали, как это раскрыто в US 8282704 A1, DE19916235, DE3712619, DE19623194, US6770366, а также EP0806640, JP3267122, JPS6052507 и DE 3707322. Однако, несмотря на большое количество аналогов и в этой области, из US 7906747 следует, что все еще существуют ошибочные режимы также и у металлургических проволок с наполнителем.
Содержание процитированных документов включено сюда по ссылке.
Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить дополнительно усовершенствованные способ и устройство для измерения температуры ванны расплавленного металла с помощью кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Для решения этой проблемы служит способ подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла и система погружения и погружное сопло для осуществления способа согласно основному пункту формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Вышеописанные признаки, известные из уровня техники, можно комбинировать по отдельности или в сочетании с одним из раскрытых ниже аспектов и вариантов осуществления изобретения.
Проблема решена посредством способа подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла, причем кабель с волоконно-оптической сердцевиной разматывается, подающее и выпрямляющее устройство с множеством роликов осуществляет подачу кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в направлении подачи в ванну металла, а также первое выпрямление кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, и затем отдельное дополнительное множество неприводных правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, размещенных между подающим и выпрямляющим устройством и ванной металла, осуществляет второе выпрямление кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Размотка означает прием кабеля с волоконно-оптической сердцевиной из смотанного или искривленного состояния хранения для использования, например, с катушки или бухты.
Ванна расплавленного металла означает расплавленный металл, в частности, железо (чугун) и сталь, в емкости а, более конкретно, плавильной среде электродуговой печи.
Отдельное дополнительное множество правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, означает отдельное в том смысле, что отдельное множество правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, не расположены внутри одного и того же или единого корпуса или не установлены на одном и том же или едином базовом элементе.
Отдельное множество правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, не расположено непосредственно рядом с подающим и выпрямляющим устройством и/или его множеством роликов, но, как правило, отделено от них по меньшей мере направляющей трубкой, в частности, соединенной с погружным соплом посредством соединителя. В частности, имеется только один соединитель погружного сопла, входящий в состав системы подающего и выпрямляющего устройства, погружного сопла и соединительного средства между ними.
Фраза "между подающим и выпрямляющим устройством и ванной металла" означает расположение после подающего и выпрямляющего устройства в направлении подачи и выше поверхности ванны металла. Фраза "подача в" или "направление подачи в", как правило, означает ориентацию для погружения кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла.
Другой аспект изобретения относится к погружному соплу для осуществления вышеописанного способа подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла в направлении погружения в ванну металла, причем погружное сопло содержит корпус сопла, множество неприводных правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, внутри корпуса и окруженную корпусом - в частности по меньшей мере частично - несущую трубку для направления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, при этом впуск продувочного газа обеспечивает подачу продувочного газа в кольцевое пространство снаружи несущей трубки и внутри корпуса, при этом разделительная перегородка отделяет множество неприводных правильных приспособлений сопла от кольцевого пространства.
Погружной конец погружного сопла в направлении подачи и/или корпус сопла предпочтительно выполнены с возможностью выдерживать условия внутри емкости, содержащей ванну расплавленного металла. Погружное сопло в направлении подачи и/или корпус сопла предпочтительно выполнены из стали и/или керамического материала.
Правильные приспособления сопла относятся к средствам выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной. Предпочтительно, правильным приспособлением сопла является ролик сопла, то есть ролик внутри погружного сопла.
В качестве альтернативы, правильные приспособления сопла могут также представлять собой выпрямляющее устройство, которое удерживается в непосредственном контакте с кабелем с волоконно-оптической сердцевиной с по меньшей мере двух противоположных сторон, предпочтительно выполненное с возможностью приложения давления к кабелю с волоконно-оптической сердцевиной. Предпочтительно, такое выпрямляющее устройство выполнено по форме продольно параллельным направлению погружения.
Неприводные правильные приспособления сопла, предпочтительно ролики сопла, могут лишь выпрямлять и/или вращаться за счет взаимодействий, в частности, сил трения, с кабелем с волоконно-оптической сердцевиной. В частности, погружное сопло не содержит двигателя или привода для привода какого-либо правильного приспособления или ролика сопла из множества правильных приспособлений погружного сопла.
Фраза "выполненный с возможностью выдерживать условия внутри емкости, содержащей ванну расплавленного металла" означает стойкий к температурам, например, расплавленной стали.
В частности, множество правильных приспособлений сопла и/или каждое правильное приспособление погружного сопла размещено таким образом, чтобы продувочным газом обеспечивалось снижение их рабочей температуры внутри емкости.
Тем самым достигается надежная работоспособность.
