專利名稱：帶有集成的用于獲取溫度和/或機(jī)械的負(fù)載的測(cè)量元件的用于容納液態(tài)的金屬的澆包或 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于容納液態(tài)的金屬以用于其進(jìn)一步處理的燒包(Giefipfanne)或中間容器，其中，澆包或中間容器的壁的至少一部分具有至少一個(gè)用于獲取溫度和/或機(jī)械的負(fù)載的測(cè)量元件。
背景技術(shù)：
設(shè)有具有高能量密度的加熱元件的冶金的設(shè)備例如熔煉爐(Schmelzofen)大多設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)元件，利用其可監(jiān)測(cè)(Uberwacht)，熔爐的壁的熱負(fù)載是否過高。為此，熔爐大多設(shè)有冷卻系統(tǒng)，例如文件EP I 600 717 BI顯示的那樣。在此描述的電爐配備有水冷卻系統(tǒng)，也就是說，在熱側(cè)和冷側(cè)之間布置空腔，其可被冷卻水流經(jīng)。
如在文件WO 2004/015349 A2中描述的那樣，可利用光波導(dǎo)監(jiān)測(cè)熔爐。在此設(shè)置成，借助于光波導(dǎo)監(jiān)測(cè)熔煉爐的運(yùn)行狀態(tài)。光波導(dǎo)布置在包圍熱源的耐火的層和熔煉爐的外壁之間。例如，光波導(dǎo)固定在柔性的墊上。然而，測(cè)得的溫度與狹窄地限制的測(cè)量部位的精確的關(guān)聯(lián)在此是不可能的，因?yàn)闇囟韧ㄟ^輻射被傳遞到光波導(dǎo)處。對(duì)于借助于光波導(dǎo)進(jìn)行的測(cè)量的通用技術(shù)參見文件US 4，823，166并且就此而言明確參考該文件。在用于容納液態(tài)的金屬以用于其繼續(xù)加工的澆包或中間容器中，至今未知這種類型的系統(tǒng)。大多數(shù)情況下需要單個(gè)的測(cè)量探針，利用其可逐點(diǎn)地在壁的所選擇的部位處進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。相同的也適用于監(jiān)測(cè)在澆包或中間容器的壁中的機(jī)械的應(yīng)力。就整體上進(jìn)行應(yīng)力的測(cè)量而言，其被限制在單個(gè)的選擇的區(qū)域上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為，如此裝備用于容納液態(tài)的金屬的澆包或中間容器，即以簡(jiǎn)單的且成本適宜的方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)所提及的容器的壁進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。此外，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是，以同樣簡(jiǎn)單的方式監(jiān)測(cè)在容器的壁中的機(jī)械的應(yīng)力。因此，利用這種連續(xù)的測(cè)量應(yīng)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單地且準(zhǔn)確地確定容器的重要的構(gòu)件的機(jī)械的和熱的負(fù)載。通過本發(fā)明，該目的的解決方案的特征在于，測(cè)量元件包括至少一個(gè)光波導(dǎo)，其集成在澆包或中間容器的壁中。優(yōu)選地,壁以多層的方式構(gòu)建。有利地,壁包括至少一個(gè)襯里(Ausmauerung)。該至少一個(gè)光波導(dǎo)可集成到該襯里中、尤其地集成在襯里中的孔中。在襯里的面對(duì)澆包或中間容器的內(nèi)側(cè)的側(cè)邊處，將由耐火的材料制成的層布置到襯里處。同樣，在襯里的面對(duì)澆包或中間容器的外側(cè)的側(cè)邊處，將金屬罩殼布置到襯里處。根據(jù)圖2，該至少一個(gè)光波導(dǎo)可布置在襯里之內(nèi)、布置在襯里和金屬罩殼之間、布置在金屬罩殼之內(nèi)和/或布置在襯里和由耐火的材料制成的層之間。光波導(dǎo)可固定地、優(yōu)選地在所有面進(jìn)行材料接觸的情況下被裝入(einbauen)和/或插入材料中以用于應(yīng)變測(cè)量(Dehnungsmessung)、確切地說用于確定構(gòu)件的機(jī)械的負(fù)載。