Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Lichtwellenleiters in einem Verfahren zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze sowie ein Verfahren zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze als auch einen Konverter. Dabei leitet der Lichtwellenleiter elektromagnetische Wellen von der Messstelle zu einem optischen Detektor. Der optische Detektor dient zur

Bestimmung der Temperatur der Hochtemperaturschmelze, indem die von dem Lichtwellenleiter zum optischen Detektor geleitete elektromagnetische Strahlung analysiert wird. Der Lichtwellenleiter wird durch eine Leitung zur Messstelle transportiert. Angetrieben wird er dabei durch ein Fluid, das durch die Leitung strömt. Der Lichtwellenleiter weist einen Kern, einen Mantel und eine Beschichtung auf, wobei die Beschichtung eine Schutzschicht und eine äußere Schutzhülle umfasst.

Die Verwendungen von derartigen Lichtwellenleitern zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze sind bereits bekannt. In der internationalen Patentanmeldung WO 2007/079894 A1 ist ein Konverter mit einem Behälter zur

Aufnahme geschmolzenen Metalls offenbart. Der Konverter weist außerdem eine Messvorrichtung zur optischen Messung der Temperatur des geschmolzenen Metalls auf. Die Messvorrichtung umfasst einen Lichtwellenleiter, um von dem geschmolzenen Metall emittierte elektromagnetische Strahlung zu einem optischen Detektor zu leiten. Die Messvorrichtung umfasst weiterhin einen optischen Detektor zur Bestimmung der

Temperatur des geschmolzenen Metalls aus einer Analyse der elektromagnetischen Strahlung. Zwischen dem optischen Detektor und dem Behälter ist eine Leitung angeordnet, durch die Fluid strömt. Der Lichtwellenleiter wird in der Leitung in Richtung der Messstelle bewegt, wobei er mit Hilfe des strömenden Fluids bewegt wird.

Um die Temperatur des geschmolzenen Metalls im Konverter kontinuierlich messen zu können, lehrt die internationale Patentanmeldung WO 2007/079894 A1 , den Licht wellenleiter kontinuierlich der Messstelle, also der Metallschmelze, zuzuführen. Das ist notwendig, da die hohen Temperaturen der Metallschmelze dazu führen, dass der Lichtwellenleiter an seinem in das geschmolzene Metall eingetauchte Ende bzw. in unmittelbarer Nähe zu dem geschmolzenen Metall gebrachten Ende allmählich aufschmilzt.

Als Lichtwellenleiter, der im Konverter verwendet werden kann, offenbart die internationale Patentanmeldung WO 2007/079894 A1 den Typen G62, 5/125. Dieser umfasst einen Kern, einen Mantel und eine Beschichtung. Die Beschichtung besteht aus einer Schutzschicht, die als Primärbeschichtung bezeichnet wird. Die Primär- beschichtung reicht aber nicht aus, um den Lichtwellenleiter ausreichend vor mechanischen und thermischen Belastungen zu schützen.

Im Stand der Technik weist daher ein Lichtwellenleiter, der zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze verwendet wird, eine Beschichtung auf, die zusätzlich zur Schutzschicht eine äußere Schutzhülle aufweist. Die äußere Schutzhülle wird üblicherweise auch als Sekundärbeschichtung bezeichnet. Bei einem für den oben beschriebenen Zweck verwendeten Lichtwellenleiter ist die Schutzschicht mit der Schutzhülle lose verbunden, d.h. die Schutzschicht wird von der äußeren Schutzhülle umgeben, der Außendurchmesser der Schutzschicht ist aber kleiner als der Innendurchmesser der äußeren Schutzhülle. Dadurch soll insbesondere vermieden werden, dass mechanische und thermische Belastungen unmittelbar von der äußeren Schutzhülle auf die Schutzschicht und dadurch auf den Mantel und Kern übertragen werden. Es wird befürchtet, dass dadurch die Signalübertragung verschlechtert wird. Stattdessen sollen durch die lose Verbindung mechanische Belastungen nahezu ausschließlich von der äußeren Schutzhülle aufgenommen werden.