Предпочтительно, множество правильных приспособлений сопла и/или каждое правильное приспособление погружного сопла размещено в пределах расстояния до впуска продувочного газа, которое меньше длины кольцевого пространства в направлении погружения и/или не более чем в два раза (2,0 раза) или в полтора раза (1,5 раза) превышает расстояние между первым и последним правильным приспособлением сопла, измеренное в направлении погружения. Это расстояние обычно измеряется между центральными точками правильных приспособлений сопла, которые являются осью в случае роликов в качестве правильных приспособлений сопла.
При наличии правильных приспособлений сопла, охлаждаемых продувочным газом, можно добиться очень точного измерения.
В частности, разделительная перегородка непосредственно разделяет множество правильных приспособлений сопла и проточный канал для продувочного газа. Предпочтительно, впуск продувочного газа, множество правильных приспособлений сопла и кольцевое пространство образуют T-образную форму.
Таким образом можно добиться компактной конструкции погружного сопла.
Другой аспект изобретения относится к погружному соплу для осуществления вышеописанного способа подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла в направлении погружения в ванну металла, причем погружное сопло содержит множество неприводных правильных приспособлений сопла, предпочтительно роликов сопла, и несущую трубку для направления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, при этом, предпочтительно, погружной конец погружного сопла в направлении подачи выполнен с возможностью выдерживать условия внутри емкости, содержащей ванну расплавленного металла.
Другой аспект изобретения относится к системе погружения для осуществления вышеописанного способа подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла, содержащей подающее и выпрямляющее устройство и устройство вышеописанного погружного сопла, причем подающее и выпрямляющее устройство содержит множество роликов для подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в направлении подачи в ванну металла, а также первого выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Определения, а также предпочтительные признаки и варианты осуществления одного из аспектов изобретения также применимы к другим аспектам изобретения, так как все они в основном относятся к одной и той же или по существу одной и той же системе.
Все раскрытые в заявке аспекты изобретения базируются на одном и том же понимании, описанном ниже следующим образом:
Подающее и выпрямляющее устройство, известное в данной области техники, подает и выпрямляет кабель с волоконно-оптической сердцевиной, подаваемый с катушки или бухты, чтобы обеспечить возможность погружения кабеля с волоконно-оптической сердцевиной на определенную глубину в плавильную ванну. Наблюдалось изгибание кабеля с волоконно-оптической сердцевиной после выхода из простого сопла уровня техники. Предполагалось, что причинами этого являются выталкивающие силы жидкого металла, всплытие кабеля с волоконно-оптической сердцевиной к поверхности ванны металла и токи текучей среды в ванны расплава, действующие на кабель с волоконно-оптической сердцевиной, что приводило в результате к его изгибу в ванне расплава.
Так как направление изгиба обычно приводило к ориентации кончика кабеля с волоконно-оптической сердцевиной к центру плавильной ванны от стенки емкости, предполагается, что упомянутый изгиб даже улучшает качество измерения температуры и, следовательно, будет оценен.
Однако настоящее изобретение, во-первых, основано на понимании того, что точность измерения температуры в значительной степени зависит от небольшого отклонения Δz глубины погружения кончика кабеля с волоконно-оптической сердцевиной на заданной глубине погружения, то есть в направлении силы тяжести. Другими словами, маленькое отклонение по глубине погружения в большей степени способствует очень точному измерению температуры по сравнению с кончиком кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, согнутым таким образом, чтобы он был сориентирован ближе к центру ванны металла, в то же время имея более высокое отклонение по глубине погружения.
Во-вторых, было обнаружено, что упомянутое изгибание кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванне металла вызвано не только выталкивающими силами жидкого металла и токами текучей среды в ванны расплава, но и остаточным искривлением кабеля с волоконно-оптической сердцевиной от укладки на катушку или в бухту.
