用于确定熔融金属熔池的温度值的方法和系统
1.本发明涉及一种用于确定熔融金属熔池的温度值的方法和系统。
2.冶金容器中的熔融金属熔池的温度是在金属制作过程期间的关键参数，其决定了所得产品的品质。用于测量熔融金属熔池(具体是电弧炉(eaf)的熔化环境中的铁或钢的熔融金属熔池)的温度的可能手段涉及将由金属管包围的光纤浸入熔融金属中。由金属管包围的光纤通常也称为光包芯线。
3.为了测量熔融金属熔池的温度，可将光包芯线供给到冶金容器中。将光包芯线的前尖端浸入熔融金属熔池中，从而在其途中首先遇到热气氛，接着是遇到熔渣层，并且然后是遇到熔融金属熔池。一旦光包芯线的一部分被浸入在熔融金属熔池的表面下方，光纤就可将从熔融金属接收到的热辐射传送到检测器，例如高温计。合适仪器可与用于确定熔融金属熔池的温度的检测器相关联。在该测量期间，光包芯线的浸入部分可被熔融金属熔池部分地或完全地消耗。一旦温度测量已经结束，光包芯线的尖端就可从熔融金属熔池缩回。缩回的光包芯线的尖端将变成用于下一个温度测量的新前尖端。
4.因此，这种装置适合于以一系列浸入循环形式的按需且半连续的温度测量。操作员可获得温度测量结果，而不对在冶金容器附近的恶劣环境进行任何直接干预。
5.为了提供准确的测量结果，在获得测量结果时，必须确保在光纤的浸入前尖端附近的黑体条件。在一方面，必须将纤维浸入到金属熔池表面下方的足够深度并到达容器内代表液态金属熔池的温度的位置。另一方面，深浸入将增大在光包芯线上的浮选力并增加在测量序列期间的消耗。
6.典型地，包括用于温度测量的光包芯线的装置以固定方式安装在容纳熔融金属的容器的上部分中，例如位于侧壁、或者顶的一部分处。由于系统的电极的中心位置，测量装备通常不是居中安装在熔融金属熔池上方。在典型的冶金过程中，在该过程期间移动容器以有助于金属熔体的均化。该恒定移动通常称为“炉摇摆”。如本领域技术人员将理解，容器是炉的一部分。该倾斜、滑动或旋转运动导致熔融金属熔池的表面到光包芯线的设施的不同的距离，从而阻碍光包芯线在该过程的所有阶段期间浸入恒定浸入深度。
7.us2003004602a1公开了一种根据冶金过程的过程参数来控制炉的倾斜以便优化相应过程的产率的方法。虽然认识到倾斜对于过程本身的重要性，但是未解决对伴随于过程的测量的影响。
8.若干现有技术文档公开了用于光包芯线的供给方法以提高温度测量的数据品质。例如，us2018180484a1公开了一种用于测量熔融金属熔池的温度的方法，该方法包括具有两个供给速度的供给方案，接着是稳定时段，之后进行温度测量。虽然该方法解决了之前已知的问题中的一些问题，但是它未解决在金属制造过程期间不断改变的条件。
9.鉴于现有技术，需要一种考虑到金属制作过程的伴随情况的测量方法和系统、以及一种使用该方法和系统的高效方式。
10.因此，本发明的目的是提供一种用于用光包芯线确定熔融金属熔池的温度值的改进的方法，其解决了上文讨论的问题中的至少一个问题。特别地，目的中的一个目的是提供一种在不断移动的冶金容器中更可靠地确定温度值的改进的方法。此外，本发明的一个目
的是提供一种获得在光包芯线在熔融金属熔池的表面下方的特定浸入深度处的温度值的方法。本发明的目的的另外方面是提供一种允许高效使用可消耗光包芯线的方法。
11.本发明的另一个目的是提供一种用于进行本发明方法的改进的系统。
12.这些目的通过独立权利要求中限定的主题实现。
13.本发明提供了一种用于用包括光包芯线和检测器的装置确定炉中的熔融金属熔池的温度值的方法，其中该炉具有炉倾度，该方法包括：
14.(a)提供将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集；
15.(b)确定时间点t(n)的炉倾度值fi(n)；
16.(c)从将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的所提供的数据集选择对应于炉倾度值fi(n)的测量轮廓mp(n)；
17.(d)在时间点t(n)处应用测量轮廓mp(n)以获得测量温度值。
18.此外，本发明提供了一种用于确定炉中的熔融金属熔池的温度值的系统，其中该炉具有炉倾度，其中该系统包括装置和模块，并且该模块被适配成与该装置交互，其中该装置包括光包芯线和检测器，其中该模块包括存储单元s、处理单元p和控制单元c，其中该存储单元s包括：
[0019]-用于提供将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集的存储元件s1；
[0020]
其中处理单元p包括：
[0021]-用于确定炉倾度fi的处理元件p1；
[0022]-用于从将炉倾度值与对应的测量轮廓mp相关的所提供的数据集选择对应于炉倾度值fi(n)的测量轮廓mp(n)的处理元件p2；
[0023]
并且其中控制单元c包括：
[0024]-用于应用测量轮廓mp(n)以获得测量温度值的控制元件c1。
[0025]
优选的实施方案在从属权利要求中限定。优选实施方案可单独实现或以任何可能组合实现。
[0026]
根据本发明的方法已被证明尤其是适合于在金属制作过程期间可不断移动的冶金炉的设施。惊人地，已经发现测量的数据品质取决于被应用来获得测量的测量轮廓。尤其是，将光包芯线供给到熔融金属熔池中已被视为显著影响可获得数据的可靠性的因素。本发明的方法允许用匹配测量方案针对容纳熔融金属熔池的冶金容器的不同配置确定温度值。特别地，已经发现光包芯线的前尖端的恒定浸入深度是可获得测量品质的关键参数。在该上下文中，“品质”是指与通过应用固定安装的标准热电偶获得的数据相比所获得的测量准确度。此外，本发明方法允许光包芯线和其前尖端定位在熔融金属熔池的表面下方的恒定深度处，这附加地使得能以光包芯线的最小消耗获得准确温度值。如本文所用的术语“消耗”是指光包芯线的崩解，诸如例如光包芯线被熔融金属熔池熔化并溶解到该熔融金属熔池中、整个光包芯线或其不同部分的分解或燃烧等。
