JP2018151371A - 溶湯浴の温度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器に使用するための光コアワイヤの供給を制御する方法を提供する。【解決手段】容器に収容された溶湯にコアワイヤ６を供給する方法であって、コアワイヤを、コアワイヤの先端部１０が容器の入口位置３５に近接する第１位置に配置し、入口位置は溶湯表面１６の上方にあり、コアワイヤは光ファイバと光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、コアワイヤを、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、第１位置からコアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面２０内にある第２位置まで、第１速度で第１期間にわたって供給し、光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、コアワイヤを第２速度で第２期間にわたって供給して溶湯の第１測定を行う。【選択図】図３

Description

技術分野
本発明は、溶湯浴の温度を測定する方法に関し、特に、電気炉内の溶湯浴の温度を、カバーで囲まれた光ファイバによって測定する方法に関する。

背景技術
溶湯の温度を測定するのに使用することのできるカバー付光ファイバが英国特許出願第１５１８２０８．２号（２０１５年１０月１４日出願）に開示されている。被覆された光ファイバは、スプールから巻き解かれ、ガイドパイプを介して溶湯浴へと供給される。光ファイバの一部が予測可能な深さで溶湯に浸漬されるときに、黒体状態での溶湯から放射される放射光により、浸漬された消費光ファイバの反対側の端部に取り付けられた光電変換素子を使用した放射強度を利用して溶湯の温度を決定することができるようになる。この測定の間に、光ファイバの浸漬部分は溶湯浴によって消費されるため、新たな光ファイバを継続的に供給することによってしか継続的な温度情報が利用可能とはならない。

石英ガラス光ファイバの失透により、透過光の減衰が生じる、すなわち、この損傷程度に比例した誤差が生じる。当該技術分野では、浸漬された光ファイバは、確かな性能を得るために、光コアの失透速度以上の速度で消費されなければならないことが周知である。消費光ファイバを溶湯に供給するための様々なスキームは、全て光ファイバコアの失透前に光ファイバコアを溶湯に曝すように設計されている。しかしながら、失透速度は、光コアワイヤの構造、溶湯浴の温度、流体運動、溶湯浴を覆うスラグの量及び種類などの溶湯浴の実際の条件、並びに光ファイバが各測定サイクルの前後に曝される金属容器の熱的環境に依存する。光ファイバが金属処理中の様々な時間に様々な金属容器に導入される間に曝される多数の様々な条件のため、多数の供給スキームが生じる可能性がある。

従って、解決すべき課題は、実用的で、様々な溶湯容器に適用することができ、且つ、光ファイバの使用前、使用中及び使用後、特に測定シーケンスにおける連続測定に使用する際の光ファイバの劣化を考慮に入れた、光コアワイヤを溶湯浴に供給するための特定の方法を確立することである。

米国特許第５，５８５，９１４号には、５ｍｍ／秒の速度で１０秒間ノズルを通して溶湯浴に供給することができる単一の金属ジャケット付光ファイバが記載されている。次いで、浸漬したファイバは浸漬位置で２０秒間保持される。この方法を周期的に実施する場合には、この方法は連続的であるとみなすことができる。このタイプの操作を行うには、単一金属ジャケット付光ファイバを、５Ｎｍ³／時及び１２１Ｎｍ／秒の速度の連続ガスシュラウディングを必要とする容器の側壁のノズルを通して金属表面の下方の位置から供給する。この方法の利点は、供給されていない光ファイバがガスシュラウディングによって保冷されることである。しかしながら、米国特許第５，５８５，９１４号に教示されるように、このタイプの溶湯への浸漬アクセスを使用することに関連する課題は、ノズルを開いたままにし、障害のないようにする能力である。開口部が閉塞すると、連続的な供給は不可能になる。米国特許第８，０３８，３４４号には、開口部が閉塞されているかどうかを判断するために、追加の圧力測定をこのようなガスパージノズルと共に採用すべきことが記載されている。

この問題を回避するために、光ファイバを溶湯表面の上方から溶湯浴中に供給することができる。しかしながら、この方法も、いくつかの固有の問題がないわけではない。光ファイバは、ガイドチューブの出口から溶融スラグのカバーを通って最終的にスラグ表面の下方の溶湯浴中までの距離を移動しなければならない。正確な測定のために必要な黒体条件を形成するためには、ファイバを溶湯浴まで及び溶湯浴によって代表される冶金容器内の位置まで最小の距離で浸漬しなければならない。光ファイバが溶湯浴に浸漬されるこの時間の間に、光ファイバの金属ジャケットは放射、対流及び伝導加熱に曝される。光ファイバの軟化により、光ファイバの浮力のため溶湯浴の外側で光ファイバの屈曲が生じる可能性があり、これは溶湯浴の流体電流によって助長される場合がある。従って、溶湯処理容器の過酷な産業環境では、測定期間中に黒体状態を確保するために適宜光ファイバの所定の深さを維持することは、温度上昇に伴う従来技術の金属ジャケット付光ファイバにおける本来的な弱点のため困難であることが分かっている。

鋼製外側カバーを有する多層ワイヤを鋼鉄製品に使用して、添加物質を溶湯浴に選択的に導入する。例えば、独国特許出願公開第１９９１６２３５号、独国特許出願公開第３７１２６１９号、独国特許第１９６２３１９４号、米国特許第６，７７０，３６６号及び米国特許第７，９０６，７４７号に開示されている当該ワイヤは、溶湯、特に溶鋼に添加物を繰返し可能に曝すことに関する。コアワイヤ、充填ワイヤ又はワイヤ成型添加物を使用してこれらのドーピング物質を鋼に添加する効率は、ドーピング添加物を溶湯表面の下方の特定の距離にまで供給することに依存する。これは、外側の鋼製ジャケットの破壊、すなわち、添加物を溶湯に曝すことが所定の深さで生じることを保証するのに十分な速度で、特定の長さの添加物付コアワイヤを送り出すことができる特別な機械及び供給方法によって達成される。添加物コアワイヤの実用的浸漬を実施するために、例えば、欧州特許出願公開第０８０６６４０号、日本国特許公開第Ｈ０９１０１２０６号、日本国特許公開第Ｓ６０５２５０７号及び独国特許登録第３７０７３２２号に開示されているように特別なワイヤ供給装置との一体化のために、例えば米国特許第５，９８８，５４５号に開示されているように長尺コアワイヤがコイル又はスプールに供給される。添加物コアワイヤの教示から、光コアワイヤの構築及びコアワイヤ供給機械の使用が有効であった。しかしながら、この従来技術の主要部分には、光ファイバの失透速度に対処しつつ、連続的な消費性光コアを溶湯に曝すために光コアワイヤの浸漬をどのように制御するかについては記載されていない。