Такое искривление приводит, с одной стороны, к неоднородной структуре металла или текстуре металлической оболочки кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, так что изменения температуры и другие изменения окружающей среды, которые могут происходить между подающим и выпрямляющим устройством и ванной металла, приводят к дополнительному изгибу. Эти изменения возникают, например, из-за различных условий снаружи и внутри емкости печи и локального охлаждения кабеля с волоконно-оптической сердцевиной посредством продувочного газа. С другой стороны, при наличии кабеля с волоконно-оптической сердцевиной с двойным слоем металла, как показано на фиг.7, такой кабель с волоконно-оптической сердцевиной не проявляет равномерных изгибающих и разгибающих усилий из-за наличия двойного слоя металла, а также шва, охватывающего частичную дугу по окружности кабеля. Этот шов противодействует как усилию сжатия на внутренней стороне изгиба, так и усилию растяжения при попадании на внешнюю кривую изгиба того же самого радиуса. По этой причине любой изгибающий момент будет приводить к скручиванию кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, способствуя деформации единственной стенки. Во время подачи, когда приводные ролики проталкивают кабель с волоконно-оптической сердцевиной через направляющую трубку, единственные стенки, становящиеся выровненными (совмещенными) с изгибом направляющей трубки, могут также вызывать искривление кабеля с сердцевиной, не позволяя ему вернуться в его исходное выпрямленное состояние, когда он находится вне ограничения направляющей трубки, заставляя кабель с волоконно-оптической сердцевиной отклоняться от направления погружения. Провод с сердцевиной, как правило, имеет внутренний металлический слой, образованный металлом под швом, а также внешний металлический слой, который представляет собой металл поверх шва. В ходе процесса подачи кабель с сердцевиной будет протягиваться, как правило, через ряд правильных валиков или роликов подающего и выпрямляющего устройства, которое уменьшает полученное во время намотки на катушку или бухту искривление внешнего металлического слоя в большей степени, чем у внутреннего металлического слоя. Поэтому во время подачи и погружения кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в плавильную ванну и выхода из любой направляющей трубки или трубы эта более высокое остаточное искривление внутреннего металлического слоя будет способствовать изгибу и отклонению от направления погружения.
В-третьих, объединение приведенных выше первого и второго обнаруженных фактов с пониманием того, что уменьшение изгиба приводит к уменьшению отклонения Δz глубины погружения кончика кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, как показано на фигурах 1b и 1c, привело к изобретению, которое обеспечивает выпрямление внутри погружного сопла или второе выпрямление между подающим и выпрямляющим устройством и ванной металла.
Таким образом, можно уменьшить участок изгиба в ванне металла, вызванного упомянутыми эффектами на пути от подающего и выпрямляющего устройства до ванны металла. Это позволяет обеспечить очень маленькое отклонение по глубине погружения и, следовательно, очень высокую точность измерения температуры.
Подающее и выпрямляющее устройство с множеством роликов согласно вышеописанным аспектам изобретения, т.е. способу подачи кабеля с волоконно-оптической сердцевиной в ванну расплавленного металла и/или системе погружения для осуществления этого способа, охватывает по меньшей мере следующие варианты осуществления:
В одном варианте осуществления все ролики подающего и выпрямляющего устройства имеют привод от двигателя. Это позволяет обеспечить очень эффективную подачу.
В одном варианте осуществления некоторые ролики подающего и выпрямляющего устройства, которые приводятся в движение двигателем, подают и выпрямляют кабель с волоконно-оптической сердцевиной, в то время как другие ролики подающего и выпрямляющего устройства, которые не приводятся в движение двигателем, только выпрямляют кабель с волоконно-оптической сердцевиной. Это позволяет обеспечить высокий эффект выпрямления при низкой сложности устройства.
В одном варианте осуществления только приводимые в движение двигателем (далее называемые приводными) ролики подающего и выпрямляющего устройства подают кабель с волоконно-оптической сердцевиной, и только не приводимые в движение двигателем (далее называемые неприводными) ролики подающего и выпрямляющего устройства выпрямляют кабель с волоконно-оптической сердцевиной. Это позволяет обеспечить целенаправленное выпрямление с использованием роликов, предназначенных для получения упомянутых целевых эффектов выпрямления.
В одном варианте осуществления приводные ролики и неприводные ролики подающего и выпрямляющего устройства размещены внутри одного единого корпуса, то есть не в отделенных блоках. Это дает компактное устройство.
В одном варианте осуществления подающее и выпрямляющее устройство образовано из двух отдельных корпусов, причем эти два корпуса соединены направляющей трубкой, при этом в первом корпусе размещаются приводные ролики для подачи и/или выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, тогда как во втором корпусе размещаются неприводные ролики для выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной. Это позволяет обеспечить адаптацию подающего и выпрямляющего устройства к доступному пространству.
Предпочтительно, погружение кабелей с волоконно-оптической сердцевиной осуществляется с помощью двух отдельных корпусов, причем эти два корпуса соединены направляющей трубкой, при этом в первом корпусе размещены приводные ролики для подачи и/или выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, тогда как во втором корпусе размещены неприводные ролики для выпрямления кабеля с волоконно-оптической сердцевиной непосредственно перед вводом в расплавленный металл. Это позволяет обеспечить оптимальную подачу и оптимальное выпрямление кабеля с волоконно-оптической сердцевиной при подготовке к погружению.
Признаки каждого варианта осуществления, а также признаки приведенного выше описания и признаки описания фигур могут быть объединены друг с другом и объединены с предметом аспектов изобретения и каждого пункта формулы изобретения.
Подробности и дополнительные преимущества представлены в последующем описании чертежей, на которых показан предпочтительный пример выполнения с необходимыми подробностями и отдельными компонентами.