[0027]
本发明提供了一种用于确定熔融金属熔池的温度值的方法。
[0028]“确定温度值”在本文中可用作测量温度的同义词。根据优选实施方案，温度值可由单点测量或多点测量确定。
[0029]
在整个本技术中，与温度或温度值相关的变量将用大写字母t指称，而与时间点、持续时间或时间相关的变量大体将用小写字母t指称。
[0030]
无指定索引(即，(n)等)的变量大体将用于定义该变量。具有指定索引的变量将用于在具体的上下文中指代该变量。例如，fi是指炉倾度值的一般定义，而fi(n)是指特定炉倾度值。
[0031]
如本文所用，术语“熔融金属熔池”用于描述炉中、特别是容器中的熔体。本领域技术人员已知的“熔融金属熔池”的另选术语是“金属熔体”。熔融金属熔池的熔融金属不受特别限制。根据优选实施方案，熔融金属是熔融钢。术语熔融金属熔池不排除任何固体或气体部分的存在，包括例如相应金属的非熔融部分。熔融金属熔池可覆盖有熔渣层。术语“熔渣”是指通常在炼钢炉中产生并通常作为漂浮在熔融金属的顶部的熔融材料存在的非钢副产物。熔渣可包括金属氧化物、金属硫化物、氧化钙、氧化镁、菱镁矿、白云石、氧化铁、氧化铝、氧化锰、二氧化硅、硫、磷或它们的组合。
[0032]
金属熔体的温度不同并通常取决于金属的组成和熔化过程的阶段。根据优选实施方案，熔融金属熔池的温度在1500℃至1800℃的范围内并更优选是在1500℃至1700℃的范围内。
[0033]
温度要用根据本发明的方法确定的熔融金属熔池位于炉中。
[0034]
优选地，炉是包括容纳熔融金属熔池的容器和固定安装在容器上或容器处的设施的冶金设备。这种设施例如可以是用于加热的装置(如作为电极)和用于测量的装置(如作为包括光包芯线的设施)。
[0035]
熔融金属熔池可被容纳在包括入口点的容器中，该入口点适于供给光包芯线从中通过。这种入口点可定位在侧壁面板、覆盖容器的顶或安装在容器上方的平台(诸如在偏心炉底出钢(ebt)炉中出现的平台)中。优选地，入口点位于ebt炉平台处。
[0036]
如本文所用，术语“炉倾度”是指炉并特别是容纳熔融金属熔池的容器倾斜的程度。优选地，倾斜是相对于枢转轴线a
p
限定的。优选地，枢转轴线a
p
限定初始位置。如本领域技术人员将理解，炉倾度是在冶金过程期间通常施加的炉摇摆的直接结果。优选地，在底部是平的情况下，限定初始位置的枢转轴线a
p
垂直于容纳熔融金属熔池的容器的底部取向。在圆形或以其他方式形成的底部的情况下，限定初始位置的枢转轴线a
p
优选地垂直于由容器的外轮廓限定的投影平面取向。应当理解，枢转轴线a
p
不必居中布置在容器中；即，其不必定位在容器的一半宽度处。特别是在容器不是对称构建的情况下，枢转轴线a
p
的位置可相对于由容器的宽度限定的中心向一侧偏移。
[0037]
在优选实施方案中，炉倾度由水平平面和与炉的主体的底部相切的参考平面之间的角度限定，其中当炉在其初始位置、即中间位置时，参考平面基本上平行于水平平面和/或熔融金属熔池的表面。
[0038]
炉倾度值优选是以度为单位给出。炉倾度值可取正值或负值，这取决于容器相对于限定初始位置的枢转轴线a
p
倾斜的方向。根据定义，初始位置是指0
°
的炉倾度值。换句话说，炉倾度的正值可指相对于限定初始位置的枢转轴线a
p
在一个方向上的倾斜，而负值可指在相反方向上的倾斜。通常，容器相对于限定初始位置的枢转轴线a
p
的倾斜范围为从+5
°
到-5
°
。
[0039]
优选地，炉的倾斜导致熔融金属熔池的运动。本领域技术人员将理解，倾斜影响熔融金属熔池的表面和容器的构建内部环境的部分(例如，覆盖容器的盖)的相对定位和距离。由于在所提供的所有固体材料已经熔化之后，熔融金属熔池的体积是恒定的，因此熔融
金属熔池的表面液位的位置一方面将受炉的倾斜影响并且另一方面将受容器的内部主体的几何形状影响。
[0040]
根据本发明，应当理解，“炉的倾斜”是指在一个维度上的移动；即，从一侧到另一侧或从前到后。
[0041]
可通过使用倾斜装置来使炉在一定角度范围内倾斜。优选地，倾斜装置包括选自马达、齿轮、链传动装置、液压装置和它们的组合的装置。
[0042]
在优选实施方案中，炉的倾斜由手动操作倾斜装置的操作员进行。在另一个优选实施方案中，炉的倾斜是计算机控制的；例如，炉的倾斜由处理器或可编程逻辑控制器控制。在此类实施方案中，处理器或可编程逻辑控制器可命令倾斜装置进行一系列小(相等或不等)角移动或连续角移动。
[0043]
优选地，容器包括供给出光包芯线的位置。在优选实施方案中，该位置位于炉中的开口处；该开口即通过其供给光包芯线以进入容器的入口点。
[0044]
优选地，供给光包芯线的位置不位于枢转轴线a
p
上。即，供给光包芯线的位置不是在容器中心的位置。“在容器中心的”位置在此应当被理解为容器内的点，该点位于容器的直径的一半宽度处。优选地，供给光包芯线的位置位于容器的侧壁附近。
[0045]
如本领域技术人员将理解，供给光包芯线的位置离容器中的中心位置越远，该位置与熔融金属熔池的表面之间的距离的所得差值将越大。换句话说，该点定位得越靠近容器的侧壁，对炉的倾斜运动的影响将越大。
[0046]
在代表性容器配置中，熔融金属熔池的表面与供给出光包芯线的位置的距离的差值可多达每一倾斜度10cm；即，从+3