Es wurde erkannt, dass diese Art der Beschichtung eines Lichtwellenleiters sich nachteilig auf seine Strömungseigenschaften auswirkt. Der Lichtwellenleiter verdreht sich in der Leitung, wenn er mit Hilfe des Fluids in der Leitung zur Messstelle bewegt werden soll. Dadurch kann der Lichtwellenleiter nicht kontrolliert zur Messstelle bewegt werden und der Lichtwellenleiter kann sogar in der Leitung steckenbleiben. Das wiederum hat zur Folge, dass insbesondere eine kontinuierliche Temperaturmessung, die zum Beispiel für die Temperaturregelung wichtig ist, nicht gewährleistet werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verwendung eines Lichtwellenleiters in einem Verfahren zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze sowie ein solches Verfahren und einen Konverter vorzuschlagen, bei denen der Lichtwellenleiter mit Hilfe eines Fluids durch eine von dem Fluid durchströmte Leitung zur Messstelle bewegt wird, bei der die kontrollierte Zuführung des Lichtwellenleiters zur Messstelle verbessert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Gegenstände der Ansprüche 1 , 7 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Kerngedanke der Erfindung ist, einen Lichtwellenleiter zu verwenden, der eine Beschichtung aufweist, die eine Schutzschicht und eine äußere Schutzhülle umfasst, wobei die äußere Schutzhülle mit der Schutzschicht fest verbunden ist. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Lichtwellenleiter deutlich bessere Strömungseigenschaften aufweist, als ein Lichtwellenleiter mit einer losen Verbindung zwischen Schutzschicht und äußerer Schutzhülle. Der Lichtwellenleiter kann somit durch die fluiddurchströmte Leitung kontrollierter zur Messstelle bewegt werden, ohne dass er sich verdreht oder in der Leitung steckenbleibt. Insbesondere kann dadurch eine kontinuierliche Messung der Hochtemperaturschmelze gewährleistet werden, die insbesondere für die Regelung der Schmelzbadtemperatur wichtig ist. Fehlt diese, kann es dazu kommen, dass die Hochtemperaturschmelze für die weitere Bearbeitung unbrauchbar wird. Das verur- sacht gerade bei Metallschmelzen hohe Verluste. Insbesondere ist ein hoher Energie- aufwand zum Schmelzen einer großen Menge von Metall erforderlich. Zudem kann es bis zur Entsorgung der unbrauchbaren Metallschmelze zu langen Stillstandzeiten kommen.

Der Begriff„Lichtwellenleiter“ umfasst im Sinne der Erfindung einen Kern, einen Mantel und eine Beschichtung (Elemente des Lichtwellenleiters). Die Elemente des Licht wellenleiters sind üblicherweise zylinderförmig und zueinander koaxial angeordnet. Dabei umgibt der Mantel den Kern und die Beschichtung den Mantel. Die Länge des Lichtwellenleiters ist üblicherweise viel größer als sein Durchmesser.

Der Kern und der Mantel (Faser) dienen dabei der Leitung von elektromagnetischen Wellen. Das Material des Kerns weist einen höheren Brechungsindex auf, als das Material des Mantels. Dadurch kommt es an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel nahezu zur Totalreflexion der elektromagnetischen Wellen. Elektromagnetische Wellen, die von einem Ende des Lichtwellenleiters in den Lichtwellenleiter eindringen werden an der besagten Grenzfläche so lange reflektiert, bis sie an dem anderen Ende des Lichtwellenleiters austreten. Die elektromagnetischen Wellen werden dabei nahezu verlustfrei weitergeleitet.

Üblicherweise bestehen Kern und Mantel aus Quarzglas, wobei der Kern üblicherweise mit Fremdatomen dotiert wird, um ihm einen höheren Brechungsindex zu verleihen. Andere Materialien für den Kern und den Mantel, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eignen sich grundsätzlich auch für die Erfindung.

Die Beschichtung weist erfindungsgemäß eine Schutzschicht und eine äußere Schutzhülle auf. Die Schutzschicht und die äußere Schutzhülle sind üblicherweise ebenfalls koaxial zum Kern und Mantel und haben üblicherweise eine zylindrische Form. Die Schutzschicht dient dem Schutz des Kerns und Mantels insbesondere bei Transport und Verlegung des Lichtwellenleiters vor mechanischen Belastungen. Die Schutzschicht umgibt üblicherweise unmittelbar den Mantel. Zwischen Mantel und Schutzschicht herrscht üblicherweise eine feste Verbindung. Denn bei der Aufbringung der Schutzschicht auf den Mantel wird die Faser durch einen Extruder geführt, in dem sich erhitztes Extrusionsgut befindet. Dieses Extrusionsgut, das bei der Extrusion auf die Faser aufgebracht wird, ist üblicherweise erhitzter Kunststoff, z. B. Polyimid, Acryl oder Silikon, und ist das Material, aus dem die spätere Schutzschicht besteht. Damit das Extrusionsgut nach Aufbringung auf die Faser schneller aushärtet, wird es üblicherweise mit UV-Licht bestrahlt.