Фиг.1a - система погружения кабеля с волоконно-оптической сердцевиной с погружным соплом.
Фиг.1b - иллюстрация отклонения положения погруженного кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Фиг.1c - отклонение положения погруженного кабеля уровня техники.
Фиг.1d - бухта кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Фиг.2 - погружное сопло со встроенным приспособлением для выпрямления кабеля.
Фиг.3 - приспособление для выпрямления кабеля с противоположными роликами.
Фиг.4 - приспособление для выпрямления кабеля со смещенными на некоторый угол роликами.
Фиг.5 - приспособление для выпрямления кабеля с внутренними смещенными роликами.
Фиг.6a-6d - различные комбинации поверхности и формы пары роликов.
Фиг.7 - вид с частичным разрезом кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Фиг.8 - вид в разрезе с волоконно-оптической сердцевиной.
Используя систему погружения, показанную на фиг.1a, и погружное сопло 1, показанное на фиг.2, можно проиллюстрировать способ подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в ванну 11 расплавленного металла. Сначала разматывают кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной, в частности, с катушки 2, и подающее и выпрямляющее устройство 4 с множеством роликов 20, 21 осуществляет подачу кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в направлении подачи в ванну 11 металла, а также первое выпрямление кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Предпочтительно, все ролики 20, 21 или пары роликов 20, 21 могут приводиться в движение двигателем (т.е. быть приводными) и могут подавать и выпрямлять кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Можно просто приводить в движение первую пару роликов 20 для подачи и использовать другие неприводные ролики 21 и/или пары роликов 21 для выпрямления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Размотку можно также выполнять с бухты 3, как показано на фиг.1a и 1d.
В одном варианте осуществления пара роликов 20, 21 подающего и выпрямляющего устройства 4 и/или пара правильных приспособлений 23 сопла из множества неприводных правильных приспособлений 13 погружного сопла 1 может содержать два противоположных ролика, расположенных, в частности, по вертикали относительно направления подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
В еще одном варианте осуществления пара роликов 20, 21 подающего и выпрямляющего устройства 4 и/или пара правильных приспособлений 23 сопла из множества неприводных правильных приспособлений 13 погружного сопла 1 может содержать два противоположных ролика, расположенных, в частности, на наклонной линии, то есть на мнимой виртуальной прямой линии, в частности, под углом 30°-60°, относительно направления подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной, как показано в качестве примера первыми двумя роликами 20 или последними двумя роликами 21 на фиг.1а.
Противоположное размещение роликов относится, в частности, к расположению оси вращения роликов.
Затем отдельное дополнительное множество неприводных правильных приспособлений 13 сопла, расположенных между подающим и выпрямляющим устройством 4 и ванной 11 металла, осуществляет второе выпрямление кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Тем самым компенсируя способствующие изгибу эффекты, возникающие на пути между подающим и выпрямляющим устройством 4 и погружным соплом 1, можно уменьшить изгиб кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в ванне 11 металла (фиг.1c) и повысить точность измерения.
На фиг.1b показан погруженный кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной согласно изобретению, в то время как на фиг.1c показан погруженный кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной согласно уровню техники. В этом сравнительном сопоставлении показано аналогичное отклонение Δα углового положения, хотя отклонение углового положения будет уменьшено при применении изобретения. Тем не менее, даже при одинаковом отклонении Δα углового положения становится очевидным, что отклонение Δz глубины погружения при применении изобретения меньше, чем отклонение Δz' глубины погружения согласно уровню техники. Таким образом, при применении изобретения может быть достигнута более высокая точность измерения температуры.
В одном варианте осуществления погружное сопло 1 (фиг.1a, фиг.2) между подающим и выпрямляющим устройством 4 и ванной 11 металла содержит отдельное дополнительное множество неприводных правильных приспособлений 13 сопла и выпускает кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной, как правило, через выход 8 сопла выше поверхности ванны 11 металла. Это делает возможным уменьшенный изгиб кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной, выходящего из сопла в ванну 11 металла, и очень точное измерение температуры.
Выпускание кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной, в частности, погружным соплом 1, означает, что внутри емкости кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной движется от выхода направляющего и/или защитного средства без последующего присоединения направляющего средства, например, направляющей трубки 5 или несущей трубки 17, так что кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной подается свободным внутрь емкости в направлении подачи.
В одном варианте осуществления продувочный газ выпускается в направлении подачи вокруг или окружающим выпущенный кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Это помогает сохранять выход 8 сопла открытым для беспрепятственного прохождения и очищения от загрязнений, охлаждает участок кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, только что находившийся внутри погружного сопла, и охлаждает участок кабеля с волоконно-оптической сердцевиной, только что появившийся из погружного сопла.
