EA201490785A1 20141128

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea201490785a*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

В изобретении предлагаются устройства, системы и способы для мониторинга целостности контейнера, защищенного при помощи огнеупорного материала, с использованием первого приемника излучения для измерения температуры внешней поверхности контейнера, первого источника излучения для измерения толщины огнеупорного материала и центрального контроллера, сконфигурированного для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЦЕЛОСТНОСТИ КОНТЕЙНЕРОВ
Область техники, к которой относится изобретение
Раскрытые в настоящей заявке варианты осуществления изобретения имеют отношение к созданию устройств, способов и систем, а более конкретно, к созданию механизмов и технологий для текущего мониторинга резервуаров и контейнеров, сконфигурированных для содержания (хранения) материалов, имеющих повышенную температуру.
Уровень техники
Металлические резервуары и контейнеры различных размеров и форм, предназначенные для содержания материалов при повышенных температурах, широко используют во многих промышленных применениях. В качестве примеров таких применений можно привести (но без ограничения) процессы газификации в химической промышленности и при выработке электроэнергии, работу в дуговых электропечах (EAF), кислородных конвертерах (BOF), в ковшах, в доменных печах, в дегазаторах и в печах аргонокислородного обезуглероживания (AOD) при производстве стали. Известно, что обычно такие контейнеры имеют футеровку огнеупорным материалом в виде кирпичей или отлитую из монолитных блоков, чтобы защищать металлическую часть контейнера от имеющего высокую температуру его содержимого. Однако, в результате нормального износа огнеупорного материала за счет комбинированного воздействия окисления, коррозии и абразивного износа, некоторые участки огнеупорной поверхности, находящиеся в контакте с расплавленным металлом, теряются при обработке, что требует частой проверки для обеспечения длительного срока службы за счет ранней локализации и ремонта повреждений, чтобы избежать катастрофических отказов и исключить ненужное или преждевременное восстановление огнеупорной футеровки всего контейнера.
До появления технологий проверки на базе оптических измерений, проверку
керамической футеровки, чтобы обнаружить недопустимые значения толщины футеровки, производили визуально, при этом опытный оператор искал темные пятна в футеровке, которые свидетельствуют о высокой локализованной интенсивности теплопередачи в огнеупорный материал и металлическую оболочку, или о возможном чрезмерном износе и необходимости ремонта футеровки. Такой подход, связанный с комбинацией мастерства и науки, подвергает оператора контейнера излишней промышленной опасности, уменьшает частоту проверок и не обладает желательной точностью. Кроме того, следует иметь в виду, что расходы, связанные с установкой и ремонтом керамической футеровки значительно увеличились за последние двадцать лет, так как огнеупорные материалы были переформулированы для установок специфического применения. Для того, чтобы улучшить эффективное использование этих более дорогих огнеупорных материалов, были разработаны различные технологии, позволяющие минимизировать указанные здесь выше риски, в том числе технологии, сконфигурированные для прямого измерения износа огнеупорного материала, а также приспособленные для измерения воздействия износа огнеупорного материала на металлический контейнер, такие как, например, технологии косвенного контроля интенсивности теплопередачи в контейнер. Однако, как это указано здесь далее, эти известные (традиционные) технологии имеют несколько недостатков.
Что касается традиционных технологий, сконфигурированных для прямого измерения количественного износа огнеупорного материала при помощи лазера, то, например, по той причине, что диаметры лазерного луча имеют конечные размеры (например, ориентировочно от 40 до 60 мм в некоторых применениях), потенциальные дефекты огнеупорного материала с характерными размерами меньше чем диаметр лазерного луча, такие как небольшое отверстие в футеровке, очень трудно, если вообще возможно, обнаружить, причем также трудно обнаружить отсутствие одного кирпича в футеровке. Более того, за счет большого угла падения лазерного луча на стенки ковша, размер отверстия, если оно было обнаружено, представляется оператору или лазерному сканеру меньшим, чем в
действительности.