特開平９−３０４１８５号公報には、ファイバ消費速度が失透速度よりも速くなければならず、それによって新たな光ファイバ表面が常に利用可能であることを確実にする供給速度の解決手段が記載されている。新たな材料をコンスタントに供給して失透したファイバを交換するため、放射損失なしに放射線を受容し且つ通過させるのに適している。そのため、この供給方法は、光ファイバ構造自体とは無関係ではあり得ない。光ファイバは、１２００℃の閾値に達するまで溶湯中に送り出される。その後、光ファイバを停止させ、温度を記録する。２秒の第１期間後に、光ファイバの固定された１０ｍｍの長さを溶湯浴に供給して、温度を再び記録する。その後、第２の記録された温度を、第１の記録された温度と比較する。第１の温度と第２の温度とを比較することにより、測定が成功したかどうか、又は追加のサイクルが必要かどうか判断する。

測定値が許容可能なものかどうかを判断する手段の他に、供給速度は特定されていない。電気アーク炉などのより苛酷な測定環境では、供給速度は、光ファイバを溶湯に浸漬する前に溶湯の上方で発生する予熱量のため有意に変動することが分かった。多数の浸漬の場合には、光ワイヤの熱曝露は、測定の間の時間間隔で生じることになる。放射曝露による実質的な予熱は、実際の温度よりも低い温度で現れる失透を促進させる。金属学的処理の間に、実際の温度は、製造プロセス中に順当に低下するため、光ファイバの失透には関連しない可能性がある。従って、このプロセスによる実際の温度変化と失透による測定温度の変化とは切り離せないため、公知の方法では不十分である。さらに、溶湯容器の内部環境は、光ファイバの浸漬前であっても設定温度を容易に超える可能性がある。失透速度は、正確な温度測定のための制御因子であるため、光ファイバの供給は、光ファイバの構造と、光ファイバの浸漬前、浸漬中及び浸漬後に曝される環境の両方の関数である。

作動前の閾値温度を測定することに依拠する供給方法では、測定後に、残りの光コアワイヤ又は金属ジャケット付光ファイバが、現在の浸漬と今後の浸漬との間隔において熱伝導によって失透することになるという事実が軽視される。失透は不正確な光収集をもたらすため、誤った温度は不適切な供給判断につながる。したがって、光ワイヤの供給方法を実施するために、前の測定のコア光ファイバの残留物が、後の測定に影響を与えないように考慮しなければならない。いくつかの従来技術はこの限界を認識している。例えば、特開平９−２４３４５９号公報には、損傷を受けた浸漬可能な光ファイバを、失透していないファイバを与えるために毎回供給コイルから切り離さなければならないという是正措置が教示されている。しかしながら、この文献には、失透の程度をどのように決定するのかについて示されていない。また、実際に、これも、ファイバの損傷部分を切り離すための追加の装置を必要とし、浸漬が溶湯浴の上方から行われる場合は、ファイバをスラグの層から引き出さなければならない。同様に、スラグがファイバ上に集まり、それによって容器からの取り外し及び最終的に切断機構を妨げる場合がある。

米国特許第７，７４８，８９６号には、溶湯浴のパラメータを測定するための改良された光ファイバ装置が記載されている。この装置は、光ファイバと、光ファイバを側面から取り囲むカバーと、光ファイバに接続された検出器とを備え、このカバーは、１つの層が金属管を備え、中間層がこの金属管の下方に配置される複数の層で光ファイバを取り囲む。この中間層は、粉末又は繊維状若しくは粒状材料を含み、この中間層の材料は、複数の部分でファイバを取り囲む。中間層は、二酸化ケイ素粉末又は酸化アルミニウム粉末から形成され、ガス生成材料を含むことができる。

対応特許である米国特許第７，８９１，８６７号には、初期の温度応答間隔を決定することによって当該光コアワイヤを供給する方法が記載されている。ファイバの供給速度は、第１の熱応答間隔中の検出温度の変化と次の第２の時間間隔中の検出温度の変化とを比較することによって決定される。したがって、光ファイバの供給速度は、光ファイバの構造とは無関係のパラメータによって供給中に最適化され、且つ、調整可能である。また、２つの時間間隔内の熱応答時間の識別しか必要とされない。供給速度を制御するこの方法は、スポット的な測定には適しているが、ひとたび開始されると、繰返しの測定では、説明されているような初期の熱応答間隔を示さないという事実を説明していない。この従来技術の方法によれば、加熱速度、すなわち熱応答は、供給速度、スラグ温度並びに特定の炉の溶融温度の結果である。しかしながら、光ファイバは金属に浸漬される前に放射を受ける。この従来技術の方法で説明された第１の間隔の非常に低い温度は、ほとんどの状況において溶湯浴の外で発生するので、第１の間隔は溶融炉の熱条件の特性ではなく、金属に対する光ファイバの応答特性である。