°
到-3
°
的倾斜造成熔融金属熔池的表面与供给出光包芯线的位置的距离的多达60cm的差值。
[0047]
本发明提供了一种用包括光包芯线的装置确定温度值的方法。优选地，该光包芯线是被金属管侧向包围的光纤。优选地，光纤是柔性的、透明的纤维。光纤最常用作在纤维的两个端部之间传输光(尤其是在ir波长范围内的光)的装置。优选地，光纤由玻璃或塑料、更优选是由石英玻璃形成。优选地，光纤选自渐变折射率纤维和单模阶跃折射率纤维。
[0048]
包围光纤的金属管可完全环绕光纤，或者其可至少部分地开放以使得壳体不完全环绕光纤。
[0049]
优选地，包围光纤的金属管的金属是铁或钢、优选是不锈钢。
[0050]
在优选实施方案中，光包芯线的线性密度在25g/m至80g/m的范围内、更优选是在35g/m至70g/m的范围内。线性密度由其每单位长度的质量限定。
[0051]
优选地，光包芯线被至少一个附加金属管侧向包围，即，至少两个金属管侧向包围光纤。优选地，光包芯线居中布置在至少一个附加金属管中。
[0052]
优选地，该至少一个附加金属管不与光包芯线接触。更优选地，在这些至少两个金属管之间的空隙空间至少部分地填充有选自气态或固体材料或它们的组合的材料。固体材料优选地选自无机材料、天然聚合物、合成聚合物和它们的组合。气态材料优选地是气体或气体混合物。更优选地，气体是空气或惰性气体。
[0053]
根据优选实施方案，光包芯线包括布置在至少一个金属管中的多个分隔元件，从而在分隔元件之间形成至少一个隔室。这里，术语“隔室”涉及在管中的不同分隔元件之间的容积。术语“分隔元件”涉及布置在管内部的部件，其细分管内的容积。优选地，分隔元件
是盘状元件，其布置在包括开口的管内部，光包芯线延伸穿过该管，并且该管可至少部分地支撑光包芯线。分隔元件的材料优选地选自硅树脂(优选是双组分硅树脂)、橡胶、皮革、软木、金属和它们的组合。
[0054]
优选地，包围光包芯线的金属管被另外的层包围。根据特定优选元件，该另外的层是至少一个另外的金属管层或包括多个片(优选是纤维)的至少一个层。
[0055]
在另外的优选实施方案中，该至少一个附加层的材料具有网、网状物、编织或针织结构的形式。
[0056]
优选地，该至少一个附加层包含非金属材料、最优选是有机材料。
[0057]
应当理解，光包芯线可包括上述配置的任何组合。根据特定优选实施方案，光包芯线被另外的层和第二金属管侧向包围。
[0058]
用于应用根据本发明的方法的装置还包括检测器。检测器耦接到光包芯线的一个端部并接收由光纤传输的光信号、特别是在ir波长范围内的光信号。优选地，检测器在本发明的上下文中是高温计。
[0059]
光包芯线具有浸入端部和相对端部。光包芯线的前尖端是光包芯线的浸入端部的尖端。优选地，当应用根据本发明的方法时，光包芯线在从浸入端部朝向相对端部的方向上被消耗，并且在每个测量序列之后，光包芯线的另一个部分将是浸入端部；即，在每个测量序列之后，新产生前尖端。相对端部连接到检测器并且在测量期间将不会被消耗。
[0060]
在根据本发明的方法的步骤(a)中，提供将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集。
[0061]
优选地，数据集包括其中一种类型的数据的一个特定值被指派给另一种类型的数据的特定值的数据对。更优选地，该数据集包括其中一种类型的数据的一个特定值被指派给模型、若干步骤的序列等的数据对。
[0062]
测量轮廓mp应当被理解为进行以获得感兴趣值的步骤序列。在本发明的上下文中，感兴趣值是熔融金属熔池的温度。
[0063]
在优选实施方案中，测量轮廓mp至少限定在该熔融金属熔池的表面上方的第一位置p1处提供该光包芯线的前尖端的步骤。
[0064]
第一位置p1可位于容纳熔融金属熔池的容器上方或在该容器内。在第一位置p1处的前尖端可与任选存在的熔渣层接触或可不与其接触。
[0065]
优选地，第一位置p1不位于枢转轴线a
p
上，即，第一位置p1不居中位于熔融金属熔池上方。优选地，第一位置p1位于容器的侧壁附近。
[0066]
在优选实施方案中，测量轮廓mp至少限定将该光包芯线的该前尖端从第一位置p1朝该熔融金属熔池供给到第二位置p2的步骤。
[0067]
本领域技术人员将理解，“提供前尖端”和“供给前尖端”必然包括提供和供给光包芯线，即，提供具有前尖端的光包芯线并移动具有其前尖端的光包芯线。
[0068]
第二位置p2优选地在从熔融金属熔池的表面上方的点朝熔融金属熔池的表面的液位处的点限定的方向上位于第一位置p1下方。
[0069]
优选地，测量轮廓mp限定在两个时间点t0和t2内的时间段期间朝熔融金属熔池从第一位置p1到第二位置p2的供给。应当理解，t2晚于t0。
[0070]
优选地，测量轮廓mp限定至少一个供给速度v
fed
，该光包芯线的该前尖端以该供给
速度v
fed
从第一位置p1朝该熔融金属熔池供给到第二位置p2。
[0071]
应当理解，供给速度v
fed
是指前尖端在其朝向熔融金属熔池的表面并在该表面下方供给期间的平均速度。
[0072]
优选地，根据第一位置p1与第二位置p2之间的限定距离限定供给速度v
fed
。根据第一位置p1与第二位置p2之间的距离限定供给速度v
fed
优选地产生期间光包芯线的前尖端暴露于在冶金容器内部的恶劣环境的时间段，该时间段是恒定的，与前尖端必须从第一位置p1供给到第二位置p2的距离无关。优选地，第一位置p1与第二位置p2之间的距离被限定得越长，供给速度v
fed
