专利名称：带有集成的用于获取温度和/或机械的负载的测量元件的用于容纳液态的金属的浇包或 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于容纳液态的金属以用于其进一步处理的烧包(Giefipfanne)或中间容器，其中，浇包或中间容器的壁的至少一部分具有至少一个用于获取温度和/或机械的负载的测量元件。
背景技术：
设有具有高能量密度的加热元件的冶金的设备例如熔炼炉(Schmelzofen)大多设有温度监测元件，利用其可监测(Uberwacht)，熔炉的壁的热负载是否过高。为此，熔炉大多设有冷却系统，例如文件EP I 600 717 BI显示的那样。在此描述的电炉配备有水冷却系统，也就是说，在热侧和冷侧之间布置空腔，其可被冷却水流经。
如在文件WO 2004/015349 A2中描述的那样，可利用光波导监测熔炉。在此设置成，借助于光波导监测熔炼炉的运行状态。光波导布置在包围热源的耐火的层和熔炼炉的外壁之间。例如，光波导固定在柔性的垫上。然而，测得的温度与狭窄地限制的测量部位的精确的关联在此是不可能的，因为温度通过辐射被传递到光波导处。对于借助于光波导进行的测量的通用技术参见文件US 4，823，166并且就此而言明确参考该文件。在用于容纳液态的金属以用于其继续加工的浇包或中间容器中，至今未知这种类型的系统。大多数情况下需要单个的测量探针，利用其可逐点地在壁的所选择的部位处进行温度监测。相同的也适用于监测在浇包或中间容器的壁中的机械的应力。就整体上进行应力的测量而言，其被限制在单个的选择的区域上。
发明内容
本发明的目的为，如此装备用于容纳液态的金属的浇包或中间容器，即以简单的且成本适宜的方式实现，对所提及的容器的壁进行准确的监测。此外，应实现的是，以同样简单的方式监测在容器的壁中的机械的应力。因此，利用这种连续的测量应实现，简单地且准确地确定容器的重要的构件的机械的和热的负载。通过本发明，该目的的解决方案的特征在于，测量元件包括至少一个光波导，其集成在浇包或中间容器的壁中。优选地,壁以多层的方式构建。有利地,壁包括至少一个衬里(Ausmauerung)。该至少一个光波导可集成到该衬里中、尤其地集成在衬里中的孔中。在衬里的面对浇包或中间容器的内侧的侧边处，将由耐火的材料制成的层布置到衬里处。同样，在衬里的面对浇包或中间容器的外侧的侧边处，将金属罩壳布置到衬里处。根据图2，该至少一个光波导可布置在衬里之内、布置在衬里和金属罩壳之间、布置在金属罩壳之内和/或布置在衬里和由耐火的材料制成的层之间。光波导可固定地、优选地在所有面进行材料接触的情况下被装入(einbauen)和/或插入材料中以用于应变测量(Dehnungsmessung)、确切地说用于确定构件的机械的负载。备选地，为了温度测量的目的，由于光波导的热膨胀，也可以松弛地位于孔或套管中的方式使用光波导。在松弛地铺设时，光波导不适合用于应变测量。光波导可与这样的评估单元处于连接中，即，在该评估单元中可获得在浇包或中间容器的壁中的温度分布。光波导也可与这样的评估单元处于连接中，即，在该评估单元中可获得在浇包或中间容器的壁中的机械的负载(使用所谓的“光学的应变计(Dehnmessstreifen) ”)。在这种情况中可为合理的是，至少部分段地(abschnittsweise)与在套管中的光波导(温度测量)平行地在没有套管的情况下直接在基础材料中引入第二光波导(应变测量)。根据本发明，在浇包或中间容器中，光波导可设置成仅仅用于温度测量或仅仅用于应变测量或同时用于两种应用。
通过将光波导引入冶金的容器(浇包或中间容器)的壁中，可获取罩壳的层的温度作为在容器表面上的温度分布曲线(Temperaturprofil)。同样,可获取在熔体中的与流动相关的动态的变化。由此，实现对磨损状态和当前流动情况的评估。根据本发明的提案提供了这样的可能性，S卩，获取在测量的平面中的应力状态并且因此获取构件的机械的负载。所提出的方案使在每个运行状态中示出构件在其表面上的热的和机械的负载成为可能。
在图纸中示出本发明的实施例。其中
在图I中以前视图显示了浇包，以及