したがって、第１の浸漬、次いで繰返しの浸漬のために好適であり、且つ、その間の冷却期間又は開始閾値の達成に依存しない予測可能な浸漬方法に対する要望がある。

溶融炉内の浴レベルは、容器の耐火ライニングの輪郭及び摩耗に起因して変化を受けることは当業者には周知である。これにより、導入位置が容器の物理的構造に主として固定される一方で、浴内の理想的な浸漬深さ及び配置が変動する場合が多いという問題が生じる。先に説明したように、失透速度は、溶湯への浸漬前、その間及びその後の光コアへの熱入力量の関数であるので、適用環境の複数の熱源も変動する場合があることを考慮しなければならない。というのは、光コアワイヤが浸漬された状態になるまでに移動しなければならない距離は、各容器の形状及び精製プロセスによって変動するからである。

したがって、失透していない光ファイバを、最初の単一浸漬及びその直後の複数回の浸漬が可能な測定位置に持ち込む、金属容器、特に電気アーク炉に使用するための改良された光コアワイヤの供給を制御する簡単で有効な手段に対する要望がある。

英国特許出願第１５１８２０８．２号明細書 米国特許第５，５８５，９１４号明細書 米国特許第８，０３８，３４４号明細書 独国特許出願公開第１９９１６２３５号明細書 独国特許出願公開第３７１２６１９号明細書 独国特許登録第１９６２３１９４号明細書 米国特許第６，７７０，３６６号明細書 米国特許第７，９０６，７４７号明細書 米国特許第５，９８８，５４５号明細書 欧州特許出願公開第０８０６６４０号明細書 特開平９−１０１２０６号公報 特開昭６０−５２５０７号公報 独国特許登録第３７０７３２２号明細書 特開平９−３０４１８５号公報 特開平９−２４３４５９号公報 米国特許第７，７４８，８９６号明細書 米国特許第７，８９１，８６７号明細書

本発明は、光ファイバによって溶湯浴、特に溶鋼浴の温度を測定する方法に関する。この方法は、所定の距離にわたって光コアワイヤ（すなわち、中心部に光ファイバを備えるワイヤ）の複数の供給速度を使用して、浸漬された消費光コアファイバの供給プロファイルを制御することによって溶湯浴の温度を測定する。また、この方法は、容器の耐火表面上の摩擦にかかわらず、光コアワイヤの投与されるべき必要な長さを決定するための技術を用いる。この方法は、前の測定から炉内へ送り出された失透光コアワイヤの長さを予測するのに適している。本発明は、溶湯処理中又は溶湯の処理中の重要な間間隔中の連続温度検出に適しており、それによって、温度情報は、精度が溶湯によるファイバの消費速度に依存する消費光ファイバの半連続供給によって要求に応じて入手できるようになる。

概要
要約すると、以下の実施形態を本発明の範囲内で特に好ましいものとして提案される。

実施形態１：容器に収容された溶湯、好ましくは溶湯鋼にコアワイヤを供給する方法であって、該方法は、
・該コアワイヤを、該コアワイヤの先端部が容器の入口位置に近接する第１位置に配置し、該入口位置は溶湯表面の上方にあり、該コアワイヤは光ファイバと該光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、
・該コアワイヤを、該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、該第１位置から該コアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面内にある第２位置まで、第１速度で第１期間にわたって供給し、及び
・該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第２速度で第２期間にわたって供給して溶湯の第１測定を行うこと
を含む方法。

実施形態２：前記方法は、
・前記コアワイヤを第２速度で供給した後に、該コアワイヤの先端部が第３位置に至るまで溶融して溶湯の表面に戻るように、コアワイヤの供給を停止させ、
・その後、該コアワイヤを該第３位置から再度該第２位置まで第１速度で供給し、
・光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第２速度で供給し、溶湯の第２測定を行うこと
をさらに含むことを特徴とする、上記の実施形態に記載の方法。

実施形態３：前記方法は、前記コアワイヤを前記第２速度で供給しながら前記溶湯の温度測定を行うことをさらに含むことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４：前記第１速度が前記第２速度よりも速いことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態５：前記第２速度が前記溶湯への浸漬による光ファイバの消費速度に等しいことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態６：前記第１速度が８〜１２メートル／分の間、好ましくは１０メートル／分であることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態７：前記第２速度が４〜７メートル／分の間、好ましくは５メートル／分であることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８：前記カバーが低炭素鋼から形成された外側金属ジャケットを含むことを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９：前記外側金属ジャケットが１ｍｍの厚さを有することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０：前記外側金属ジャケットが１ｍｍより厚い又は１ｍｍ未満の厚さを有し、前記第２速度が次式：
第２速度＝(5*(T)^-1)/(MP/1800)
（式中、Ｔは外側金属ジャケットの厚さ（ｍｍ）であり、ＭＰはケルビンで表される外側ジャケットの材料の融点である。）
によって算出されることを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１：前記コアワイヤを、前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部を備える供給装置によって供給することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２：前記コアワイヤを、モータ駆動部と前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部とを備える供給装置によって供給し、前記モータ駆動部の電力消費速度が前記溶湯内の前記コアワイヤの先端部の浸漬により変化し、それによって、電力消費速度変化の検出に基づいて、前記制御部が前記コアワイヤの供給速度を前記第１速度から前記第２速度に調節することを特徴とする、上記の実施形態のいずれかに記載の方法。

上記概要並びに本発明の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばさらによく理解されるであろう。本発明を例示する目的のために、図面には現時点で好ましい実施形態が示されている。しかしながら、本発明は、図示された正確な配置及び手段には限定されないことを理解されたい。

図１は、本発明の一実施形態に係るプラスチックジャケット付光コアファイバの周囲にあるロープ状の中間層及び外側金属ジャケットを示す光コアワイヤの模式的な断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る溶湯及びスラグを収容する屋根部及び床部を有する冶金容器の断面図であり、当該図において、光コアワイヤは冶金容器内の測定位置にあり、それによって、外側金属ジャケットの一部は溶融して中間層の溶融グロブを形成し、測定のために光コアが露出されている。 図３のａは、光コアワイヤが浸漬開始前の位置にある図２に示された冶金容器の断面図であり、ｂは、光コアワイヤがその測定位置まで溶湯に浸漬されている図２に示された冶金容器の断面図であり、ｃは、光コアワイヤが消費され、溶湯上方で停止して後の測定を待っている図２に示された冶金容器の断面図であり、ｄは、光コアワイヤが後の測定中に溶湯に再浸漬されている図２に示された冶金容器の断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る、図１に示された光コアワイヤを使用するのに好適な溶湯の温度を測定するためのシステムの概略図を示す。 図５は、本発明の一実施形態に係る、図４のシステムを使用するための屋根部と床部を有する冶金容器の一例を示す。