Die Schutzschicht, die üblicherweise auch als Primärschicht oder Primärbeschichtung bezeichnet wird, kann auch mehrere Schichten umfassen.

Die Schutzschicht reicht jedoch nicht aus, um die Faser ausreichend vor mechanischen und thermischen Belastungen, insbesondere beim Verlegen und Transportieren des Lichtwellenleiters, zu schützen. Daher umfasst die Beschichtung zusätzlich eine äußere Schutzhülle, die üblicherweise auch als Sekundärschicht oder Sekundärbeschichtung bezeichnet wird. Üblicherweise ist die äußere Schutzhülle aus Kunststoff und bildet die äußerste Schicht der Beschichtung des Lichtwellenleiters, grenzt diesen also nach außen hin ab.

Die äußere Schutzhülle ist mit der Schutzschicht fest verbunden. Die Formulierung „fest verbunden“ im Sinne der Erfindung umfasst eine Verbindung zwischen äußerer Schutzhülle und Schutzschicht derart, dass die Außenfläche der Schutzschicht mit der Innenfläche der Schutzhülle in Kontakt steht. Dabei meint„Innenfläche“ die Fläche der äußeren Schutzhülle, die sich in Richtung der Längsachse des Lichtwellenleiters erstreckt und die der Längsachse zugewandt ist.„Außenfläche“ meint die Fläche der Schutzschicht, die sich in Längsrichtung des Lichtwellenleiters erstreckt und die der Längsachse abgewandt ist. Üblicherweise sind die Schutzschicht und die äußere Schutzhülle hohlzylinderförmig. Dann ist die Außenfläche der Schutzschicht der Außenmantel der Schutzschicht und die Innenfläche der äußeren Schutzhülle der Innenmantel der äußeren Schutzhülle.

Die Außenfläche der Schutzschicht steht mit der Innenfläche der äußeren Schutzhülle derart in Kontakt, dass eine Relativbewegung zwischen Schutzschicht und äußerer Schutzhülle blockiert ist.

Das kann beispielsweise durch Verkleben der Schutzschicht mit der äußeren Schutzhülle realisiert werden. Somit umfasst die Formulierung „in Kontakt stehen“ auch, dass zwischen der Außenfläche der Schutzschicht und der Innenfläche der äußeren Schutzhülle eine Zwischenschicht vorhanden sei kann, insbesondere eine Haftmittelschicht. Denkbar ist aber auch, dass die Zwischenschicht durch ein Gel gebildet wird.

Da zwischen der Schutzschicht und der äußeren Schutzhülle kein Freiraum ist, der eine Relativbewegung zwischen Schutzschicht und äußerer Schutzhülle erlaubt, hat ein Lichtwellenleiter mit der erfindungsgemäßen Beschichtung ein kleineres Volumen und ist kompakter als ein entsprechender Lichtwellenleiter mit einer losen Verbindung zwischen Schutzschicht und äußerer Schutzhülle. Insbesondere vorteilhaft sind dadurch seine strömungsmechanischen Eigenschaften, die sich bei der Verwendung des Lichtwellenleiters zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperatur- schmelze, bei welcher der Lichtwellenleiter durch eine fluiddurchströmte Leitung zur Messstelle bewegt wird, bemerkbar machen. Der Lichtwellenleiter kann dadurch ohne Verdrehung, Steckenbleiben oder Verknäulen kontinuierlich durch die Leitung trans- portiert werden.

Unter„elektromagnetische Wellen“ sind alle elektromagnetischen Wellen zu verstehen, die von einer Hochtemperaturschmelze ausgestrahlt werden können.

Der Begriff „Hochtemperaturschmelze“ umfasst in Sinne der Erfindung insbesondere Metallschmelzen. Unter einer Metallschmelze ist insbesondere geschmolzenes Metall zu verstehen. Sie kann ein oder mehrere Metalle aufweisen. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Verwendung zum Messen der Temperatur von Stahlschmelzen und Aluminiumschmelzen. Des Weiteren umfasst der Begriff „Hochtemperatur- schmelze“ nichtmetallische Schmelzen, wie z.B. Salzschmelzen und eine Mischung aus metallischen und nichtmetallischen Schmelzen.