備選地，為了溫度測(cè)量的目的，由于光波導(dǎo)的熱膨脹，也可以松弛地位于孔或套管中的方式使用光波導(dǎo)。在松弛地鋪設(shè)時(shí)，光波導(dǎo)不適合用于應(yīng)變測(cè)量。光波導(dǎo)可與這樣的評(píng)估單元處于連接中，即，在該評(píng)估單元中可獲得在澆包或中間容器的壁中的溫度分布。光波導(dǎo)也可與這樣的評(píng)估單元處于連接中，即，在該評(píng)估單元中可獲得在澆包或中間容器的壁中的機(jī)械的負(fù)載(使用所謂的“光學(xué)的應(yīng)變計(jì)(Dehnmessstreifen) ”)。在這種情況中可為合理的是，至少部分段地(abschnittsweise)與在套管中的光波導(dǎo)(溫度測(cè)量)平行地在沒有套管的情況下直接在基礎(chǔ)材料中引入第二光波導(dǎo)(應(yīng)變測(cè)量)。根據(jù)本發(fā)明，在澆包或中間容器中，光波導(dǎo)可設(shè)置成僅僅用于溫度測(cè)量或僅僅用于應(yīng)變測(cè)量或同時(shí)用于兩種應(yīng)用。
通過將光波導(dǎo)引入冶金的容器(澆包或中間容器)的壁中，可獲取罩殼的層的溫度作為在容器表面上的溫度分布曲線(Temperaturprofil)。同樣,可獲取在熔體中的與流動(dòng)相關(guān)的動(dòng)態(tài)的變化。由此，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損狀態(tài)和當(dāng)前流動(dòng)情況的評(píng)估。根據(jù)本發(fā)明的提案提供了這樣的可能性，S卩，獲取在測(cè)量的平面中的應(yīng)力狀態(tài)并且因此獲取構(gòu)件的機(jī)械的負(fù)載。所提出的方案使在每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)中示出構(gòu)件在其表面上的熱的和機(jī)械的負(fù)載成為可能。


在圖紙中示出本發(fā)明的實(shí)施例。其中
在圖I中以前視圖顯示了澆包，以及
圖2以剖切的圖示顯示了根據(jù)圖I的細(xì)節(jié)“X”。
具體實(shí)施例方式在圖I中可看出澆包1，其基本上以傳統(tǒng)的方式構(gòu)建并且具有壁2。在圖2中詳細(xì)示出了壁2的結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，壁2實(shí)施成三層的。面對(duì)熱的內(nèi)側(cè)7的層5由耐火的材料制成。面對(duì)外側(cè)8的層6為金屬罩殼。在其之間存在襯里，其形成層4。如可看出的那樣，以光波導(dǎo)3的形式的測(cè)量元件被引入在襯里4中的相應(yīng)的孔或通道中。在此重要的是，在光波導(dǎo)3和襯里4之間存在良好的接觸，從而可進(jìn)行良好的熱傳遞。光波導(dǎo)3由基礎(chǔ)纖維(Grundfaser)制成，其根據(jù)所使用的測(cè)量方法具有不同的厚度。纖維布拉格方法需要帶有約5-10 u m的芯徑(Kerndurchmesser)(=基礎(chǔ)纖維的厚度)的相對(duì)薄的光波導(dǎo)(單模光纖)。與此相比,Roman方法(Roman Verfahren) (0TDR和OFDR方法)需要帶有約50-60 u m的芯徑的較厚的光波導(dǎo)(多模光纖)。如果光波導(dǎo)布置在套管中，該套管優(yōu)選地大多數(shù)情況具有約500至2200 u m的直徑。在此，光波導(dǎo)3曲折形地被鋪設(shè)在襯里4中，從而可良好地監(jiān)測(cè)面的溫度進(jìn)展(Temperaturentwicklung)以及同樣機(jī)械的負(fù)載。因此,光波導(dǎo)3由基礎(chǔ)纖維制成,其以帶有或不帶套管的方式被嵌入(einfassen)或包容(einbinden)在壁2的襯里4中的事先制成的孔或通道中。在此，測(cè)量纖維可無問題地承受直至600°C的持續(xù)負(fù)載的溫度。為了提高信號(hào)傳遞的穩(wěn)健性，通過所謂的透鏡插頭(Linsenstecker)在相應(yīng)的靜止位置中將光波從冶金的容器(澆包或中間容器)的罩殼引導(dǎo)到評(píng)估單元(見下文)。