詳細な説明
本発明は、冶金容器に収容される溶湯浴に光コアワイヤを供給する方法に関する。

図１を参照すると、本発明の一実施形態にかかる光コアワイヤ６が示されている。光コアワイヤ６は、中間材料２４を取り囲む外側保護管２３、特に外側金属ジャケット２３を備える。中間材料２４は、複数のストランド２４の形状であることが好ましい。複数のストランド２４は、好ましくは増量されており且つ複数のＥガラス繊維から形成されている。

外側金属ジャケット２３は、Ｆｅ含有量が５０％以上の金属から形成されることが好ましい。外側金属ジャケット２３は、２０１５年１０月１４日に出願された英国特許出願第１５１８２０８．２号に開示された材料、すなわち低炭素鋼から形成されることがより好ましい。外側金属ジャケット２３は、１ｍｍの厚さを有することが好ましい。

複数のストランド２４は内側保護管２５、特に、緩衝管とも呼ばれる内側プラスチック管２５を取り囲み、該内側保護管２５は、その内部に光ファイバ２６を収容する（すなわち包囲する）。光ファイバ２６の外径は、プラスチック管２５の内径よりも小さいことが好ましい。ストランド２４は、プラスチック管２５の周囲にある交互の層において時計回り２７及び反時計回り２８の両方向に撚られて、ロープ状の形態２９（又はより簡単にはロープ）を形成することができる。光ファイバ２６はロープ２９の中心にある。光ファイバ２６は、５０／１２５μ又は６２．５／１２５μのグレーデッドインデックスであることが好ましい。本明細書で使用するときに、用語「光コア」とは、光コアファイバ２６の内側石英コア（５０又は６２．５μのいずれか）又は光コアワイヤ６のコアである光ファイバ２６全体（１２５μ）をいう。

図２及び図３を参照すると、本発明の方法は、溶湯１９の温度を測定するために、スラグ層１７によって覆われた溶湯１９を収容する冶金容器３１内に光コアワイヤ６を供給することを含む。図４は、本発明の一実施形態に係る一般的な供給及び温度測定システム１４を示す。システム１４は、着座コイル２及び／又はロールスタンド２ａと、ワイヤフィーダ４と、ガイドチューブ５と、浸漬ノズル１１と、ガイドチューブ５を浸漬ノズル１１に連結するコネクタ９とを備える。ガイドチューブ５は、ワイヤフィーダ４と浸漬ノズル１１との間の全距離にわたって延在していてもよく、又は、図４に示すように、この距離の一部分のみにわたって延在していてもよい。浸漬ノズル１１は同心円状に構成された二重管であり、入口７で管の間に入るガスによって冷却される（図４参照）。

供給プロセス中に、光コアワイヤ６を、ワイヤフィーダ４の動作によって着座コイル２又はロールスタンド２ａのいずれかから送り出し、ガイドチューブ５の入口１２を介してガイドチューブ５の内部通路に移動させる。その後、光コアワイヤ６を浸漬ノズル１１の内管を介して供給すると同時に、空気を入口７を通して供給して、浸漬ノズル１１の内管と外管との間の空間を移動させる。空気は、約６バールの圧力であることが好ましい。空気は、浸漬ノズル１１の内管と外管との間の空間を通って移動し、浸漬ノズル１１の出口１８から出ることが好ましい。冷却空気の絶対量は、スラグが発泡している場合であっても、スラグ１７が浸漬ノズル１１の出口１８に入り該出口を閉鎖しないように選択すべきである。発泡スラグの高さはいずれの図にも示されていない。しかしながら、発泡スラグ状態では、出口１８はスラグ層１７によって覆われることになる。

浸漬ノズル１１は様々な位置に配置することができるが、浸漬ノズル１１は、溶湯浴１９の上方の位置から溶湯１９の表面１６まで直線状にアクセスするように配置されることが好ましい。浸漬ノズル１１は、ノズル１１の出口１８が冶金容器３１の入口位置（本明細書では上端部又は屋根部３５ともいう）と一致する（特に直下に位置する）ように配置されることがより好ましい。

冶金容器３１は、電気アーク炉、ラドル、タンディッシュ又は溶湯処理のために当業者に知られている容器若しくは容器の部分であってもよい。本発明の好ましい実施形態を説明する目的のため、容器３１は屋根部３５と床部３７を有するものとして記載されているが、溶湯を保持することができる任意の容器が本発明の方法に適用可能であるので、容器３１は屋根部を有する必要はないことが分かるだろう。

図３ａは、一連の測定の最初の浸漬前の光コアワイヤ６の初期開始位置を示す。特に、初期開始位置において、光コアワイヤ６は、ガイドチューブ５及び浸漬ノズル１１内に収容されている。光コアワイヤ６の先端部６ａ（図３ａでは見えないが、図３ｃでは見える）を、浸漬ノズル１１の出口１８、すなわち、冶金容器３１の入口位置（例えば屋根部３５）に近接して配置することが好ましい。

この方法を実施する文脈において、用語「初期」とは、単一の精製バッチ内の一連の測定のうちの第１測定をいう。

図２及び図３ｂに示すように、この初期開始位置から、光コアワイヤ６を第１速度（本明細書では第１ブリッジ速度ともいう）で第２位置（本明細書では測定位置ともいう）に供給する。測定位置で、光コアワイヤ６は、浸漬ノズル１１の出口１８から出て、容器３１に入っている。特に、光コアワイヤ６の先端部がスラグ層１７を突き抜けて溶湯浴１９に浸漬された状態になっている。