Кроме того, локализованное накопление шлака на внутренних поверхностях ковша затрудняет обнаружение областей, в которых может быть необходим ремонт футеровки. В тех случаях, когда сталь выпускают из ковша, небольшое количество шлака, перенесенного из конвертера при выпуске плавки или введенного в ковш металлургической печи, может образовывать покрытие на стенках или на дне ковша. Так как большая часть наросшего шлака растворяется при осуществлении следующего цикла нагрева ковша, то сравнение измерений между различными циклами нагрева позволяет иногда выявить накопление шлака при предыдущем измерении. Однако, при любом одиночном нагреве, технологии с использованием лазеров не позволяют произвести различие между оставшимся огнеупорным материалом и накоплением шлака на внутренних поверхностях ковша. Таким образом, в случаях накопления шлака, система преувеличивает толщину футеровки или преуменьшает потерю огнеупорного материала, что является недопустимым при эксплуатации.
Наконец, еще одной потенциальной проблемой, которую не может обнаружить система на базе лазера, является крип, возникающий тогда, когда расплавленная сталь естественным образом проникает в небольшие зазоры (например, в небольшие отверстия с характерными размерами, например, ориентировочно 1-5 мм), которые образовались между кирпичами в огнеупорной футеровке контейнера. Специалисты в данной области легко поймут, что крип может в конечном счете образовывать металлический мост между расплавленным металлом, содержащимся в ковше, и его внешней твердой металлической оболочкой. Небольшой крип вызывает только локализованный нагрев оболочки ковша. Однако, со временем, небольшой крип может усиливаться и может приводить к расплавлению оболочки ковша и к последующей утечке расплавленной стали. Таким образом, в то время как традиционные системы оконтуривания являются полезными для того, чтобы характеризовать внутренний профиль контейнера, бывают ситуации, в которых
одно только измерение толщины недостаточно для предотвращения прорывов металла.
В качестве примеров традиционных технологий, сконфигурированных для измерения качественного воздействия износа огнеупорного материала на металлический контейнер, можно привести технологии, связанные с оценкой температуры на внешних поверхностях контейнера. Когда внутренний огнеупорный материал изнашивается и становится тонким, температуры металлической оболочки в соответствующих областях повышаются за счет повышенной теплопередачи от расплавленных материалов к контейнеру. Такие измерения типично производят, когда ковш висит на кране, вскоре после того, как из ковша был выпущен сляб, причем их используют в первую очередь для определения момента времени, когда контейнер следует вывести из эксплуатации. Это качественное измерение позволяет индицировать горячие пятна на оболочке ковша, независимо от их причины (то есть возникших за счет утончения футеровки, за счет крипа, или за счет того и другого) и, как таковое, является прямым измерением состояния "защиты." Однако, специалисты в данной области легко поймут, что такие измерения дают только качественную информацию и не позволяют получить детальную информацию, характеризующую интенсивность изнашивания самой футеровки. Локальная толщина огнеупорной футеровки, возможное наличие крипа, время, в течение которого расплавленный металл содержался в ковше, изменения во времени температуры расплавленного материала при его нахождении в ковше, динамика процесса обработки (то есть с использованием ковша металлургических печей) расплавленного материала при его нахождении в ковше, и излучательные свойства внешней поверхности ковша, все это приводит к повышению температуры металлической оболочки. Таким образом, измерения внешней температуры полезны только относительно, и отсутствие количественной информации мешает определению интенсивности изнашивания и оптимизации огнеупорного материала в ковше.