图2以剖切的图示显示了根据图I的细节“X”。
具体实施例方式在图I中可看出浇包1，其基本上以传统的方式构建并且具有壁2。在图2中详细示出了壁2的结构。相应地，壁2实施成三层的。面对热的内侧7的层5由耐火的材料制成。面对外侧8的层6为金属罩壳。在其之间存在衬里，其形成层4。如可看出的那样，以光波导3的形式的测量元件被引入在衬里4中的相应的孔或通道中。在此重要的是，在光波导3和衬里4之间存在良好的接触，从而可进行良好的热传递。光波导3由基础纤维(Grundfaser)制成，其根据所使用的测量方法具有不同的厚度。纤维布拉格方法需要带有约5-10 u m的芯径(Kerndurchmesser)(=基础纤维的厚度)的相对薄的光波导(单模光纤)。与此相比,Roman方法(Roman Verfahren) (0TDR和OFDR方法)需要带有约50-60 u m的芯径的较厚的光波导(多模光纤)。如果光波导布置在套管中，该套管优选地大多数情况具有约500至2200 u m的直径。在此，光波导3曲折形地被铺设在衬里4中，从而可良好地监测面的温度进展(Temperaturentwicklung)以及同样机械的负载。因此,光波导3由基础纤维制成,其以带有或不带套管的方式被嵌入(einfassen)或包容(einbinden)在壁2的衬里4中的事先制成的孔或通道中。在此，测量纤维可无问题地承受直至600°C的持续负载的温度。为了提高信号传递的稳健性，通过所谓的透镜插头(Linsenstecker)在相应的静止位置中将光波从冶金的容器(浇包或中间容器)的罩壳引导到评估单元(见下文)。应用所谓的FBG方法和/或在光波导纤维的相应的铺设几何形状(螺旋形和/或曲折形)时应用OTDR方法以及OFDR方法作为用于温度测量的方法。作为温度传感器的组成部分起作用的玻璃纤维与未示出的温度获取系统相连接。借助于该获取系统产生激光，其被输入光波导3中。借助于该获取系统将由光波导纤维3采集的数据换算成温度并且与不同的测量部位相关联。如所提及的那样，例如，可根据纤维布拉格光栅方法(FBG方法)进行该评估。在此，使用合适的光波导，该光波导压印(eingepdgt)有带有折射系数的周期变化的测量部 位或带有这种变化的光栅。折射系数的周期变化导致，取决于周期性针对一定的波长，光波导在测量部位处表现为电介质的镜面。通过在一点处的温度变化，布拉格波长改变，其中，刚好该波长被反射。通过布拉格光栅基本上不影响不满足布拉格条件的光。那么，不同的测量部位的不同的信号可由于运行时间不同而彼此区别。这种纤维布拉格光栅的详细结构以及相应的评估单元是普遍已知的。通过压印的测量部位的数量给出空间分辨率的精度。例如,测量部位的大小在Imm至IOmm的范围中。备选地，也可应用“光学频域反射方法”(0FDR方法)或“光学时域反射方法”(0TDR方法)以用于测量温度。两个方法都基于纤维光学的拉曼反散射原理，其中利用的是，在光导的点处的温度改变引起光波导材料的拉曼反散射的改变。那么，借助于评估单元(例如拉曼反射计)，可沿着纤维以空间分辨率确定温度值，其中，在该方法中在导体的一定的长度上取平均值。该长度约为几厘米。另一方面，通过运行时间不同使不同的测量部位彼此分离。用于根据所提及的方法进行评估的这种系统的结构以及所需的用于在光波导3之内产生激光的激光器为通常已知的。在通过应变测量获取机械的负载时，借助于光波导提供以下测量方法
在应用微弯传感器(Mikrobendingsensor)时涉及这样的纤维光学的传感器，即，其基于微弯的光学的效应。在光波导的纤维翘曲(Faserkriimmung)(弯曲)时，纤维光学的传感器以光辐射进行反应。可借助于反散射-反射计以空间分辨率测量该辐射损失。沿着光波导的螺旋线(Drahtwendel)使在纤维的任意部位处感应翅曲损失成为可能。在应用纤维光学的布拉格光栅传感器(FBG传感器)时涉及这样的传感器，即，其具有折射率的持续调制。光栅的长度尺寸为几毫米。如果激光射到(treten)光栅上，则进行反射，当光栅间距与激光波长一致时，反射最大化。