溶湯１９の高温のため、図２に示すように、光コアワイヤ６の外側金属ジャケット２３の前端部３３は次第に溶融する。外側金属ジャケット２３の前端部３３が徐々に溶融して、浸漬方向Ｉとは反対方向に後退すると共に、光ファイバ２６を取り囲んでいる中間層２４が溶融して小滴（グロブ）３４となり、この小滴３６は溶湯１９の熱によって徐々に取り除かれる。その結果、光ファイバ２６の先端部１０がグロブ３４から突出して、溶湯に曝される突起部を形成する。測定位置では、光ファイバ先端部１０は、溶湯１９の表面１６よりも下の平面２０にある。このように、光コアワイヤ６の先端部６ａは、第１ブリッジ速度の間に、容器３１の入口位置（例えば、屋根部３５）と溶湯表面１６の下にある測定位置（すなわち、平面２０）との間の距離を移動し又はその距離に及ぶ。

図３ａ〜図３ｂに示すように、本発明の方法によれば、初期開始位置と測定位置との間の移動は、製鋼の１回のバッチ内での一連の測定のうち第１測定を表す。一連の測定のうち第１測定中及びその後に、ガイドチューブ５及び浸漬ノズル１１内で冷却された光コアワイヤ６は、その際、浸漬ノズル１１の出口１８から被覆スラグ１７までの距離にわたり冶金容器３１の放射熱に曝され、次いで溶湯浴１９の表面１６よりも下の位置（すなわち、平面２０）で誘導加熱される。

第１ブリッジ速度は、光コアワイヤ６の所定の長さを供給することを可能にし、ここで、この所定の長さは、浸漬ノズル１１の出口１８と平面２０内にある測定位置との間の距離に等しい。特に、第１ブリッジ速度は、光ファイバ２６の突出及び露出先端部１０が、溶湯１９を覆う溶融スラグ１７がその表面及び外側金属管２３の周りで急速に冷却しないように十分な熱を含む溶湯浴１９に到達し且つ浸漬できることを確保するのに十分な速さでなければならない。そうでなければ、外側金属ジャケット２３上に凝固した多量のスラグが、浸漬中に光コアファイバ２６の溶湯１９への露出を妨げることになると考えられる。冶金容器３１の高温環境内にはあるが溶湯浴１９には浸漬されていない光ファイバ２６の残部は、熱的に隔離された中間層２４並びに外側金属ジャケット２３によって依然として保護される。従って、浸漬直前の光ファイバ２６の残部は、溶湯浴の温度を正確に測定するために必須であるように、ガラス質の状態にある。

第１ブリッジ速度は、好ましくは、８〜１２メートル／分であり、より好ましくは、第１ブリッジ速度は、１０メートル／分であり、これは、光コアワイヤ６の先端損傷部分の迅速な浸漬及び廃棄を確実にする。

図２及び図３ｂに示す測定位置に到達すると（すなわち、光ファイバ２６の先端部１０が溶湯浴１９内の所定の深さに浸漬された状態になった後）、光コアワイヤ６を、第２速度（本明細書では被浸漬供給速度又は被浸漬速度という）で供給する。特に、図３ｂに示す測定位置に達すると、供給システム４の駆動モータは、第１ブリッジ速度から被浸漬供給速度に迅速に切り替わる。ブリッジ速度又は被浸漬供給速度の名称は、光学先端部１０の位置に基づく２つの別個の供給速度を区別するだけのものにすぎない。

溶湯１９に入った光ファイバ２６の部分は、徐々に消費され、被浸漬供給速度に等しい速度で補充される。第１ブリッジ速度は、被浸漬供給速度よりも速いことが好ましい。これは、被浸漬供給速度が光ファイバ２６の消費速度であると同時に、光コアワイヤ６の供給速度（すなわち、第１ブリッジ速度）が、光ファイバ２６が容器３１の高温環境に曝されることによって破壊され失透される速度を補償しなければならないからである。この第２速度による補充は、光ファイバ先端部１０を所望の浸漬深さ又はわずかに変化する深さに維持する。

このように、被浸漬供給速度は、溶湯１９の表面１６下に浸漬される間の光ファイバ２６の消費速度に依存する。特に、被浸漬供給速度は、光ファイバ２６の浸漬深さを測定平面２０に維持するように、外側金属ジャケット２３の前端部３３の後退速度に等しい。被浸漬供給速度は、４〜７メートル／分の間、好ましくは５メートル／分であり、これは、光コアのワイヤ消費速度を補償するのに十分である。

被浸漬供給速度を、設定された時間間隔にわたって継続させる。被浸漬供給速度の間に、温度測定を行う。設定された時間間隔の後に、駆動モータを停止して、光コアワイヤ６を一次停止させる。この一次停止状態では、短時間経過後でも、図３ｃに示すように、光コアワイヤ６の先端部６ａは溶融して金属面１６に戻る。

更なる測定のために、光コアワイヤ６は、先端部６ａが溶湯１９の表面１６にある又はそれよりもわずかに上にある図３ｃに示す停止位置から、第１ブリッジ速度で再び測定平面２０に向かって移動する。このように、第１ブリッジは、測定のためではなく廃棄のために光ファイバ２６の所定の長さを金属中に降ろす程度に十分な速さとなるように選択される。これは、この光ファイバの所定の長さが浸漬されなかった場合であっても容器３１の内部環境によって熱損傷を受けることになるからである。一連の測定のうち後の測定における第１ブリッジ速度は、光コアワイヤ６の所定の長さを降ろすことを可能にし、ここで、この所定の長さは、浸漬ノズル１１の出口１８と平面２０での測定位置との間の距離に等しい。