Таким образом, принимая во внимание по меньшей мере отмеченные здесь выше недостатки традиционных технологий, существует необходимость в создании устройств,
систем и способов, которые позволяют минимизировать или устранить противоречивость данных измерения толщины огнеупорной футеровки и температуры внешней поверхности металлических контейнеров, сконфигурированных для удержания материалов при температурах выше температуры плавления металла (металла оболочки контейнера). Это позволит производить раннее обнаружение крипа расплавленного металла или небольших отверстий в футеровке, которые могут способствовать разрушению футеровки, в результате чего будет повышена безопасность в эксплуатации и снижены эксплуатационные расходы, связанные с дорогими операциями очистки и потенциальными простоями. Краткое изложение изобретения
В соответствии с одним примерным вариантом осуществления, предлагается устройство для мониторинга целостности контейнера, защищенного при помощи огнеупорного материала, которое содержит первый приемник излучения, сконфигурированный для измерения температуры внешней поверхности контейнера; первый источник излучения, сконфигурированный для измерения толщины огнеупорного материала; и центральный контроллер, сконфигурированный для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
В соответствии с одним примерным вариантом осуществления, предлагается система для текущего мониторинга целостности контейнера, защищенного при помощи огнеупорного материала, которая содержит термографическое устройство, сконфигурированное для измерения температуры внешней поверхности контейнера; устройство для измерения толщины огнеупорного материала, сконфигурированное для измерения толщины огнеупорного материала; и центральный контроллер, сконфигурированный для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
В соответствии с одним примерным вариантом осуществления, предлагается способ
текущего мониторинга целостности контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного
материала, причем указанный способ включает в себя следующие операции: использование
первого приемника излучения, сконфигурированного для измерения температуры внешней
поверхности контейнера; использование первого источника излучения,
сконфигурированного для измерения толщины огнеупорного материала; и использование центрального контроллера, сконфигурированного для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
Краткое описание чертежей
Сопроводительные чертежи (выполненные не в реальном масштабе) являются частью описания изобретения; они иллюстрируют один или несколько вариантов осуществления и, вместе с описанием изобретения, поясняют эти варианты осуществления.
На фиг. 1 показан контейнер, сконфигурированный для удержания материалов при повышенных температурах.
На фиг. 2 показана блок-схема устройства (или системы), сконфигурированного так, чтобы контролировать целостность контейнера, показанного на фиг. 1, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 показана блок-схема устройства (или системы), сконфигурированного так, чтобы контролировать целостность контейнера, показанного на фиг. 1, в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 показан смоделированный профиль толщины футеровки и смоделированный профиль температуры внешней поверхности в соответствии с примерным вариантом осуществления.
На фиг. 5 показан примерный участок смоделированного профиля толщины футеровки и смоделированного профиля температуры внешней поверхности в соответствии с
примерным вариантом осуществления.
На фиг. 6 показана схема последовательности операций способа мониторинга целостности контейнера, имеющего защитный огнеупорный слой.
На фиг. 7 показана схема последовательности операций способа мониторинга целостности контейнера, имеющего защитный огнеупорный слой.
На фиг. 8 показана блок-схема устройства (или системы) мониторинга, сконфигурированного для опознания местоположений потенциальных разрушений в контейнере, приспособленном для удержания материалов при повышенных температурах в соответствии с примерным вариантом осуществления.
Подробное описание изобретения
Последующее описание примерных вариантов осуществления проведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые или аналогичные элементы на различных чертежах имеют одинаковые позиционные обозначения. Следует иметь в виду, что последующее подробное описание изобретения не ограничивает настоящее изобретение, а объем патентных притязаний настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения. Последующие варианты осуществления обсуждаются, для упрощения, со ссылкой на терминологию и структуру устройств, систем или способов, позволяющих обнаруживать местоположения потенциальных разрушений в контейнере, имеющем футеровочный материал для его защиты от повышенных температур при производстве стали. Однако следует иметь в виду, что обсуждающиеся ниже варианты осуществления не ограничены только такими применениями и могут быть использованы для других контейнеров, имеющих футеровочный материал, на который воздействует повышенная температура по сравнению с температурой плавления материала, из которого изготовлен контейнер, причем необходимо определять целостность футеровки, чтобы избежать неожиданных разрушений.
Использованная в тексте описания изобретения ссылка на "один вариант осуществления" или "вариант осуществления" означает, что специфические признак, структура
или характеристика, описанные со ссылкой на этот вариант осуществления, использованы по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление фразы " в одном варианте осуществления" или "в варианте осуществления" в различных местах в описании не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления. Более того, специфические признаки, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах осуществления.