В одном варианте осуществления кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной выпускается на расстоянии ближе к ванне металла, чем к стенке 10 емкости, предпочтительно на расстоянии не менее 10 см, предпочтительно не менее 20 см, и/или не более 100 см, предпочтительно не более 50 см, до поверхности ванны металла. Тем самым можно обеспечить высокоточные измерения. В одном варианте осуществления кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной погружается в ванну 12 металла под прямым углом к поверхности ванны 12 металла. Тем самым можно обеспечить высокоточные измерения.
На фиг.1a показан кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной большой длины, намотанный на катушку 2 или поставляемый в бухте 3, который вытягивается приводными роликами 20 подающего и выпрямляющего устройства 4, при этом приводные ролики 20 приводятся в движение двигателем. В частности, ролики 21 выполняют первое выпрямление кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной и могут быть выполнены приводными или неприводными. Приводные ролики 20 могут также предпочтительно способствовать выпрямлению кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
Подающее и выпрямляющее устройство 4 может необязательно содержать или может быть подразделено на две части в направлении подачи, причем первая часть содержит ролики 20 для подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в направлении подачи в плавильную ванну, а вторая часть содержит ролики 21 для выпрямления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
На выходе из подающего и выпрямляющего устройства 4, то есть на стороне, противоположной входу подающего и выпрямляющего устройства 4, кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной проталкивается в направляющую трубку 5 для направления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в погружное сопло 1.
Направляющая трубка 5, как правило, имеет внутренний диаметр, больший внешнего диаметра кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной по меньшей мере в 1,5 раза, предпочтительно в 2 раза, более предпочтительно в 3 раза, и/или не более чем в 8 раз, предпочтительно не более чем в 6 раз.
Направляющая трубка 5 предпочтительно охватывает расстояние между выходом подающего и выпрямляющего устройства и входом 14 погружного сопла 1 во избежание скопления пыли и грязи внутри направляющей трубки 5, что приводит к увеличению сопротивления из-за трения между кабелем 6 с волоконно-оптической сердцевиной и направляющей трубкой 5. Направляющая трубка 5 предпочтительно представляет собой секционную стальную трубу, где отдельные участки могут быть разъединены для очистки или устранения неисправностей канала подачи и, возможно, продувки газом. Направляющая трубка 5 или секция направляющей трубки 5 может быть прямой или изогнутой, в частности, направляющая трубка 5 имеет L-образную форму, предпочтительно с радиусом кривизны большим, чем радиус катушки или бухты, в частности, достаточно высоким, чтобы избежать пластической деформации кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Это позволяет предотвратить или противодействовать дальнейшему вызыванию изгиба в кабеле 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
Погружное сопло 1 прикреплено к направляющей трубке 5 на погружном конце, то есть в направлении подачи, направляющей трубки 5, предпочтительно посредством трубного соединения, такого как байонетный соединитель 9. Погружное сопло 1 само не погружается – а также не выполнено с возможностью погружения – непосредственно в ванну 11 расплава, но способствует прохождению кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в ванну 11 металла.
В одном варианте осуществления погружное сопло 1 выполнено с возможностью способствовать прохождению кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной через стенку 10 емкости печи во внутреннее пространство емкости. Другими словами, вход 14 погружного сопла 1 расположен снаружи емкости, затем корпус 15 погружного сопла 1 проходит через стенку 10 емкости, и погружной конец погружного сопла 1 располагается внутри емкости. Это обеспечивает очень безопасное прохождение кабеля с волоконно-оптической сердцевиной через стенку 10 емкости. В качестве альтернативы, все погружное сопло может располагаться внутри емкости.
В частности, погружное сопло 1 имеет форму трубки, которая предпочтительно расширяется в направлении подачи. Предпочтительно, погружное сопло 1 имеет только один единственный корпус 15 сопла для заключения в нем всех компонентов погружного сопла, таких как множество неприводных правильных приспособлений 13 сопла и/или несущей трубки 17 для направления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной к выходу 8 сопла.
Предпочтительно, корпус 15 сопла содержит одну или только одну часть корпуса для заключения в ней всех правильных приспособлений 13 погружного сопла 1. В частности, упомянутая только одна часть корпуса содержит или состоит из одной детали и/или только из одной трубки, одной детали и/или только одного разделительного элемента 18, и/или одной детали и/или только одного соединителя 9.
Предпочтительно, корпус 15 сопла содержит одну или только одну часть корпуса для заключения в ней несущей трубки 17 для направления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной к выходу 8 сопла.
Предпочтительно, межсоединительная часть корпуса предназначена для направления продувочного газа из впуска 7 продувочного газа к выходу 8 сопла и/или в кольцевое пространство 16, образованное между несущей трубкой 17 и корпусом 15 сопла.