図３ｄに示すように、光ファイバ２６の露出した先端部１０が測定面２０（すなわち、図３ｂに示す初期測定位置と同一である）に到達するとすぐに、供給速度は被浸漬供給速度に変更される。特に、駆動制御部は被浸漬供給速度に迅速に切り替わる。再び、被浸漬供給速度を、設定された時間間隔の間継続して、駆動モータを停止後に、光コアワイヤ６を再び停止させる。このように、光コアワイヤ６を供給する方法では、同一の精錬バッチ内の後の測定が、次の測定を実施する前に前の浸漬によって損傷した光コアワイヤを除去しなければならないと認められる。第１測定に続く各々の測定について、光コアワイヤ６を第１ブリッジ速度に等しい速度で供給すると共に、被浸漬供給速度が同一のままであることが好ましい。しかしながら、場合によっては、第１測定に続く各々の測定について、光コアワイヤ６を第１ブリッジ速度より速い速度で供給することができる。

製造プロセス中に、特に、典型的に前の測定から３０秒以上１分以内であるプロセスの最終段階で繰返し測定することが有利である。本質的に、本発明の方法には２つの測定環境が存在するのに対し、従来技術では、測定環境があたかも１つしか存在しないように当該方法に対処している。第１測定は、光コアワイヤ６、特に光ファイバ先端部１０が溶湯１９に対して遠い位置又は隔離された位置にあり、かつ、最初は失透温度を下回る初期条件から開始する。第１測定に続く全ての測定について、容器３１から溶湯を除去するまで、光コアワイヤ６が引き抜かれていない限り、光コアワイヤ６は、浸漬ノズル１１の外側ではあるが依然として容器内にある光コアワイヤ６の消費されていない部分が、容器３１の環境に曝されることにより加熱されると同時に、光コアワイヤ６の浸漬部分が溶融して金属表面１６に戻る状態に進む。したがって、後の測定の開始条件は、光コアワイヤ６の露出部分がすでに加熱されているのに対し、浸漬ノズル１１内の光コアワイヤ６の部分が依然として冷たいというものである。未使用部分を引き抜くことは、光コアワイヤ６の外側金属ジャケット２３に付着したスラグが硬化し、その外径が大きくなることによって浸漬ノズル１１の内部寸法を超える可能性があるため実用的でない。

好適な供給システム４は、最低限でも正確な光コアワイヤ速度検出手段を有する。というのは、駆動モータが所定の速度で特定の時間間隔にわたって駆動するときに、その時間間隔の持続時間が光コアワイヤの分与量の正確な尺度だからである。

従って、一実施形態では、本発明の方法を実施するための供給システム４は、コアワイヤ６が溶湯浴１９に到達したときに速度を低下させるように光コアワイヤ６の供給速度を制御する供給制御部を備える。好ましい実施形態では、光コアワイヤ６を供給するためのモータ駆動部の消費電力を、光コアワイヤ６を溶湯浴１９に供給するための速度を制御するための指標として使用する。溶湯１９への光コアワイヤ６の到達は、モータ駆動部の消費電力の変化を伴う。消費電力の相当する変化の検出を、第１ブリッジ速度から被浸漬供給速度に供給速度を低下させるための信号として使用することができる。また、消費電力を、例えば浸漬ノズル１１の出口１８の予め設定された位置から冶金容器３１の床部３７又は供給経路内の障害物までの距離を測定するために間接的に使用することもできる。

また、所定の位置から送出される光コアワイヤ６の量は、光コアワイヤ６の任意の部分、例えばファイバ先端部１０の空間位置に直接関係することができる。そのため、溶湯浴１９内の測定先端部１０の位置を、光コアワイヤ６を特定の速度で特定の時間にわたって駆動することにより直接的に制御することができる。この方法は、失透速度が一定ではなく、熱条件が冶金容器３１の周囲環境及び前の測定に影響されるため使用時に光コアワイヤ６の当該熱状態を補償する２つの速度供給パターンを採用することが分かる。

全てのタイプの冶金容器を利用して本発明の方法を実施し、それによって従来技術の弱点を克服するために、容器の幾何学的形状及びその内部に収容される溶湯の基礎的知識を得ることが有利である。従って、図５を参照すると、非特定の幾何学的形状の屋根部３５及び床部３７を有する非特定の容器３１が示されている。この容器３１を、本発明の方法を代表である供給工程を達成するために、本発明の方法を適用するための一例として使用する。

システム４の初期設定時に、光コアワイヤ６の先端部６ａが浸漬ノズル１１の出口位置１８とほぼ等しくなるまで、光コアワイヤ６を、コアワイヤ速度制御部を備える好適な供給装置を使用して前進させる。すなわち、光コアワイヤ６の先端部６ａの開始位置、すなわち初期位置Ｄ０を、浸漬ノズル１１内のその出口１８付近の位置（すなわち、容器３１の入口位置付近）とする。この開始位置は、図３ａに示す構成に相当する。この位置は。目視により決定でき、又は、浸漬ノズル１１から光コアワイヤ６をランダムな長さに延長させ、それを電気アーク炉溶融プロセスなどにおいて１回の溶融サイクル中に燃焼させることにより設定できる。好適な位置検出器の目盛りを１回目のサイクルの後にゼロに合わせてＤ０の値を保存することができる。これは、容器３１の物理的な幾何学的形状と、容器の屋根部３５の下面に実質的に等しい浸漬ノズルの出口１８の位置とに依存するからである。屋根部がない場合には、浸漬ノズル１８の出口１８を初期開始位置として使用する。浸漬ノズル１１がない場合には、ガイドチューブ５の出口を初期開始位置として使用する。