На фиг. 1 показан контейнер 2, сконфигурированный для содержания (хранения) материалов при повышенных температурах. Использованный здесь термин "контейнер" следует понимать в широком смысле как относящийся ко всем типам металлических или неметаллических контейнеров различных размеров и форм, предназначенных для удержания материалов при повышенных температурах, которые могут быть ниже, равны или выше температуры плавления материала контейнера. В качестве примеров таких контейнеров можно привести контейнеры, которые используют в таких применениях (но без ограничения) как процессы газификации в химической промышленности и при выработке электроэнергии, работу в дуговых электропечах (EAF), кислородных конвертерах (BOF), в ковшах, в доменных печах, в дегазаторах или в печах аргонокислородного обезуглероживания (AOD) при производстве стали. Кроме того, использованный в тексте описания изобретения термин материалы при повышенной температуры следует понимать в широком смысле как материалы, предназначенные для нахождения внутри указанных контейнеров, имеющих достаточно высокие температуры для того, чтобы вызвать повреждение контейнера при их воздействии на контейнер, когда нарушена целостность огнеупорных материалов, покрывающих по меньшей мере участок поверхности контейнера, так что на контейнер будут воздействовать материалы при повышенных температурах. Как это показано на фиг. 1, контейнер 2 имеет оболочку 4, внутренний слой огнеупорного материала 6 и отверстие 8. Пунктирной линией 7 на фиг. 1 показан исходный слой огнеупорного материала 6 до начала
использования контейнера. Для того, чтобы лучше объяснить принцип настоящего изобретения, контейнер 2 показан с двумя областями, в которых локальный износ при использовании повредил огнеупорный материал 6, как это описано далее более подробно.
В первой области 10 показано местоположение, в котором образовалось небольшое отверстие 12 в огнеупорном материале 6. Специалисты в данной области легко поймут, что первой областью 10 также может быть область в огнеупорном материале 6, в которой образовался крип, то есть областью, в которой, при использовании, расплавленная сталь естественным образом проникла в небольшие зазоры (например, в небольшие отверстия с характерными размерами, например, ориентировочно 1-5 мм), которые образовались между кирпичами в огнеупорной футеровке контейнера. На фиг. 1 также показана вторая область 14, в которой кусок огнеупорного материала 6 был удален при использовании, и накопление 16 шлака внутри контейнера 2 заполнило пустоту, оставленную удаленным огнеупорным материалом. Одной из предпочтительных характеристик настоящего изобретения является улучшенная способность идентификации областей 10 и 14 за счет комбинации измерений толщины футеровки и температуры внешней поверхности, как это описано далее более подробно. Следует иметь в виду, что области 10 и 14 показаны в качестве примера проблем, которые могут возникать во время использования контейнера 2, что ни в коей мере не ограничивает настоящее изобретение. Специалисты в данной области легко поймут, что могут быть и другие типы дефектов, которые могут быть обнаружены с использованием настоящего изобретения, так что упоминание примерных областей 10 и 14 ни в коей мере не ограничивает настоящее изобретение.
