Instrumento para medir la temperatura de un metal fundido.

Un aparato para medir la temperatura de un metal fundido, comprendiendo el aparato una boquilla adaptada para penetrar a través de la pared de un recipiente que aloja un metal fundido,

para guiar hacia fuera la luz de radiación del metal fundido que está enfrente del extremo distal de dicha boquilla a través de una fibra transmisora de imágenes y para medir la temperatura del metal fundido a partir de dicha luz de radiación térmica así guiada hacia fuera, en el que:

dicha boquilla tiene una estructura de doble tubo que tiene un tubo interior a través del cual se observa dicha luz de radiación térmica del metal fundido mientras se hace pasar un gas de purga, y un tubo exterior a través del cual se hace pasar un gas refrigerante protector para proteger la pérdida por fusión de dicha boquilla; comprendiendo además dicho aparato:

una construcción de una parte de ajuste entre dicha boquilla y dicha fibra transmisora de imágenes, que comprende cuatro partes conectadas de una parte de boquilla, una parte para la introducción del gas de purga/refrigeración, una parte de ajuste de la fibra transmisora de imágenes con una ventana y un tubo de protección de la fibra transmisora de imágenes;

al menos una parte de unión dispuesta en dicha parte para la introducción del gas de purga/refrigeración de manera que se puede centrar un eje óptico para conectar dicha luz de radiación térmica del metal fundido a dicha fibra transmisora de imágenes.

Instrumento para medir la temperatura de un metal fundido

Campo técnico

Esta invención se refiere a un aparato para medir de forma continua la temperatura de un metal fundido que dispone de una boquilla en una pared de un recipiente que aloja el metal fundido, de un modo tal que traspase la pared, guiando hacia fuera la luz de la radiación térmica del metal fundido, que está enfrente del extremo distal de la boquilla, mediante una fibra transmisora de imágenes, y medir la temperatura del metal fundido a partir de la luz de la radiación térmica así guiada hacia fuera, y a un método de medida de la temperatura.

Técnica básica

Sería muy ventajoso para mejorar la eficacia del refino, la calidad y el rendimiento de la operación y para reducir diversas unidades originales, si se pudiera medir la temperatura de un metal fundido de una forma exacta y continua en un horno para refinar un metal fundido, tal como un convertidor o un AOD, y se pudiera adquirir la temperatura como una información de la operación. Para realizar bien el refino, es muy importante determinar de forma continua la temperatura del metal fundido y controlar la temperatura según un modelo de cambio de temperatura determinado con antelación para cada tipo de acero. Por lo tanto, en el pasado se han intentado llevar a cabo, y mejorar, diversos métodos para medir la temperatura del metal fundido dentro del horno de refino. Al principio, se inclinaba el horno de refino y un operario medía manualmente la temperatura del metal fundido usando una sonda de medida de tipo termopar consumible equipado con un tubo de protección. Sin embargo, este método no estaba exento de los problemas de falta de seguridad debido a la operación de inclinación, y la caída de la productividad debida al tiempo de medida. Por lo tanto, se desarrolló y se introdujo una sub-lanza capaz de mejorar un factor de la operación y la productividad. Este método hace posible instalar una sonda de medida de tipo termopar consumible equipado con un tubo de protección en el extremo distal de una lanza refrigerante por agua y realizar una medida remota y automática de la temperatura.

Aunque capaz de medir con exactitud la temperatura, estos sistemas de sondas de medida no podían medir la temperatura del metal fundido, de forma continua, durante el refino ni podían ejecutar un buen control del refino debido a que eran sistemas de medida intermitente de la temperatura. Debido a que la sonda de medida para medir la temperatura se consumía, también el coste era elevado.