被限定得越快。
[0073]
在优选实施方案中，以至少两个供给速度v
fed
1和v
fed
2进行供给。应当理解，供给速度v
fed
1和v
fed
2是指供给光包芯线的前尖端的平均速度。
[0074]
优选地，光包芯线的前尖端在第三位置p3处通过熔融金属熔池的表面。第三位置p3优选地位于第一位置p1下方和第二位置p2上方。
[0075]
熔融金属熔池的表面可以是面向容器的气氛的表面，或者在存在熔渣层的情况下，可以是面向熔渣层的表面。
[0076]
优选地，第二位置p2在熔融金属熔池表面下方的浸入深度i1。就本发明而言的浸入深度应当被理解为前尖端距熔融金属熔池的表面的距离并沿垂直于表面的轴线确定。换句话说，浸入深度i1是第三位置p3与第二位置p2之间的距离。
[0077]
优选地，在两个时间点t1和t2内的时间段期间，光包芯线的前尖端位于熔融金属熔池的表面下方。应当理解，两个时间点t1和t2晚于时间点t0，并且时间点t2晚于时间点t1。时间点t1是前尖端进入熔融金属熔池的时间点；即，从此浸入熔融金属熔池的表面下方的时间点。换句话说，t1是前尖端通过第三位置p3的时间点。
[0078]
优选地，测量轮廓mp限定第一供给速度v
fed
1和第二供给速度v
fed
2，在时间点t0和t1内的时间段期间以第一供给速度供给前尖端，在时间点t1和t2内的时间段期间以第二供给速度供给前尖端。
[0079]
在优选实施方案中，第二供给速度v
fed
2包括多于一个供给速度。
[0080]
可能有利的是，浸入角在45
°
至90
°
的范围内，优选地在60
°
至90
°
的范围内，最优选地浸入角为90
°
。该角度被定义为熔融金属熔池的表面与沿光包芯线在最佳直线上的轴线之间的角度。90
°
可被理解为光包芯线垂直于熔融金属熔池的表面的浸入。
[0081]
在优选实施方案中，测量轮廓mp至少限定在时间点t0和t2内的测量时间段内获得温度信息的步骤。优选地，测量轮廓mp限定在时间点t1和t2内的测量时间段内获得温度信息的步骤。
[0082]
为了获得温度信息，记录由熔融金属熔池发出并由光包芯线传送到检测器的辐射，尤其是在ir波长范围内的辐射。辐射的强度和/或光谱信息可由连接到检测器的处理单元处理。优选地，在获得温度的时间点或在获得温度的测量时间段期间将光包芯线的前尖端浸入熔融金属熔池的表面下方。
[0083]
优选地，在造成确定测量温度值的步骤中获得温度信息。根据优选实施方案，温度值可由单点测量或多点测量确定。
[0084]
优选地，测量温度值是一系列数据点的均值。更优选地，基于处理一系列数据点的算法的应用来导出测量温度值。
[0085]
根据优选实施方案，测量轮廓mp限定在时间点t0和t2内的静止时间段内的步骤，在该静止时间段期间，暂停光包芯线的前尖端的供给，或者以低速供给该光包芯线的该前尖端。优选地，测量轮廓mp限定在时间点t1和t2内的静止时间段。如本文所用的术语“暂停前尖端的供给”是指不主动地移动前尖端。这两种另选方案，即暂停供给或以低速供给，造成前尖端的位置因消耗而朝向熔融金属熔池的表面移动。然而，前尖端仍浸入在熔融金属熔池的表面下方。
[0086]
低速优选地低于0.2m/s的速度，更优选是低于0.1m/s的速度。
[0087]
在优选实施方案中，测量轮廓mp至少限定以速度v
ret
将光包芯线的前尖端缩回到在熔融金属熔池上方的位置的步骤。速度v
ret
可比供给速度v
fed
更慢、相同或更快。
[0088]
本领域技术人员将理解，缩回光包芯线的前尖端是在从熔融金属熔池到在熔融金属熔池上方的位置的方向上的移动。
[0089]
优选地，在时间点t2之后，光包芯线的前尖端朝在熔融金属熔池的表面上方的位置缩回。
[0090]
优选地，光包芯线的前尖端朝第一位置p1缩回。由于光包芯线的前尖端在如在测量轮廓mp中限定的测量序列期间被消耗并不断地重建，因此前尖端与第一位置p1之间的距离将在前尖端浸入熔融金属熔池的表面下方的时间段期间、即使在暂停馈送时缩短。因此，光包芯线的重建前尖端缩回的距离优选地将短于光包芯线的初始前尖端从第一位置p1供给到第二位置p2的距离。
[0091]
优选地，光包芯线的前尖端缩回到第四位置p4。优选地，第四位置p4与第一位置p1相同。
[0092]
优选地，该测量轮廓mp限定以下步骤中的至少一个步骤：
[0093]
(i)提供该光包芯线，其中该光包芯线的前尖端在该熔融金属熔池的表面上方的第一位置p1处；
[0094]
(ii)在时间点t0和t2内的时间段内以至少一个供给速度v
fed
将指向熔融金属熔池的前尖端从第一位置p1供给到在熔融金属熔池的表面下方的浸入深度i1的第二位置p2，其中在时间点t1和t2内的时间段期间，光包芯线的前尖端在熔融金属熔池的表面下方；
[0095]
(iii)获得在时间点t1到t2内的测量间段内的温度信息；
[0096]
(iv)以速度v
ret
使所述光包芯线缩回到在所述熔融金属熔池上方的位置。
[0097]
优选地，以连续次序进行步骤(i)、(ii)和(iv)。
[0098]
优选地，步骤(iii)至少部分地在步骤(ii)期间进行。
[0099]
优选地，将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集将测量轮廓mp的至少一个步骤中的至少一个参数的限定与炉倾度值fi相关。
[0100]
该上下文中的参数应当被理解为如在测量轮廓mp中所限定的至少一个步骤中限定的位置、速度和时间点。
[0101]
优选地，测量轮廓mp中的第一位置p1和第二位置p2之间的距离基于炉倾度值fi来限定。