На фиг. 2 показана блок-схема устройства (или системы) 20 для мониторинга целостности контейнера 2, показанного на фиг. 1, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. Показанное устройство 20 содержит термографическую систему или устройство 21, чтобы контролировать температуру внешней поверхности контейнера 2, и систему или устройство 25 для измерения толщины
огнеупорного материала, сконфигурированное так, чтобы контролировать толщину огнеупорного материала 6 внутри контейнера 2. Термографическая система 21 содержит первый приемник 22 излучения и первый контроллер 24, объединенные друг с другом. Система 25 для измерения толщины огнеупорного материала содержит первый источник 26 излучения и второй контроллер 28, объединенные друг с другом. В примерном варианте осуществления на фиг. 2 также показано, что как термографическая система 21, так и система 25 для измерения толщины огнеупорного материала имеют связь с центральным контроллером 30. На фиг. 2, первый приемник 22 излучения показан соединенным с первым контроллером 24 кабелем 32. Аналогично, первый источник 26 излучения показан соединенным со вторым контроллером 28 кабелем 34; и первый и второй контроллеры 24 и 28 показаны соединенными с центральным контроллером 30 соответствующими кабелями 36 и 38. Однако специалисты в данной области легко поймут, что эти соединения могут быть выполнены за счет беспроводной связи в других вариантах осуществления, причем контроллеры 24 и 26 могут быть выполнены отдельно, как это показано, или объединены в единое устройство с центральным контроллером 30 или смонтированы в нем. Таким образом, межсоединение и/или расположение устройств, показанных на фиг. 2, не ограничивает объем патентных притязаний настоящего изобретения, а приведено просто как иллюстрация его вариантов осуществления. Кроме того, число источников излучения и приемников может быть больше одного. Например, в одном варианте осуществления, первый приемник 22 излучения содержит множество инфракрасных (ИК) приемников (или камер), сконфигурированных для измерения температуры внешней поверхности контейнера 2 за счет теплопередачи излучения от контейнера 2 к внешним приемникам 22, а первый источник 26 излучения представляет собой источник света, использованный для сканирования внутренности контейнера 2, чтобы производить измерение толщины огнеупорного материала в нем. В другом варианте осуществления, первый источник 26 излучения представляет собой сканер диапазона или расстояния, сконфигурированный для
измерения расстояния от местоположения системы 25 до внутренних точек на поверхности огнеупорного материала 6. В еще одном варианте осуществления, первый источник 26 излучения может иметь выбранный спектр длин волн, причем указанный спектр может быть виден (или не виден) невооруженным глазом. В других примерных вариантах осуществления, связь между указанными контроллерами и/или другими компонентами может быть осуществлена по интернету, при помощи радиоволн, микроволн, при помощи спутника или других известных средств связи, причем соединение между контроллерами может быть проводным или беспроводным.
В одном варианте осуществления, первый приемник 22 излучения или приемники 22 могут быть установлены в цехе, где расположен контейнер 2, вокруг ковша, чтобы получить комбинированное изображение всей системы ковша. В другом варианте осуществления, первым контроллером 24 может быть персональный компьютер (ПК), который считывает выходной сигнал ПК камер и монтирует комбинированное изображение из индивидуальных изображений, если используют множество камер. Термографические данные, собранные при помощи ПК камер, могут быть получены в то время ковш или контейнер 2 подвешен на кране. Таким образом, в таких вариантах осуществления, относительная ориентация ПК камеры (камер) и ковша может быть номинально постоянной от одного измерения к другому измерению. Последующая обработка комбинированного изображения термографических данных в таких вариантах осуществления позволяет образовать имеющий пространственное разрешение профиль температур в цилиндрических координатах, причем независимыми координатными переменными являются Z (расстояние от сливного носка ковш) и тета (азимутальное положение вокруг окружности ковша). R (радиальное расстояние от осевой линии ковша) может быть избыточным, так как ПК данные получают только от внешней поверхности контейнера. В некоторых вариантах осуществления, работа систем 21 и 25 производится одновременно, то есть измерения температур внешней поверхности и толщины внутренней футеровки производят по существу одновременно, при одной
остановке работы контейнера, после чего данные комбинируют и направляют для отображения пользователю, для оценки контейнера 2. В других вариантах осуществления, системы 21 и 25 работают отдельно или последовательно при различных остановках работы контейнера, и их индивидуальные данные комбинируют позже.
В примерном варианте осуществления, типичной конфигурацией, которая может быть использована для измерения толщины футеровки в ковше, использованном в сталелитейном производстве, является конфигурация с ковшом, установленным в соответствующем стенде (в этом случае стенд может быть выполнен с возможностью поворота на заданный угол, например, на 360°) на заданном расстоянии (например, ориентировочно 3-5 м) напротив лазерного сканера, причем измерения производят при горловине ковша, наклоненной к сканеру. В другом варианте осуществления, диапазон точек внутри ковша измеряют так, как это описано в патенте США No. 6,922,252 на имя заявителя настоящего изобретения.