應(yīng)用所謂的FBG方法和/或在光波導(dǎo)纖維的相應(yīng)的鋪設(shè)幾何形狀(螺旋形和/或曲折形)時(shí)應(yīng)用OTDR方法以及OFDR方法作為用于溫度測(cè)量的方法。作為溫度傳感器的組成部分起作用的玻璃纖維與未示出的溫度獲取系統(tǒng)相連接。借助于該獲取系統(tǒng)產(chǎn)生激光，其被輸入光波導(dǎo)3中。借助于該獲取系統(tǒng)將由光波導(dǎo)纖維3采集的數(shù)據(jù)換算成溫度并且與不同的測(cè)量部位相關(guān)聯(lián)。如所提及的那樣，例如，可根據(jù)纖維布拉格光柵方法(FBG方法)進(jìn)行該評(píng)估。在此，使用合適的光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)壓印(eingepdgt)有帶有折射系數(shù)的周期變化的測(cè)量部 位或帶有這種變化的光柵。折射系數(shù)的周期變化導(dǎo)致，取決于周期性針對(duì)一定的波長(zhǎng)，光波導(dǎo)在測(cè)量部位處表現(xiàn)為電介質(zhì)的鏡面。通過在一點(diǎn)處的溫度變化，布拉格波長(zhǎng)改變，其中，剛好該波長(zhǎng)被反射。通過布拉格光柵基本上不影響不滿足布拉格條件的光。那么，不同的測(cè)量部位的不同的信號(hào)可由于運(yùn)行時(shí)間不同而彼此區(qū)別。這種纖維布拉格光柵的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的評(píng)估單元是普遍已知的。通過壓印的測(cè)量部位的數(shù)量給出空間分辨率的精度。例如,測(cè)量部位的大小在Imm至IOmm的范圍中。備選地，也可應(yīng)用“光學(xué)頻域反射方法”(0FDR方法)或“光學(xué)時(shí)域反射方法”(0TDR方法)以用于測(cè)量溫度。兩個(gè)方法都基于纖維光學(xué)的拉曼反散射原理，其中利用的是，在光導(dǎo)的點(diǎn)處的溫度改變引起光波導(dǎo)材料的拉曼反散射的改變。那么，借助于評(píng)估單元(例如拉曼反射計(jì))，可沿著纖維以空間分辨率確定溫度值，其中，在該方法中在導(dǎo)體的一定的長(zhǎng)度上取平均值。該長(zhǎng)度約為幾厘米。另一方面，通過運(yùn)行時(shí)間不同使不同的測(cè)量部位彼此分離。用于根據(jù)所提及的方法進(jìn)行評(píng)估的這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及所需的用于在光波導(dǎo)3之內(nèi)產(chǎn)生激光的激光器為通常已知的。在通過應(yīng)變測(cè)量獲取機(jī)械的負(fù)載時(shí)，借助于光波導(dǎo)提供以下測(cè)量方法
在應(yīng)用微彎傳感器(Mikrobendingsensor)時(shí)涉及這樣的纖維光學(xué)的傳感器，即，其基于微彎的光學(xué)的效應(yīng)。在光波導(dǎo)的纖維翹曲(Faserkriimmung)(彎曲)時(shí)，纖維光學(xué)的傳感器以光輻射進(jìn)行反應(yīng)。可借助于反散射-反射計(jì)以空間分辨率測(cè)量該輻射損失。沿著光波導(dǎo)的螺旋線(Drahtwendel)使在纖維的任意部位處感應(yīng)翅曲損失成為可能。在應(yīng)用纖維光學(xué)的布拉格光柵傳感器(FBG傳感器)時(shí)涉及這樣的傳感器，即，其具有折射率的持續(xù)調(diào)制。光柵的長(zhǎng)度尺寸為幾毫米。如果激光射到(treten)光柵上，則進(jìn)行反射，當(dāng)光柵間距與激光波長(zhǎng)一致時(shí)，反射最大化。對(duì)纖維光柵的外部的影響(例如溫度和應(yīng)變)改變光柵常數(shù)，從而被反射的光的布拉格波長(zhǎng)改變(verschieben)。布拉格波長(zhǎng)的這種改變?yōu)橛糜贔GB傳感器的溫度或應(yīng)變變化的直接的度量。布里淵散射傳感器(Brillouin-Sensor)基于激光在聲學(xué)的光柵處的布拉格反射，其通過在硅分子之內(nèi)的電子振動(dòng)引起。與以上提及的FBG傳感器相似地，可利用布拉格波長(zhǎng)的測(cè)量獲得沿著纖維的溫度和應(yīng)變。在與光學(xué)的反散射方法組合時(shí)，可沿著纖維不中斷地測(cè)量纖維應(yīng)變。因此，溫度和應(yīng)變或應(yīng)力的測(cè)量的技術(shù)自身是已知的(也被稱為“應(yīng)變儀”)，從而就此而言參考現(xiàn)有技術(shù)。有利的是，存在相對(duì)于電磁場(chǎng)的不敏感性。即使在惡劣的環(huán)境條件時(shí)(例如在熔煉技術(shù)的設(shè)備中該環(huán)境條件為典型的)也存在高的可靠性，因?yàn)楦叩恼駝?dòng)負(fù)載是沒有問題的。參考標(biāo)號(hào)列表