光コアワイヤ６の入射角は、容器３１の構成細部に依存して０〜６０度の間とすることができ、開始位置Ｄ０を変化させない。光コアワイヤ６が入る角度は、溶湯１９の表面１６に対して垂直であることが好ましい。この例示の容器３１について、溶湯１９の表面１６に対して垂直とは、光コアワイヤ６が入る角度が０度であることを意味する。浸漬角度の存在は、既知の数学的処理である直線距離の計算を変更するに過ぎない。さらに、光コアワイヤ６の供給は、光コアワイヤ先端部６ａが位置Ｄ３に相当する容器の床部に接触するまで進行する。従って、この直線距離はＤ３−Ｄ０である。この距離は、容器３１が空のときに目視により決定できるが、典型的には、供給機の駆動モータの初期増加トルク応答を監視することで、許容可能な情報が得られる。位置Ｄ０及びＤ３の決定は、冶金容器３１が空である間又は容器３１が少量の残留溶湯しか含まない時にいつでも行うことができる。位置Ｄ３は、炉底部３７の輪郭変化を補償するために、耐火ライニング稼働の合間に定期的に決定されるべきであり、その重要性については本明細書において詳しく説明されている。この例示の容器の目的上、Ｄ０の位置は０メートルであるとみなし、Ｄ３の位置は１．８メートルに等しいが、これは、Ｄ０とＤ３との間の距離が１．８メートルに等しいことを意味する。ラドルなどの容器３１の通常の溶湯レベル１６より下方に２メートルを超えて位置する床部３７を有する容器３１の場合には、Ｄ０とＤ３との間の距離は、２メートルで一定であるとみなす。

容器３１の床部３７上に位置する金属の高さである最適な溶湯浴レベル１６は、各金属容器３１についてその設計及び操作方法によっておおよそ分かる。実際には、底部又は床部３７上の溶湯１９の実際の高さは、浸食又は過度のスカル又は耐火ビルドアップ、及び／又は容器３１の角度付け操作による容器の輪郭変化のため、一定の値ではない。このように、これらの変化は容器３１内の溶湯の変位量によって変動する。

溶湯浴レベルを決定するために多くの方法が知られている。例えば、測定棒を金属に浸漬させて燃焼させ、次いで、残りの棒と基準点との距離を測定することによって、溶湯レベルよりも上の位置から任意の炉内角度で近似溶湯距離を決定することができる。この方法は当該技術分野において知られており、例示容器３１に適用した場合は、容器屋根部３５に相当しかつ０メートルとみなされる基準位置Ｄ０から、溶湯表面１６に相当する位置Ｄ１までの距離は１メートルである。屋根部のない容器３１の場合には、Ｄ１は、基準位置Ｄ０からすぐに容易に決定することができる。というのは、浸漬ノズル１１の出口１８（又は、浸漬ノズル１１がない場合はガイドチューブ５の出口）が屋根部内にあるか開放浴１９上方で停止しているかにかかわらす、Ｄ０は浸漬ノズル１１の出口１８等に相当するからである。また、位置Ｄ１は、溶湯浴１９と光コアワイヤ６の導電性部分との間の電子伝導性によりその場で決定することもできる。このような測定は、当該技術分野において知られており、本発明の実施を制限するものではない。

本発明の方法に使用される光コアワイヤ６に最も好適である、測定面２０にある位置に相当するＤ２の位置は、０．５×（Ｄ３−Ｄ１）＋Ｄ１に等しいものとして簡単に算出される。図５の例示の容器３１では、Ｄ２の位置は１．４メートルである。すなわち、測定面２０は、光コアワイヤ６の開始位置Ｄ０から１．４メートルの距離で延在する。

したがって、全ての設定位置Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２及びＤ３は、各冶金容器の幾何学的形状及び溶湯環境について算出可能である。

以下の実施例は、本発明の方法による例示的な条件を提供するが、多くの他の条件が本発明の範囲内で可能であるものとする。

実施例１
１ｍｍの鋼製外側ジャケット２３によって取り囲まれた低融点Ｅガラスの中間層２４を有する、グレーデッドインデックス６２．５／１２５μの０．９ｍｍセミタイトプラスチックジャケット付き光ファイバ２６を有する光コアワイヤ６を、コアワイヤ供給システム４に使用して、本発明の好ましい２つの供給速度方式によって図５に示す例示冶金容器に供給し、それによって温度測定のための以下の手順を得た。

第１ブリッジ速度は８〜１２メートル／分、好ましくは１０メートル／分である。第１ブリッジ速度は、電気炉３１の特定の累積電力消費量で自動的に開始されるが、手動入力も可能である。光ファイバ２６の測定先端部１０を平面２０内の測定位置Ｄ２に配置するために、駆動モータを１０メートル／分の第１ブリッジ速度で８．５秒にわたって動作させることが好ましい。測定先端部１０を位置Ｄ２に保持した状態で光コアワイヤ６の消費を均衡させるために、測定先端部１０が測定面２０に浸漬したら供給速度を４〜７メートル／分、好ましくは５メートル／分の被浸漬速度に５秒間にわたって低下させる。この第２供給段階の間に、光ファイバの測定先端部１０を溶湯に浸漬させると共に、測定、好ましくは温度測定を行う。したがって、被浸漬供給速度の継続時間は１回の分散的な測定の安定的な検出間隔（すなわち、測定間隔）に相当するが、実際の決定はより短時間で達成できる。他の測定間隔持続時間を使用することもできるが、この時間間隔内で十分な温度検出を得ることができるため、経済的な材料消費は最小限である。

次いで、浴槽１９内に浸漬された全ての光コアワイヤ６を再度溶融させるために、５秒の測定間隔後に駆動モータを意図的に停止させ、その後に新たな測定を行うことができる。光コアワイヤ６が溶融してスラグ／金属界面に向かって戻るときの光出力を、追加情報のために監視することができる。

上記の説明から、当業者であれば、光コアワイヤ６が溶湯１９に到達するために埋めなければならない距離が分かり、かつ、光コアワイヤ６の加熱及び消費速度が分かったら、駆動モータの噛み合いの時間を、本発明から逸脱することなく、溶湯容器の様々なタイプにも適用できる駆動速度の小さな変更により変えることができることが分かるであろう。一定の駆動速度では、移動距離は時間に対するパワーの関数であり、浸漬ノズル出口１８から平面２０内の測定位置Ｄ２までの最適な距離は、Ｄ２が１．４メートルであるこの例では以下のように時間に変換することができることが分かるであろう。