Por el contrario, en el pasado se han hecho intentos de medir de forma continua la temperatura del metal fundido. Se conoce un aparato que guía la luz de la radiación térmica del metal fundido, que está enfrente del extremo distal de la boquilla, a un termómetro de radiación a través de una fibra óptica mientras que impide la invasión del metal fundido en la boquilla introduciendo a presión un gas inerte en la boquilla que penetra a través del recipiente del metal fundido (por ejemplo, las Publicaciones de Patentes Japonesas no examinadas (Kokai) Números, 61-91529, 62-52423, y 8-15040) . Además, la Patente de EE.UU. Nº 6.172.367 (Publicación de Patente Japonesa no examinada (Kokai) Nº 2000-502183) describe un método de un sistema de fibra óptica para la medida del metal fundido. Aunque este método puede realizar una medida continua, no está exento de los siguientes problemas. Cuando el centro del campo de la fibra óptica se desvía del centro de la boquilla o cuando el eje óptico se inclina desde el eje central de la boquilla, el metal fundido en la proximidad del extremo distal de la boquilla probablemente se solidificará. Cuando el metal fundido solidificado cierra una parte del campo de la fibra, la energía de radiación que recibe la fibra disminuye, de manera que la temperatura aparente se observa en un nivel inferior. En este momento, no es posible juzgar a partir de la salida del termómetro de radiación, si el campo está cerrado o la temperatura realmente ha caído. Por lo tanto, este método implica el problema de la fiabilidad del valor de la medida. Todos estos problemas son consecuencia del hecho de que la medida se denomina “medida puntual” porque se usa la fibra óptica. Por cierto, la Publicación de Patente Japonesa no examinada (Kokai) Nº 8-15040, describe un método que introduce la fibra óptica en el metal fundido para impedir el hecho de la desviación del eje óptico y pone el extremo distal de la fibra óptica en contacto con el metal fundido. Sin embargo, este método tiene el problema de que el coste llega a ser elevado debido al consumo de la fibra óptica.

Como otro aparato, el solicitante de esta invención presentó una invención (Publicación de Patente Japonesa no examinada (Kokai) Nº 11-142246) que introduce la luz de radiación térmica emitida desde el metal fundido en un dispositivo de formación de imagen (como por ejemplo una cámara CCD) a través de una fibra transmisora de imágenes y que mide la temperatura del metal fundido a partir del valor de luminancia más alto de una pantalla. Debido a que el sistema de fibra transmisora de imágenes usado en la invención puede medir la imagen, se pueden mejorar drásticamente los problemas anteriormente descritos. La fibra transmisora de imágenes se fabrica uniendo con precisión más de 15.000 fibras ópticas, en forma de haz de un diámetro de aproximadamente 4 mm. Se instala una lente condensadora, que tiene una distancia focal próxima al infinito, en el extremo distal de la fibra transmisora de imágenes y la imagen frontal se proyecta al extremo de recepción de la luz de la fibra transmisora de imágenes. Se transmite así una imagen de proyección (imagen óptica) al extremo de salida de la fibra transmisora de imágenes. En otras palabras, la fibra transmisora de imágenes tiene una función de transmisión de imágenes ópticas y transmite la imagen óptica, que tiene delante, desde el extremo de recepción de la luz al extremo de salida de la luz. El dispositivo formador de imágenes forma la imagen óptica en el extremo de salida de la luz y genera señales

de imágenes. De esta forma, basándose en lo anterior, se hace posible la medida de la imagen y el análisis de la imagen. Por lo tanto, se hace posible reconocer el estrangulamiento del campo en el extremo distal de la tobera, debido al metal fundido, que no se ha podido usar con la fibra óptica, y medir la temperatura correcta. Incluso cuando la imagen óptica mueve el campo hasta un cierto punto, debido a la desviación del eje óptico, se puede medir la temperatura correctamente sin ningún problema realizando un tratamiento de imagen. El aparato según la invención tiene la ventaja de que puede medir de forma continua la temperatura del metal fundido. Debido a que se hace una observación bidimensional mediante el uso de la fibra transmisora de imágenes y el metal fundido es automáticamente extraído mediante el tratamiento de imagen, la desviación del eje óptico hasta un cierto punto no origina ningún problema.