[0102]
优选地，第一位置p1与第二位置p2之间的距离从预定初始位置针对炉的每个倾斜度调适2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。术语“预定初始位置”是指根据定义具有0
°
的炉倾度值的位置；即，限定中间位置的位置。
[0103]
在优选实施方案中，第一位置p1和第二位置p2之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上和在第二方向上的每个倾斜度调适相同长度。当容纳熔融金属熔池的容器被构建为对称的时，该实施方案可以是优选的。
[0104]
在另外的优选实施方案中，第一位置p1与第二位置p2之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上的每个倾斜度调适第一长度并针对炉在第二方向上的每个倾斜度调适第二长度。当容器被构建为非对称的时或如果枢转轴线a
p
不是居中定位时，该实施方案可以是优选的。
[0105]
优选地，第一位置p1与第二位置p2之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上的每个倾斜度延长2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。
[0106]
优选地，第一位置p1与第二位置p2之间的距离从预定初始位置针对炉在第二方向上的每个倾斜度缩短2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。
[0107]
优选地，测量轮廓mp中的第二位置p2和第四位置p4之间的距离基于炉倾度值fi来限定。
[0108]
优选地，针对炉的每个倾斜度，将第一位置p1与第二位置p2之间的距离与第二位置p2与第四位置p4之间的距离调适相同长度。
[0109]
优选地，从预定初始位置针对炉的每个倾斜度，第二位置p2与第四位置p4之间的距离调适2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。
[0110]
在优选实施方案中，第二位置p2与第四位置p4之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上和在第二方向上的每个倾斜度调适相同长度。当容纳熔融金属熔池的容器被构建为对称的时，该实施方案可以是优选的。
[0111]
在另外的优选实施方案中，第二位置p2与第四位置p4之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上的每个倾斜度调适第一长度并针对炉在第二方向上的每个倾斜度调适第二长度。当容器被构建为非对称的时或如果枢转轴线a
p
不是居中定位时，该实施方案可以是优选的。
[0112]
优选地，第二位置p2与第四位置p4之间的距离从预定初始位置针对炉在第一方向上的每个倾斜度延长2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。
[0113]
优选地，第二位置p2与第四位置p4之间的距离从预定初始位置针对炉在第二方向上的每个倾斜度缩短2cm至20cm、优选是5cm至15cm、最优选是8cm至12cm。
[0114]
优选地，将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集另外将测量轮廓与光包芯线的特性相关。
[0115]
优选地，光包芯线的特性是其线性密度。线性密度由其每单位长度的质量限定。
[0116]
优选地，测量轮廓mp的时间点t0和t2内的时间段的持续时间被限定得越长，光包芯线的线性密度越高。
[0117]
优选地，测量轮廓mp的供给速度v
fed
被限定得越低，光包芯线的线性密度越高。
[0118]
在根据本发明的方法的步骤(b)中，针对时间点t(n)确定炉倾度值fi(n)。
[0119]
优选地，炉倾度值fi(n)是指在时间点t(n)的炉倾度的值。
[0120]
存在可用于确定炉倾度值fi的一定范围的可能性。在优选实施方案中，基于在冶金容器中、冶金容器上或冶金容器处实施的检测系统、基于炉倾度的过程控制机构的数据的输入或基于金属制作过程的已知的时间点的输入，通过直接测量来确定炉倾度值fi。检
测系统可包括但不限于旋转可变电容传感器、感应传感器和dc伺服马达传感器。
[0121]
在根据本发明的方法的步骤(c)中，从将炉倾度值与对应的测量轮廓mp相关的所提供的数据集选择对应于炉倾度值fi(n)的测量轮廓mp(n)。
[0122]
在根据本发明的方法的步骤(d)中，在时间点t(n)处应用测量轮廓mp(n)以获得测量温度值。
[0123]
测量轮廓mp(n)的应用造成确定在时间点t(n)处熔融金属熔池的测量温度值。
[0124]
优选地，在预定浸入深度i1获得温度信息。
[0125]
获得在预定浸入深度的温度信息将产生最准确且可再现的测量结果。
[0126]
优选地，浸入深度i1是恒定的；即，浸入深度i1与炉倾度值fi无关。换句话说，在步骤(c)中选择的测量轮廓mp(n)被选择为与炉倾度值fi(n)成使得光包芯线的前尖端的供给将引起前尖端浸入特定浸入深度i1的关系。如本领域技术人员将理解的，浸入深度i1可由第一位置p1与第二位置p2之间的距离控制，该距离在测量轮廓mp中限定。
[0127]
优选地，以连续次序进行步骤(b)至(d)。
[0128]