В альтернативном варианте осуществления часть корпуса для заключения всех правильных приспособлений 13 сопла имеет такой же или по существу такой же диаметр, как и часть корпуса для заключения несущей трубки 17. Предпочтительно, правильные приспособления 23 сопла, выполненные в виде роликов сопла, имеют диаметр меньше диаметра погружного сопла 1, корпуса 15 сопла, части корпуса для заключения всех правильных приспособлений 13 сопла и/или части корпуса для заключения несущей трубки 17.
Соединитель 9, впуск 7 продувочного газа и/или выход 8 несущей трубки 17 сопла могут частично выступать из корпуса 15 сопла.
Предпочтительно, несущая трубка 17 остается отстоящей от выхода 8 сопла внутри корпуса 15 сопла и/или не выступает из корпуса 15 сопла или выхода 8 сопла. Это способствует уменьшению засорения и/или разрушения несущей трубки 17.
Предпочтительно, корпус 15 сопла имеет форму трубы или состоит из трубки, особенно часть корпуса для заключения всех правильных приспособлений 13 сопла с частью корпуса для заключения несущей трубки 17. Отношение длины к диаметру погружного сопла и/или корпуса 15 сопла составляет не менее 3, предпочтительно 5, и/или не более 50, предпочтительно 20. Это позволяет применять достаточное выпрямление и избегать чрезмерной деформации кабеля с волоконно-оптической сердцевиной на пути от множества неприводных правильных приспособлений 13 сопла до выхода 8 сопла.
В одном варианте осуществления множество неприводных правильных приспособлений 13 сопла располагается в направлении подачи перед несущей трубкой 17 для направления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной к выходу 8 сопла. Это позволяет применять продувочный газ в компактной конструкции погружного сопла.
Предпочтительно, погружное сопло 1 имеет впуск 7 для подачи газа, в которое поступает продувочный газ, который может быть выбран из воздуха, аргона, азота, природного газа и/или углекислого газа. В одном варианте осуществления продувочный газ может выходить из погружного сопла 1 через выпуск 22 продувочного газа на дистальном конце корпуса 15 погружного сопла во внутреннее пространство емкости.
Как правило, конец сопла удерживается над поверхностью расплавленного металла, а также над поверхностью шлака. Так как шлак не имеет постоянного объема, иногда во время обработки стали он может вспениваться и расширяться в объеме, так что иногда погружное сопло 1 может находиться ниже верхней поверхности шлака 12, а значит, погружаться в шлак 12. В любом случае, именно постоянная продувка газом гарантирует, что отверстие выхода 14 сопла и выпуск 22 продувочного газа не блокируются затвердевшим шлаком 12 и/или охлажденными каплями расплавленного металла.
Таким образом, погружное сопло 1 можно спроектировать обеспечивающим ввод во внутреннее пространство плавильной печи с помощью продуваемого газом сопла, вставленного через кожух или стенку 10 емкости и защитные кирпичи таким образом, чтобы его выход находился выше уровня расплавленного металла 11, но мог бы быть ниже уровня верхней поверхности расплавленного шлака 12 во время процесса производства металла.
На фиг.2 показан пример двустенного погружного сопла 1. Погружное сопло 1 вводится через стенку 10 металлургической емкости, предпочтительно так, чтобы ось несущей трубки 17 соответствовала направлению подачи в расплавленный металл 11, подлежащий пробоотбору. Предпочтительно, противоположный конец сообщается с последним участком направляющей трубки 5. Погружное сопло 1 можно установить через стенку 10 емкости, которая является боковой стенкой или сводом емкости, и/или под любым углом. Часть корпуса для заключения несущей трубки 17 и/или несущая трубка 17 может быть расположена под углом или изогнута. Это позволяет облегчить вставку погружного сопла через боковую стенку емкости.
Предпочтительно, общая длина погружного сопла 1 является регулируемой. Это позволяет компенсировать разницу расстояний, возникающую в результате выполняемой под углом установки погружного сопла 1, при поддержании постоянного или приблизительно постоянного расстояния выхода 8 сопла до верхней поверхности ванны 11 металла. Тем самым можно добиться высокоточного измерения температуры.
Предпочтительно, кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной проходит через направляющую трубку 5 во вход 14 сопла через соединитель 9. Предпочтительно, соединитель 9 механически блокирует направляющую трубку 5 в погружном сопле 1, в частности, на входе 14 сопла. Предпочтительно, один участок соединителя 9 прикреплен к направляющей трубке 5 с приемным участком, прикрепленным к погружному соплу 1.