Der Begriff „Messstelle“ umfasst im Sinne der Erfindung eine Stelle, an der sich die Hochtemperaturschmelze befindet. Er umfasst aber auch eine Stelle, an der sich keine Hochtemperaturschmelze befindet, die aber idealerweise so nah an der Hoch- temperaturschmelze ist, dass die elektromagnetischen Wellen in einer für die Tempe- raturmessung brauchbaren Qualität und Quantität in den Lichtwellenleiter eindringen können.

Als Fluid für die Bewegung des Lichtwellenleiters in der Leitung wird vorzugsweise entweder ein ohnehin für die jeweilige Behandlung der Hochtemperaturschmelze notwendiges Fluid, beispielsweise Sauerstoff bei geschmolzenem Stahl im Konver- terprozess, verwendet. Alternativ können auch andere Gase eingesetzt werden, wie beispielsweise Inertgase.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung antistatisch. Unter „antistatisch“ ist zu verstehen, dass die Beschichtung elektrostatische Aufladungen ver- hindert oder aufhebt. Insbesondere bevorzugt ist die äußere Schutzhülle antistatisch. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass dem Material der äußeren Schutzhülle antistatisch wirkende Mittel zugefügt werden.

Elektrostatische Aufladungen haben sich bei der Bewegung des Lichtwellenleiters durch eine fluiddurchströmte Leitung zur Messung einer Hochtemperaturschmelze als problematisch erwiesen, da durch die elektrostatischen Anziehungskräfte der Licht- wellenleiter dazu neigt, an der Leiterwand haften zu bleiben. Zusätzlich zur festen Verbindung zwischen der Schutzschicht und der äußeren Schutzhülle lassen sich die Führungseigenschaften des Lichtwellenleiters durch die fluiddurchströmte Leitung nochmals verbessern.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die äußere Schutzhülle reibungs- mindernde Zusätze. Insbesondere kann dies dadurch erreicht werden, dass dem Material der äußeren Schutzhülle reibungsmindernde Additive zugesetzt werden. Durch die reibungsmindernden Zusätze kann der Lichtwellenleiter einfacher durch die Leitung geführt werden. Zudem verringert eine reibungsarme Führung des Licht wellenleiters durch die Leitung elektrostatische Aufladungen. Als Zusatz kann bei- spielsweise das durch die Firma Clariant aus Frankfurt am Main unter dem Produktna- men Hostastat vertriebene Produkt oder das von der Firma Bayer unter dem Produkt- namen Irgastat vertriebene Produkt oder das von der Firma DuPont unter dem Pro- duktnamen Entira vertriebene Produkt eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter ein Gewicht von höchstens 0,3 kg pro Kilometer Leiterlänge auf. Dadurch, dass der Lichtwellenleiter so leicht ist, kann er besser durch die Leitung eingeblasen werden. Es hat sich gezeigt, dass ein Gewicht von 0,22 kg pro Kilometer Leiterlänge für die Strömungseigen- schaften des Lichtwellenleiters optimal ist. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Lichtwellenleiter einen Gesamtdurch- messer von weniger als 600pm, insbesondere bevorzugt von weniger als 500pm, ins- besondere bevorzugt von weniger als 400pm.

Bevorzugt weist der Lichtwellenleiter eine Multimodefaser auf. Im Gegensatz zu Monomodefasern ist der Kerndurchmesser bei der Multimodefaser deutlich größer. Der Vorteil, der sich daraus ergibt, ist, dass eine größere Lichtmenge in den Lichtwellenleiter eingespeist und durch diesen zum optischen Detektor geleitet werden kann. Zwar leiden Multimodefasern unter Modendispersion. Dadurch kommt es bei sehr großen Lichtwellenleiterlängen, die insbesondere in der Nachrichtentechnik eingesetzt werden, zu Übertragungsfehlern. Für die erfindungsgemäße Verwendung ist dieses Problem aber kaum relevant, da Übertragungsstrecken von vielen Kilometern zwar denkbar sind, aber selten Vorkommen. Zudem haben Multimodefasern gegenüber den Monomodefasern die Vorteile, dass sie günstiger in der Herstellung und weniger empfindlich beim Verlegen oder Transportieren sind. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen mit Monomodefasern. Als Faserkategorien kommen insbesondere OS2, OM1 , OM2, OM3, OM4 in Betracht.