对纤维光栅的外部的影响(例如温度和应变)改变光栅常数，从而被反射的光的布拉格波长改变(verschieben)。布拉格波长的这种改变为用于FGB传感器的温度或应变变化的直接的度量。布里渊散射传感器(Brillouin-Sensor)基于激光在声学的光栅处的布拉格反射，其通过在硅分子之内的电子振动引起。与以上提及的FBG传感器相似地，可利用布拉格波长的测量获得沿着纤维的温度和应变。在与光学的反散射方法组合时，可沿着纤维不中断地测量纤维应变。因此，温度和应变或应力的测量的技术自身是已知的(也被称为“应变仪”)，从而就此而言参考现有技术。有利的是，存在相对于电磁场的不敏感性。即使在恶劣的环境条件时(例如在熔炼技术的设备中该环境条件为典型的)也存在高的可靠性，因为高的振动负载是没有问题的。参考标号列表
I浇包/中间容器 2壁
3测量元件(光波导)
4衬里
5由耐火的材料制成的层 6金属罩壳 7内侧 8外侧
权利要求
1.一种用于容纳液态的金属以用于其进一步处理的浇包或中间容器(I)，其中，所述浇包或中间容器(I)的壁(2)的至少一部分具有至少一个用于获取温度和/或机械的负载的测量元件⑶， 其特征在于， 所述测量元件(3)包括至少一个光波导，该光波导集成在所述浇包或中间容器(I)的壁⑵中。
2.根据权利要求I所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述壁(2)以多层(4，5，6)的方式构建。
3.根据权利要求2所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述壁(2)包括至少一个衬里⑷。
4.根据权利要求3所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述至少一个光波导(3)可集成到所述衬里(4)中、集成在所述衬里(4)和所述金属罩壳(6)之间、集成到金属罩壳(6)中和/或集成到所述衬里(4)和由耐火的材料制成的层之间、尤其地集成在所述衬里(4)中的孔中。
5.根据权利要求3或4所述的浇包或中间容器，其特征在于，在所述衬里(4)的面对所述浇包或中间容器⑴的内侧(7)的侧边处，将由耐火的材料制成的层(5)布置到所述衬里⑷处。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的浇包或中间容器，其特征在于，在所述衬里的面对所述浇包或中间容器(I)的外侧(8)的侧边处，将金属罩壳布置到所述衬里(4)处。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述光波导(3)布置在包围所述光波导(3)的管中。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述光波导(3)与评估单元处于连接中，在所述评估单元中可获得在所述浇包或中间容器(I)的壁(2)中的温度分布。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述光波导(3)与评估单元处于连接中，在所述评估单元中可获得在所述浇包或中间容器(I)的壁(2)中的机械的负载。
10.根据权利要求9所述的浇包或中间容器，其特征在于，所述至少部分段地铺设的光波导以不带套管具有直接的材料接触的方式装配以用于确定机械的应变。
全文摘要
本发明涉及一种用于容纳液态的金属以用于其进一步处理的浇包或中间容器(1)，其中，浇包或中间容器(1)的壁(2)的至少一部分具有至少一个用于获取温度和/或机械的负载的测量元件(3)。为了可精确地、快速地且沿着壁的伸展获取在浇包的壁中的或在中间容器中的温度和/或机械的负载，本发明设置成，测量元件(3)包括至少一个光波导，其集成在浇包或中间容器(1)的壁(2)中。
文档编号G01K11/32GK102782433SQ201180010766
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年2月23日
发明者D.里伊图奇特, U.普洛西恩尼克 申请人:Sms西马格股份公司