Вход 14 сопла образует или находится на противоположной стороне от выхода 8 сопла. Предпочтительно, вход 14 сопла и выход 8 сопла образуют границы расширения сопла в направлении подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
Между входом 14 и выходом 8 погружного сопла 1 установлено дополнительное множество правильных приспособлений 23 сопла, в частности, неприводных правильных приспособлений 13 сопла, предпочтительно роликов сопла, для выпрямления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной (фиг.3-5), которые предпочтительно размещены внутри корпуса 15 сопла. Это дополнительное множество правильных приспособлений 23 сопла, в частности, неприводных правильных приспособлений 13 сопла, образует второе приспособление для выпрямления кабеля.
Впуск 7 продувочного газа подает газа в кольцевое пространство 16, то есть пространство в форме кольца, которое образовано между несущей трубкой 17 и корпусом 15 сопла, в частности в радиальном направлении, то есть радиально к направлению подачи. Предпочтительно, впуск 7 продувочного газа находится снаружи стенки 10 емкости, то есть не внутри стенок 10 емкости.
Предпочтительно, корпус 15 сопла предназначен для работы в качестве продувочного патрубка погружного сопла 1. Продувочный газ, который поступает из погружного сопла 1 на погружном конце через выпуск 22 продувочного газа, расталкивает расплавленный шлак 12 и выплескивающийся металл от отверстия, обеспечивая беспрепятственное продвижение вперед выходящего из несущей трубки 17 в направлении подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной.
В одном варианте осуществления предусмотрена газонепроницаемая разделительная перегородка 18 между множеством правильных приспособлений 23 сопла, в частности неприводных правильных приспособлений 13 сопла, и кольцевым пространством 16 и/или между множеством правильных приспособлений 23 сопла и впуском 7 продувочного газа. Она направляет поток продувочного газа в отверстие 22. Тем не менее, множество правильных приспособлений 23 сопла, в частности неприводных правильных приспособлений 13 сопла, по-прежнему охлаждается разделительной перегородкой 18, которая охлаждается продувочным газом с другой стороны от множества правильных приспособлений 23 сопла. Разделительная перегородка 18 имеет сквозное отверстие для кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной, и/или несущая трубка 17 непосредственно присоединена к разделительной перегородке 18.
Предпочтительно, разделительная перегородка 18 имеет кольцевую форму и/или воронкообразную форму, в частности, в направлении подачи.
В одном варианте осуществления часть продувочного газа отводится через разделительную перегородку 18, которая, в частности, не является газонепроницаемый, к узлу роликов для увеличенного охлаждения.
Только одно или два, по меньшей мере одно и/или самое большее три поддерживающих средства 19 с отверстиями для облегчения прохождения продувочного газа фиксируют несущую трубку для направления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в корпусе 15 сопла. Поддерживающие средства 19 предпочтительно имеют форму диска с радиальными пазами в виде отверстия.
Предпочтительно, одно поддерживающее средство 19 расположено заподлицо с частью корпуса для заключения несущей трубки 17.
В одном варианте осуществления впуск 7 газа расположен посередине между разделительной перегородкой 18 и поддерживающими средствами 19, то есть посередине, если смотреть в направлении подачи. Предпочтительно, имеется Т-образное полое пространство для направления продувочного газа, предпочтительно очерченное линией, ограниченной разделительной перегородкой 18 и поддерживающими средствами 19, а также перпендикуляром к этой линии, ограниченным впуском 7 газа.
В одном варианте осуществления промежуточная часть корпуса содержит упомянутое полое пространство и/или перекрывается с разделительной перегородкой 18, поддерживающими средствами 19 и/или впуском 7 газа. Перекрытие означает захождение в промежуточную часть корпуса с целью соединения. Предпочтительно, промежуточная часть корпуса представляет собой соединительное устройство, в частности образующее часть корпуса 15 сопла или внешнюю поверхность погружного сопла 1.
В одном варианте осуществления корпус 15 сопла, в частности, газонепроницаемо закрыт вокруг имеющего, в частности, форму трубы входа 14 сопла для обеспечения возможности подачи кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной в корпус 15 сопла и, соответственно, в погружное сопло 1.
В одном варианте осуществления несущая трубка 17 в два раза больше и/или не более чем в 20 раз больше, предпочтительно не более чем в 10 раз или в 5 раз больше по длине множества неприводных правильных приспособлений 13 сопла в направлении подачи.
Дополнительное преимущество продувочного газа состоит в том, чтобы поддерживать погружное сопло 1, а также неиспользуемый участок кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной холодными, тем самым продлевая срок службы погружного сопла 1 и в то же время предотвращая расстекловывание неиспользованного оптического волокна кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. Излучение, входящее в оптическое волокно и передаваемое по длине волокна, которое не было расстекловано из-за воздействия тепла перед погружением, позволяет уменьшить погрешности измерения температуры. Предпочтительно, давление газа поддерживается между не менее 2 бар и/или не более 5 бар, что способствует достаточному охлаждению для поддержания волокна в нерасстеклованном состоянии.