I澆包/中間容器 2壁
3測(cè)量元件(光波導(dǎo))
4襯里
5由耐火的材料制成的層 6金屬罩殼 7內(nèi)側(cè) 8外側(cè)
權(quán)利要求
1.一種用于容納液態(tài)的金屬以用于其進(jìn)一步處理的澆包或中間容器(I)，其中，所述澆包或中間容器(I)的壁(2)的至少一部分具有至少一個(gè)用于獲取溫度和/或機(jī)械的負(fù)載的測(cè)量元件⑶， 其特征在于， 所述測(cè)量元件(3)包括至少一個(gè)光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)集成在所述澆包或中間容器(I)的壁⑵中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述壁(2)以多層(4，5，6)的方式構(gòu)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述壁(2)包括至少一個(gè)襯里⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述至少一個(gè)光波導(dǎo)(3)可集成到所述襯里(4)中、集成在所述襯里(4)和所述金屬罩殼(6)之間、集成到金屬罩殼(6)中和/或集成到所述襯里(4)和由耐火的材料制成的層之間、尤其地集成在所述襯里(4)中的孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的澆包或中間容器，其特征在于，在所述襯里(4)的面對(duì)所述澆包或中間容器⑴的內(nèi)側(cè)(7)的側(cè)邊處，將由耐火的材料制成的層(5)布置到所述襯里⑷處。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的澆包或中間容器，其特征在于，在所述襯里的面對(duì)所述澆包或中間容器(I)的外側(cè)(8)的側(cè)邊處，將金屬罩殼布置到所述襯里(4)處。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述光波導(dǎo)(3)布置在包圍所述光波導(dǎo)(3)的管中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述光波導(dǎo)(3)與評(píng)估單元處于連接中，在所述評(píng)估單元中可獲得在所述澆包或中間容器(I)的壁(2)中的溫度分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述光波導(dǎo)(3)與評(píng)估單元處于連接中，在所述評(píng)估單元中可獲得在所述澆包或中間容器(I)的壁(2)中的機(jī)械的負(fù)載。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的澆包或中間容器，其特征在于，所述至少部分段地鋪設(shè)的光波導(dǎo)以不帶套管具有直接的材料接觸的方式裝配以用于確定機(jī)械的應(yīng)變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于容納液態(tài)的金屬以用于其進(jìn)一步處理的澆包或中間容器(1)，其中，澆包或中間容器(1)的壁(2)的至少一部分具有至少一個(gè)用于獲取溫度和/或機(jī)械的負(fù)載的測(cè)量元件(3)。為了可精確地、快速地且沿著壁的伸展獲取在澆包的壁中的或在中間容器中的溫度和/或機(jī)械的負(fù)載，本發(fā)明設(shè)置成，測(cè)量元件(3)包括至少一個(gè)光波導(dǎo)，其集成在澆包或中間容器(1)的壁(2)中。
文檔編號(hào)G01K11/32GK102782433SQ201180010766
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者D.里伊圖奇特, U.普洛西恩尼克 申請(qǐng)人:Sms西馬格股份公司