実施例１は、本発明の特に好ましい実施態様を示す。

実施例２
０．５ｍｍの鋼製外側ジャケット２３によって取り囲まれた低融点Ｅガラスの中間層２４を有する、グレーデッドインデックス６２．５／１２５μの０．９ｍｍセミタイトプラスチックジャケット付き光ファイバ２６を有する光コアワイヤ６をコアワイヤ供給システム４に使用して、本発明の好ましい２つの供給速度方式によって図５に示す例示冶金容器に供給し、それによって温度測定のための以下の手順を得た。

１ｍｍ以外の厚さを有する及び／又は他の材料から形成された外側金属ジャケット２３について本発明の方法を使用するために、被浸漬供給速度を、次式に従って調節することができる：被浸漬供給速度＝（５×（外側金属ジャケット２３）^−１）／（融点Ｋ／１８００）、ここで、外側ジャケット２３の材料の融点はケルビンで与えられ、外側ジャケット２３の厚さはｍｍで表される。

この例では、外側金属ジャケット２３の材料の溶融温度は１７２３Ｋである。

第１ブリッジ速度は８〜１２メートル／分、好ましくは１０メートル／分である。第１ブリッジ速度は、電気炉３１の特定の累積電力消費量で自動的に開始されるが、手動入力も可能である。光ファイバ２６の測定先端部１０を平面２０の測定位置Ｄ２に配置するために、駆動モータを１０メートル／分の第１ブリッジ速度で８．５秒にわたって動作させることが好ましい。測定先端部１０を位置Ｄ２に保持した状態で光コアワイヤ６の消費を均衡させるために、測定先端部１０を測定面２０に浸漬させたら、供給速度を５メートル／分の被浸漬速度に５秒間にわたって調節する。この第２供給段階の間に、光ファイバの測定先端部１０を溶湯に浸漬させると共に、測定、好ましくは温度測定を行う。したがって、被浸漬供給速度の継続時間は、１回の分散的な測定の安定な検出間隔（すなわち、測定間隔）に相当するが、実際の決定はより短時間で達成できる。

次いで、全ての光コアワイヤ６を浴槽１９内に浸漬させて再度溶融させるために、５秒の測定間隔後に駆動モータを意図的に停止させ、その後に新たな測定を行うことができる。この浸漬間隔後に、光コアワイヤ６が溶融してスラグ／金属界面に向かって戻るときの光出力を監視しながらさらに５秒間検出を行うことができる。

光コアワイヤを供給するための所定の設定位置を、実際の設置場所で距離を実際に測定することによって決定する。この方法の簡単な実施は、再度生じる測定設定位置Ｄ２をこの方法の実施時に決定し、単純に容器耐火物の摩耗によって調節することができ、そのため炉の形状にかかわらず常に最適な測定プロセスとなるため、溶湯容器オペレータにとって経済的に利益がある。適用される方法は、測定の合間に最終的に失透することになる光コアワイヤの部分を被覆しようとするのではなく意図的に降ろす。各距離パラメータは、使用位置に依存し、かつ、変更、設備対設備、及び１回の設定内の操作条件で補うことができる。この方法は、失透した使用済み光ファイバをコイルから切断するという複雑さを排除し、それによって必要な装置及びメンテナンスを削減する。

当業者であれば、本発明の上位概念から逸脱することなく、上記実施形態に変更を加えることができることが分かるであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内の変更をカバーするものであると解される。

６ 光コアワイヤ
１０ 先端部
１１ 浸漬ノズル
１７ スラグ
１８ 出口
１９ 溶湯
２３ 外側金属ジャケット
２４ 中間材料
３１ 冶金容器
３５ 屋根部
３７ 床部

Claims (12)

1. 容器に収容された溶湯、好ましくは溶湯鋼にコアワイヤを供給する方法であって、該方法は、
   ・該コアワイヤを、該コアワイヤの先端部が容器の入口位置に近接する第１位置に配置し、該入口位置は溶湯表面の上方にあり、該コアワイヤは光ファイバと該光ファイバを側面から取り囲むカバーとを備えており、
   ・該コアワイヤを、該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されるように、該第１位置から該コアワイヤの先端部が溶湯内に浸漬され且つ測定平面内にある第２位置まで、第１速度で第１期間にわたって供給し、及び
   ・該光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、該コアワイヤを第２速度で第２期間にわたって供給して溶湯の第１測定を行うこと
   を含む方法。
2. 前記方法は、
   ・前記コアワイヤを第２速度で供給した後に、前記コアワイヤの先端部が第３位置に至るまで溶融して溶湯の表面に戻るように、前記コアワイヤの供給を停止させ、
   ・その後、前記コアワイヤを前記第３位置から再度前記第２位置まで第１速度で供給し、
   ・前記光ファイバの先端部がカバーから突出して溶湯に曝されたら、前記コアワイヤを第２速度で供給し、溶湯の第２測定を行うこと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、前記コアワイヤを前記第２速度で供給しながら前記溶湯の温度測定を行うことをさらに含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１速度が前記第２速度よりも速いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第２速度が前記溶湯への浸漬による光ファイバの消費速度に等しいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第１速度が８〜１２メートル／分の間、好ましくは１０メートル／分であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第２速度が４〜７メートル／分の間、好ましくは５メートル／分であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記カバーが低炭素鋼から形成された外側金属ジャケットを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記外側金属ジャケットが１ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記外側金属ジャケットが１ｍｍより厚い又は１ｍｍ未満の厚さを有し、前記第２速度が、次式：
    第２速度＝(5*(T)^-1)/(MP/1800)
    （式中、Ｔは外側金属ジャケットの厚さ（ｍｍ）であり、ＭＰはケルビンで表される外側ジャケットの材料の融点である。）
    によって算出されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 前記コアワイヤを、前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部を備える供給装置によって供給することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記コアワイヤを、モータ駆動部と前記コアワイヤの供給速度を制御するための制御部とを備える供給装置によって供給し、前記モータ駆動部の電力消費速度が前記溶湯内の前記コアワイヤの先端部の浸漬により変化し、それによって、電力消費速度変化の検出に基づいて、前記制御部が前記コアワイヤの供給速度を前記第１速度から前記第２速度に調節することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。