优选地，在步骤(c)至(d)之前进行步骤(a)。
[0129]
更优选地，以下列次序中的一个次序进行方法：
[0130]
(a)-(b)-(c)-(d)或者
[0131]
(b)-(a)-(c)-(d)。
[0132]
在优选实施方案中，在步骤(a)中提供的数据集还将熔融金属熔池的表面的液位与测量轮廓mp相关。
[0133]
优选地，该方法包括确定熔融金属熔池的表面的液位。
[0134]
本领域技术人员已知多种多样用于确定熔融金属熔池的液位的方法。此类方法包括但不限于结合熔融材料的已知密度和容器的设计或测量装置的应用来确定原材料的装载质量。这种测量装置可以是基于接触的传感器(如浸渍喷枪)或基于非接触的传感器(其可基于雷达、微波、红外、电磁、感应或光学信号检测)，以及利用间接方法(如测量在容器内部的压力)的传感器。优选地，传感器位于容器内的熔融金属熔池上方，使得传感器捕获指示传感器与熔融金属表面之间的距离的数据。
[0135]
优选地，在初始位置确定熔融金属熔池的液位；该初始位置即0
°
的炉倾度值fi。
[0136]
在优选实施方案中，步骤(a)中提供的数据集还将光包芯线的前尖端的位置与测量轮廓mp相关。
[0137]
优选地，该方法包括确定光包芯线的前尖端的位置。
[0138]
优选地，光包芯线的前尖端的位置借助传感器确定。这种传感器可选自气动传感器、感应传感器和光学传感器。
[0139]
根据本发明的优选实施方案，重复进行本文所述的程序。
[0140]
本发明还提供了一种用于确定炉中的熔融金属熔池的温度值的系统，其中该炉具有炉斜度。该系统包括装置和模块，其中该模块适于与该装置交互。
[0141]
优选地，该系统被配置为进行根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤：
[0142]
(a)提供将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集；
[0143]
(b)确定时间点t(n)的炉倾度值fi(n)；
[0144]
(c)从将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的所提供的数据集选择对应于所述
炉倾度值fi(n)的测量轮廓mp(n)；
[0145]
(d)在时间点t(n)处应用所述测量轮廓mp(n)以获得测量温度值。
[0146]
对于与本发明方法相关的优选实施方案，参考以上给出的优选实施方案。
[0147]
根据本发明的系统包括装置，其中该装置包括光包芯线和检测器。对于与光包芯线和检测器相关的优选实施方案，参考以上针对本发明方法给出的优选实施方案。
[0148]
根据本发明的系统包括模块，其中该模块包括存储单元s、处理单元p和控制单元c。
[0149]
优选地，存储单元s、处理单元p和控制单元c被配置为彼此交互。
[0150]
根据本发明，该模块的存储单元s包括用于提供将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的数据集的存储元件s1。
[0151]
根据本发明，该模块的处理单元p包括用于确定炉倾度值fi的处理元件p1和用于从将炉倾度值fi与对应的测量轮廓mp相关的所提供的数据集选择对应于炉倾度fi(n)的测量轮廓mp(n)的处理元件p2。
[0152]
在优选实施方案中，该处理单元p被配置为处理存储在存储单元中的信息。
[0153]
根据本发明，该模块的控制单元c包括用于应用测量轮廓mp(n)以获得测量温度值的控制元件c1。控制元件c1优选地是处理器或可编程逻辑。
[0154]
在优选实施方案中，该控制单元c被配置为控制装置。
[0155]
在优选实施方案中，该系统可包括供给装置。在本发明的上下文中，供给装置可被理解为允许将光包芯线供给到熔融金属熔池中的装置。这种装置可选自供给器、供给控件、矫直机和引导管和它们的组合。
[0156]
根据优选实施方案，该系统还可包括线圈，该线圈适应该光包芯线的长度。
[0157]
根据优选实施方案，该系统还包括倾斜装置。优选地，倾斜装置包括选自马达、齿轮、链传动装置、液压装置和它们的组合的一种装置。
[0158]
根据优选实施方案，该模块的控制单元包括用于控制倾斜装置的控制元件c2。控制元件c2优选地是处理器或可编程逻辑。
[0159]
随后应相对于附图所示的实施方案更详细地描述本发明的基本思想。
[0160]
然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和工具。在本文中：
[0161]
图1示出了光包芯线的不同设计的示意性横截面图。
[0162]
图2示出了具有熔融金属熔池的示例性设施的示意图，该熔融金属熔池的温度应被确定。
[0163]
图3示出了具有典型设施以用于确定温度的电弧炉(eaf)的详细示意图。
[0164]
图4示出了具有不同的炉倾斜度的示例性冶金容器的示意图。
[0165]
图5示出了关于枢转轴线a
p
的另外的示例性容器几何形状。
[0166]
图6示出了位置-时间曲线图，其指示在应用代表性测量轮廓期间光包芯线的前尖端的浸入。
[0167]
图7示出了位置-时间曲线图，其指示在应用另一个代表性测量轮廓期间光包芯线的前尖端的浸入。
[0168]
图8示出了根据本发明的实施方案的系统的示意图。
[0169]
图9示出了根据本发明的实施方案的模块的示意图。
[0170]
图1示出了根据本发明的示例性实施方案的光包芯线的不同设计的示意性横截面图。图1a示出了光包芯线1'，其包括被金属管3'包围的光纤2'。