Bevorzugt ist eine Multimodefaser mit einem Kerndurchmesser von 62,5 und einem Manteldurchmesser von 125pm, insbesondere bevorzugt nach der Faserkategorie OM1. Denkbar ist auch ein Faserdurchmesser von 50 und ein Manteldurchmesser von 125pm.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze sieht vor, dass der Lichtwellenleiter elektromagnetische Wellen von einer Messstelle zu einem optischen Detektor leitet und mit Hilfe eines Fluids durch eine von dem Fluid durchströmte Leitung zur Messstelle bewegt wird, wobei der verwendete Lichtwellenleiter einen Kern, einen Mantel und eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung eine Schutzschicht und eine äußere Schutzhülle umfasst und die äußere Schutzhülle mit der Schutzschicht fest verbunden ist.

Der erfindungsgemäße Konverter weist einen Behälter zur Aufnahme geschmolzenen Metalls und eine Messvorrichtung zur optischen Temperaturbestimmung des geschmolzenen Metalls auf und ist mit

• einem Lichtwellenleiter, um von dem Metall oder von der Spitze des Lichtwellenleiters emittierte elektromagnetische Strahlung zu einem optischen Detektor zu leiten,

• einem optischen Detektor zur Bestimmung der Temperatur des Metalls aus einer Analyse der elektromagnetischen Strahlung und • einer zwischen dem optischen Detektor und dem Behälter angeordneten fluiddurchströmten Leitung, in der der Lichtwellenleiter zumindest abschnittweise geführt wird und in der der Lichtwellenleiter mit Hilfe des Fluids transportiert wird, ausgeführt, wobei der Lichtwellenleiter einen Kern, einen Mantel und eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung eine Schutzschicht und eine äußere Schutzhülle umfasst und die äußere Schutzhülle mit der Schutzschicht fest verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der nachfolgenden Figur, die lediglich eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigen, näher erläutert. Darin zeigt:

Fiq. 1 beispielhafte Verwendung eines Lichtwellenleiters zur optischen Messung der Temperatur einer Hochtemperaturschmelze und

Fiq. 2 eine perspektivische, auseinandergezogene Ansicht des erfindungsgemäß zu verwendenden Lichtwellenleiters.

Die Figur zeigt einen Behälter 1 zur Aufnahme einer Hochtemperaturschmelze, die vor- liegend geschmolzenes Metall ist. Dieser Behälter 1 ist über Drehzapfen 2 in einem nicht dargestellten Gestell gelagert. Eine Gaszuführung 3 führt von einer nicht näher dargestellten Gasquelle über eine Gasleitung 8 zu einer im Bodenbereich des Behälters 1 vorgesehenen Gasöffnung. Über die Gaszuführung 3 kann dem Metallbad 9 Gas zugeführt werden.

Ferner dargestellt sind eine Abspulvorrichtung 4, auf der ein Lichtwellenleiter 7 aufgespult ist. Ein Ende des Lichtwellenleiters 7 ist mit einem optischen Detektor 5 verbunden, der mit einer Signalauswertung 6 verbunden ist. Die Abspulvorrichtung 4 und der optische Detektor 5 können in einer vor Wärme schützenden Einhausung 10 untergebracht sein. Der Lichtwellenleiter 7 wird durch die Gasleitung 8, welche mittels der Gaszuführung 3 mit Gas versorgt wird, in das Metallbad 9 eingeführt.

Das in das Metallbad 9 hineinreichende Ende des Lichtwellenleiters 7 nimmt die Strahlung des geschmolzenen Metalls auf und leitet sie über den Lichtwellenleiter 7 zu dem optischen Detektor 5. Dort werden die optischen Signale in elektronische Signale umgewandelt, die von der Signalauswertung 6 weiter bearbeitet werden können, um die Temperatur des Metalls im Metallbad 9 zu ermitteln. Da die Temperatur des geschmolzenen Metalls zum Schmelzen des eingetauchten Endes des Licht- wellenleiters führt, muss der Lichtwellenleiter 7 nachgeführt werden. Dies erfolgt mit Hilfe des durch die Gaszuführung 3 und die Gasleitung 8 strömenden Gases. Der Lichtwellenleiter 7 weist dabei einen Kern 14, einen Mantel 1 1 und eine Beschich- tung auf. Der Kern 14 hat einen Durchmesser von 62,5pm und der Mantel 1 1 einen Durchmesser von 125pm. Die Faser des Lichtwellenleiters 7 ist im vorliegenden Bei- spiel eine Multimodefaser der Faserkategorie OM1. Die Beschichtung weist eine Schutzschicht 12 und eine äußere Schutzhülle 13 auf, die fest miteinander verbunden sind. Die äußere Schutzhülle 13 ist antistatisch und enthält reibungsmindernde Zusätze. Der Lichtwellenleiter 7 hat ein Gewicht von 0,22 kg pro Kilometer Leiterlänge.