На фиг.3 показан детальный вид множества неприводных правильных приспособлений 13 сопла в виде роликов сопла по фиг.2, которые образуют приспособление для выпрямления кабеля. В одном варианте осуществления по меньшей мере два, три или пять и/или самое большее десять правильных приспособлений 23 сопла образуют множество неприводных правильных приспособлений 13 сопла. Таким образом, можно добиться выпрямления кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной для очень точного измерения температуры.
В одном варианте осуществления множество неприводных правильных приспособлений 13, в частности роликов, погружного сопла 1 расположено таким образом, что каждое правильное приспособление 23 сопла расположено на расстоянии в направлении подачи до ближайшего к нему соседнего правильного приспособления 23 сопла и расположено под другим углом γ вокруг оси 24 в направлении подачи. На фиг.3 упомянутый угол γ равен 180 градусам, тем самым означая противоположные правильные приспособления 23 сопла.
На фиг.4 упомянутый угол γ равен 180 градусам, изменяясь для первых пяти соседних правильных приспособлений 23 сопла, а также пяти следующих соседних правильных приспособлений 23 сопла, причем между последним правильным приспособлением 23 сопла из первых пяти правильных приспособлений 23 сопла и первым правильным приспособлением 23 сопла из последних пяти правильных приспособлений 23 сопла имеется угол γ смещения в по меньшей мере 30 градусов и/или самое большее 60 градусов. Это позволяет уменьшить скрученный изгиб кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
Хотя в других вариантах осуществления на фиг.4 и 5 показана альтернативная конфигурация приспособления для выпрямления кабеля, введение на или в погружное сопло 1 средства для исправления деформации кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной после проталкивания через направляющую трубку 5 способствует точному направлению проникновения кабеля с сердцевиной.
На фиг.5 показано расположение по меньшей мере двух пар расположенных напротив друг друга правильных приспособлений 23 сопла, в частности роликов сопла, при котором каждая пара правильных приспособлений 23 сопла расположена под прямым углом к предыдущей и следующей соседней паре правильных приспособлений 23 сопла. Это позволяет уменьшить разнонаправленный изгиб кабеля с волоконно-оптической сердцевиной.
На фиг.6a-6d показаны различные комбинации поверхности и формы в паре правильных приспособлений 23 сопла в виде роликов сопла.
В одном варианте осуществления два соседних правильных приспособления 23 сопла, в частности, с одной стороны от оптического волокна 6, выпрямляемого тремя правильными приспособлениями 23 сопла, расположены напротив третьего правильного приспособления 23 сопла, находящегося между двумя соседними правильными приспособлениями 23 сопла, в частности, с другой стороны от оптического волокна 6.
В одном варианте осуществления пять правильных приспособлений 23 сопла расположены по типу олимпийских колец, так что оптическое волокно 6 может подаваться между тремя соседними правильными приспособлениями 23 сопла с одной стороны и противоположными двумя соседними правильными приспособлениями 23 сопла с другой стороны, в частности, от оптического волокна 6.
В одном варианте осуществления правильное приспособление 23 сопла имеет цилиндрическую форму и/или, в частности, кольцевую канавку.
В одном варианте осуществления правильное приспособление 23 сопла имеет плоскую поверхность и/или рифленую поверхность канавки.
В одном варианте осуществления правильное приспособление 23 сопла имеет канавку v-образной или u-образной формы.
Рифленая поверхность облегчает обработку железных проволок. U-образная канавка облегчает обработку проволок маленького диаметра и/или железных проволок.
На фиг.7 показан вид с частичным разрезом примерного кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной, имеющего внутренний металлический или полугерметичный пластиковый буферный слой 25 и внешний металлический слой 26, то есть внешнюю металлическую оболочку. На фиг.8 показан вид в разрезе, который схематично иллюстрирует шов 27 кабеля 6 с волоконно-оптической сердцевиной. В одном варианте осуществления кабель 6 с волоконно-оптической сердцевиной содержит расположенное по центру оптическое волокно 28, окруженное внутренним металлическим или полугерметичным пластиковым буферным слоем 25, который отделен заполнителем от металлического слоя 26 в виде внешней металлической оболочки. В частности, внешняя металлическая оболочка или металлический слой 26, замкнутые швом 27, лучше показаны на виде в разрезе. Предпочтительно, внутренний металлический и/или полугерметичный пластиковый буферный слой 25 может состоять из пучка прямых проволок, ориентированных параллельно оптическому волокну 28, и/или спирально намотанной вокруг оптического волокна 28 проволоки или пучка прямых проволок. В частности, непосредственно само оптическое волокно 28 покрыто буферной оболочкой 30 для дополнительной защиты.