[0171]
图1b示出了光包芯线1”，其包括被金属管3”包围的光纤2”。第二金属管4”另外包围金属管3”。在两个金属管5”之间的空隙空间未填充固体材料；即，空隙空间可包括气体或气体混合物。
[0172]
图1c示出了光包芯线1”'，其包括被金属管3”'和第二金属管4”'包围的光纤2”'。在两个金属管5”'之间的空隙空间填充有填充材料，例如来自有机材料或无碱玻璃的纤维。
[0173]
图2示出了具有熔融金属熔池7的示例性设施6的示意图，该熔融金属熔池的温度应当被确定。
[0174]
设施6包括光包芯线1，该光包芯线至少部分地位于线圈8上并至少部分地从线圈8展开来进行测量。光包芯线9的一个端部连接到检测器10，该检测器继而可连接到计算机系统(未示出)以处理用光包芯线1和检测器10获得的数据。
[0175]
熔融金属熔池7被容纳在容器11中，该容器可以是电弧炉(eaf)或熔融金属处理领域技术人员已知的任何转化器的部分。光包芯线1由移动装置12引导通过容器11中具有入口点14的导管13。移动装置12包括用于移动光包芯线1的辊，并且可包括用于驱动辊中的至少一个辊的伺服马达。所示的配置用作示例，具有相应的入口点14的盖22不是本发明的先决条件。
[0176]
所示的配置示出了光包芯线1的示例性测量位置p2，其中前尖端15浸入在熔融金属熔池mbs的表面下方。在所呈现的实施方案中，光包芯线1相对于熔融金属熔池mbs的表面的浸入角为90
°
。然而，该角度可根据冶金设施的构造细节变化。
[0177]
光包芯线1的从线圈8延伸到容器14的入口点的部分的温度可被认为是低的，该温度可以是在从室温直至100℃的范围内的温度。一旦在熔融金属熔池7的方向上经过入口点14，首先遇到高达1700℃或甚至更高的热气氛，之后是熔渣层17，继而之后是熔融金属熔池7。通向容器的入口点14可被配备有吹气喷枪18以防止金属和熔渣渗透到引导管13中。
[0178]
每个冶金容器的熔融金属熔池mbs的最佳液位可根据该冶金容器的设计和操作模式而大概已知。
[0179]
为了获得温度测量，用光包芯线1在浸入端部15处的前尖端将该光包芯线朝向熔融金属熔池7供给到位置p2处的所需浸入深度。为了获得可靠温度测量结果，可能期望在熔融金属熔池中的或多或少的固定浸入深度处进行测量。合适的供给系统12将准确地控制光包芯线1的供给速度。
[0180]
在测量序列之后，将熔融并因此消耗光包芯线的浸入熔融金属熔池19中的部分。该部分的长度用lc指示。应当理解，长度lc与光包芯线被供给到的浸入深度相关。在进行测量之后，光包芯线20的位于热气氛中并延伸通过熔渣层的部分可被供给回到线圈8的方向中并可被重新用于下一次测量。长度ld与已经位于容器内部但在测量期间未消耗的光包芯线的长度相关。光包芯线的被供入冶金容器中的总长度l
t
是光包芯线的已经消耗的长度lc和已经位于容器内部的长度ld的和。
[0181]
图3示出了炉110(特别是eaf)的详细示意图，其中典型设施包括用于温度测量的光包芯线1。用于炼钢的eaf通常包括容纳熔融金属熔池7的容器11、一个或多个电极23可通过其进入炉的可移除盖22和布置在容器11的一侧上的平台24。如在eaf的视图中所示，容纳
熔融金属熔池7的主体不一定关于中心轴线a
p
对称，而是也可设计成不对称的。用于加热金属的电极23通常布置在容器11上方。
[0182]
在所示的配置中，光包芯线1进入容器11所通过的入口点14布置在平台24上。包括移动装置12的浸入装置也布置在平台24上(为了清楚起见，未示出)。所示的配置示出了在代表性中间位置的容器11；即，没有倾斜。
[0183]
在操作中的这种eaf配置(即，具有已熔化到熔融金属熔池中的金属的载荷)中，熔融金属熔池的深度在1m的范围内，并且从入口点14到熔融金属熔池的表面的距离在1m至1.5m的范围内。这种容器的典型内径介于6m至7m之间，但是具有高达9m内径的更大设备也是常见的。从eaf的中心到安装在平台上的入口点14的距离在3m至3.5m的范围内。这些数字强调的是，所有附图未按比例绘制，而是以尺寸比例示出各项以阐明实现本发明的情况。
[0184]
图4示出了具有冶金容器11'的示例性炉110'的示意图，该冶金容器具有不同的炉倾斜度。可理解，元件和它们彼此的比例未按比例绘制，而是为了更详细地说明本发明。典型地，容器的倾斜在+3
°
至-3
°
的范围内，为了更好地阐明，选择如图所示的10
°
的倾斜。
[0185]
光包芯线1通过位于容器的侧壁附近的入口点14被引导到容器11'中。入口点14也可处于与第一位置p1相同的位置处，在示例性测量轮廓中，从该第一位置发起光包芯线的供给。在图4a中，光包芯线的前尖端被供给到的位置被标记为p2，为了清楚起见，图4b和图4c中省略了该标记。
[0186]
图4a至图4c示出了熔融金属熔池的表面mbs、居中枢转轴线a
p
和倾斜轴线a
t
之间的关系。炉倾度值是指也可用于限定在容器11'的不同配置中的炉倾度值的水平平面ph。此外，对于不同的炉配置，示出了进入容器11'的光包芯线的总长度l
t
，其被定义为光包芯线的浸入熔融金属熔池的表面mbs下方的长度lc与光包芯线的进入容器11'但未浸入熔融金属熔池的表面mbs下方的长度ld的和。
[0187]
图4a示出了在代表性中间位置的容器11'，该中性位置是指0
°
的炉倾度值。枢转轴线a
p
被配置为垂直于容器11'的底部并与倾斜轴线a
t
对准。两个轴线垂直于水平平面ph，该水平平面与容器11'的底部对准。
[0188]
图4b示出了在向一侧倾斜10