Sin embargo, en los aparatos que usan la fibra transmisora de imágenes anteriormente descrita, la fibra se debe instalar y retirar durante el tiempo de intercambio del convertidor, del horno AOD, etc., incluso una vez que está asegurada la coincidencia de los ejes ópticos y que, probablemente, los ejes ópticos se van a desviar mucho en este momento. La fibra transmisora de imágenes, que es particularmente cara, va a sufrir probablemente un daño térmico debido al excesivo calor y, a veces se va a romper al instalarla o al retirarla. Además, debido a que la limpieza del vidrio de la ventana resistente a la presión que separa la boquilla y la fibra transmisora de imágenes, y a que la medida de la cantidad de pérdida de fusión del extremo distal de la boquilla se lleva a cabo durante la operación a alta temperatura, se debe realizar con facilidad y con rapidez. Para satisfacer estos requisitos, el solicitante de la presente invención presentó la Publicación de Patente Japonesa no examinada (Kokai) Nº 2001-83013.

En esta Publicación de Patente Japonesa no examinada (Kokai) Nº 2001-83013, se conectan unos con otros, de manera que se puedan desmontar, una parte correspondiente a una tobera para introducir luz de la radiación térmica procedente del metal fundido, una parte para la introducción del gas de purga, una parte que soporte el vidrio de la ventana resistente a la presión, una parte que centra la fibra transmisora de imágenes y un tubo de protección de la fibra transmisora de imágenes; y la parte que centra la fibra transmisora de imágenes está constituida por partes, cóncava y convexa, que se pueden instalar y mantener en contacto íntimo una con otra, de manera que facilite el centrado. Sin... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para medir la temperatura de un metal fundido, comprendiendo el aparato una boquilla adaptada para penetrar a través de la pared de un recipiente que aloja un metal fundido, para guiar hacia fuera la luz de radiación del metal fundido que está enfrente del extremo distal de dicha boquilla a través de una fibra transmisora de imágenes y para medir la temperatura del metal fundido a partir de dicha luz de radiación térmica así guiada hacia fuera, en el que:

dicha boquilla tiene una estructura de doble tubo que tiene un tubo interior a través del cual se observa dicha luz de radiación térmica del metal fundido mientras se hace pasar un gas de purga, y un tubo exterior a través del cual se hace pasar un gas refrigerante protector para proteger la pérdida por fusión de dicha boquilla; comprendiendo además dicho aparato:

una construcción de una parte de ajuste entre dicha boquilla y dicha fibra transmisora de imágenes, que comprende cuatro partes conectadas de una parte de boquilla, una parte para la introducción del gas de purga/refrigeración, una parte de ajuste de la fibra transmisora de imágenes con una ventana y un tubo de protección de la fibra transmisora de imágenes;

al menos una parte de unión dispuesta en dicha parte para la introducción del gas de purga/refrigeración de manera que se puede centrar un eje óptico para conectar dicha luz de radiación térmica del metal fundido a dicha fibra transmisora de imágenes;

un dispositivo formador de imágenes, una cámara CCD, para medir la distribución bidimensional de la luminancia de la radiación térmica conectado al extremo posterior de dicha fibra transmisora de imágenes;

estando alojado dicho dispositivo formador de imágenes en una caja refrigerada y cerrada herméticamente, y dispuesto en las proximidades de una pared exterior de un recipiente para alojar el metal fundido,

un dispositivo de conversión AD para convertir señales de imágenes generadas por dicha cámara CCD en señales digitales, un ordenador, un dispositivo de control del gas de la boquilla y un dispositivo de control de la cámara, teniendo dicho ordenador la función de someter a un tratamiento informático la temperatura de dicho metal fundido a partir de la luminancia de una región de alta luminancia de la pantalla,

teniendo dicho ordenador la función de calcular el estado de la abertura del orificio en el extremo distal de dicha boquilla a partir de la imágenes y basándose en el resultado del cálculo del estado de la abertura, enviar una señal que indique la clase de gas o el caudal del gas a dicho dispositivo de control del gas de la boquilla,

y teniendo dicho ordenador la función de extraer la región de alta luminancia procedente del interior de una región designada con antelación, cuando la temperatura del metal fundido es calculada mediante un tratamiento informático a partir de la luminancia de la región de alta luminancia de la pantalla introducida a dicho ordenador, y la temperatura del metal fundido se estima a partir de su valor de luminancia.