°
的位置的容器11'。炉倾度值由枢转轴线a
p
与倾斜轴线a
t
之间的角度限定。另选地，炉倾度值可由水平平面ph与容器11'的底部之间的角度限定。
[0189]
图4c示出了在向另一侧倾斜10
°
的位置的容器11'，根据定义，炉倾度值具有负数学符号。
[0190]
图4a至图4c示出了其中进入容器11'的光包芯线l
t
的总长度恒定的配置。炉的倾斜影响光包芯线1的前尖端的浸入深度，该浸入深度由光包芯线的浸入熔融金属熔池的表面mbs下方的长度lc表示。本发明的目的是在进行温度测量时考虑在移动的炉110'的情况下的该变化的浸入深度。
[0191]
图5示出了冶金炉的关于枢转轴线a
p
的另外的示例性容器几何形状。为了清楚起见，未示出附加部分。图5a示出了具有圆底容器11”的炉110”，其中枢转轴线a
p
居中布置在中间位置。在图5b中，示出了具有非对称容器11”'的炉110”'。在容器11”'相对于枢转轴线a
p
倾斜的情况下，当倾斜到一侧或另一侧时，熔融金属熔池mbs的液位将移动到相对于入口点14的不同范围。
[0192]
图6示出了位置-时间曲线图，其指示在应用示例性测量轮廓期间光包芯线的前尖
端的浸入。x轴示出时间，而y轴指示前尖端的位置。熔融金属熔池的表面mbs的位置被指示用于取向。在测量开始之前；即，在t0之前，前尖端定位在称为第一位置p1的起始点处。这可在冶金容器内部并接近入口点；即，接近光包芯线进入容器的点。在从t0到t2的持续时间内以供给速度朝向熔融金属熔池供给光包芯线并将该光包芯线供给到该熔融金属熔池中的第二位置p2。该持续时间通常在数秒范围内。光包芯线的前尖端在时间点t1进入熔融金属熔池，即，t1是前尖端浸入熔融金属熔池的表面下方的时间点。在所示的曲线图中，应用单个供给速度，但是供给可包括具有不同的供给速度的几个阶段。在进行测量期间甚至可包括无供给的阶段；即，静止阶段，如图7所示的曲线图所指示，其表示另一个优选实施方案。在t1到t2期间的测量时间段期间获得温度测量。前尖端必须被浸入熔融金属熔池的表面下方以获得可靠测量。已经发现，在该点将前尖端提供在恒定浸入深度允许获得最准确的结果。在供给的更早阶段中获得的温度值通常可能不表示熔融金属熔池的本体温度。在t2之后，将光包芯线从熔融金属熔池缩回到在表面上方的位置。理想地，光包芯线的浸入熔融金属熔池的表面lc下方的部分被消耗直到t2。
[0193]
出于给定原因，有利的是，供给方案的参数被调整适于冶金容器的物理配置，该物理配置影响熔融金属熔池的表面液位与光包芯线的前尖端的位置的关系，从该位置发起测量序列并在获得测量时向该位置供给前尖端。
[0194]
此外，应用根据本发明的方法将使在测量序列期间消耗的光包芯线量最小化，因为可以使得仅最少量的光包芯线浸入熔融金属熔池的表面下方并因此被消耗的方式选择浸入深度。
[0195]
已经观察到，在应用测量轮廓期间被应用以获得温度值的不同参数提供不同的测量品质。测量轮廓的测量品质是指与通过使用固定安装的标准热电偶获得的测量值相比不同的测量准确度。本发明的基本思想是使特定测量轮廓适应于在期间进行测量的时间点存在于冶金容器内部的环境。
[0196]
图8示出了根据本发明的实施方案的系统30的示意图。系统30被配置为进行根据本发明的方法。特别地，该系统被配置为提供数据集，从而将炉倾度与实现炉的相应配置的最佳测量品质的测量轮廓相关。系统30还被配置为确定配置，即，炉的倾度值。另外，系统30被配置为从所提供的数据集选择测量轮廓。此外，系统30被配置为应用该测量轮廓并获得温度。
[0197]
该系统包括装置40，其中该装置40包括光包芯线和检测器。此外，该系统包括模块50。装置40和模块50适于彼此交互；即，该模块被配置为用装置40进行根据本发明的方法，从而得到熔融金属熔池的温度值的测量。
[0198]
图9更详细地示出了模块50的示意图。模块50包括存储单元s、处理单元f和控制单元c。
[0199]
附图标号的列表
[0200]
1、1'、1”、1”'光包芯线
[0201]
2'、2”、2”'光纤
[0202]
3'、3”、3”'金属管
[0203]
4”、4”'第二金属管
[0204]
5”、5”'在金属管之间的空隙空间
[0205]
6设施
[0206]
7熔融金属熔池
[0207]
8线圈
[0208]
9相对端部(包芯线的连接到检测器的端部)
[0209]
10检测器
[0210]
110、110'、110”、110”'炉
[0212]
11、11'、11”容器；冶金容器
[0213]
12移动装置
[0214]
13导管
[0215]
14入口点
[0216]
15光包芯线的前尖端
[0217]
mbs熔融金属熔池的表面
[0218]
17熔渣层
[0219]
18吹气喷枪
[0220]
19浸入熔融金属熔池中的包芯线的部分
[0221]
20经受热气氛和熔渣的包芯线的部分
[0222]
22可移除盖
[0223]
23电极
[0224]
24平台
[0225]
30系统
[0226]
40装置
[0227]
50模块
[0228]
s存储单元
[0229]
p处理单元
[0230]
c控制单元
[0231]
lc浸入熔融金属熔池中的光包芯线的长度
[0232]
ld位于容器内部的光包芯线的长度
[0233]
l
t
供给到容器中的光包芯线的总长度
[0234]
p1光包芯线的前尖端的初始位置
[0235]
p2光包芯线的前尖端被供给到熔融金属熔池的表面下方的位置a
p
枢转轴线
[0236]at
倾斜轴线
[0237]
ph水平平面