В другом варианте осуществления, лазерная система 25 может быть установлена в стенде с фиксированным положением, который кинематически или инструментально позволяет определять положение ковша относительно лазерной головки. Специалисты в данной области легко поймут, что в кинематическом варианте осуществления, стенд ковша сконструирован так, что положение ковша будет одним и тем же положением всякий раз, когда его размещают в стенде. В инструментальном варианте осуществления, диапазон искателей в виде одноточечных лазеров используют для измерения положения ковша в стенде. В таких вариантах осуществления, пространственная ориентация данных лазера должна быть известна с погрешностью измерения, типично +/-5 мм. Данные лазера также могут быть приведены в цилиндрических координатах, где R отображает локальную толщину футеровки в любой заданной точке в ковше, как это описано далее более подробно. Когда данные лазера и ИК сканера будут находиться в одном и том же координатном представлении, тогда центральный контроллер 30 комбинирует изображение, отображающее температуру внешней поверхности контейнера 2 (например, с
использованием псевдоцветного комбинированного изображения ИК сканера в одном варианте осуществления) с представлением в числовой форме локальной толщины футеровки при подходящей плотности сетки, так чтобы сохранить четкость цифровых данных толщины. Как это описано далее более подробно, могут быть использованы различные алгоритмы, позволяющие получить такую комбинацию внутренних и внешних измерений эффективным образом, которая позволяет пользователю быстро и точно определять наличие противоречивости в измерениях толщины и температуры, так чтобы улучшить возможность обнаружения потенциальных повреждений контейнера. Одной из предпочтительных характеристик настоящего изобретения является то, что качественная информация ИК сканера и количественные данные толщины футеровки устраняют, или существенно снижают ограничения, связанные с проведением независимо каждого измерения. Анализ общего утончения футеровки и интенсивности изнашивания может быть пополнен данными толщины футеровки от лазерного сканера. Крип легко наблюдать в тех областях, в которых толщина футеровки остается приемлемо высокой, но наблюдаются высокие температуры внешней оболочки ковша. Подтверждения тонкой футеровки, независимо от накопления шлака, наблюдаются в тех областях, в которых лазерный сканер обнаружил уменьшенную толщину футеровки и ИК сканер показан повышенную температуру поверхности.
Таким образом, одной из предпочтительных характеристик настоящего изобретения является комбинация данных толщины футеровки, полученных при сканировании лазером внутренности ковша, с ИК термографическими измерениями внешней поверхности оболочки ковша. Специалисты в данной области легко поймут, что корреляция толщины внутреннего огнеупорного материала с внешней температурой позволяет проверить измерения внутренней толщины. При комбинировании друг с другом, как это предложено здесь, измерения будут дополнять друг друга, то есть ограничения одного измерения будут компенсироваться возможностями другого измерения. Недостатки лазерного сканера в
обнаружении потенциальных повреждений за счет крипа, могут быть скомпенсированы при помощи термографического сканера, позволяющего обнаруживать начинающееся повышение температуры оболочки. Наоборот, нехватка в системах ИК сканера количественной информации, описывающей толщину футеровки, компенсируется данными лазерного сканера. Таким образом, за счет комбинации данных от обеих систем, может быть произведен полный анализ ковша, который обеспечивает защиту от прорыва металла, а также дает количественную информацию, характеризующую скорости изнашивания и локальную толщину футеровки. Такие системы могут работать одновременно или последовательно. Кроме того, противоречивость данных, например, в областях, где имеются высокая температура и большая толщина футеровки, может быть быстро и эффективно обнаружена и дополнительно проанализирована, чтобы найти крип расплавленного металла или небольшие отверстия в футеровке, которые могут способствовать разрушению футеровки. Таким образом, настоящее изобретение позволяет повысить безопасность в эксплуатации. Более того, улучшение обнаружения приближающегося разрушения ковша позволяет значительно снизить расходы за счет исключения потери добавленной стоимости продукта, исключения дорогих операций очистки, и исключения потенциального простоя. Кроме того, использование автоматизированной системы позволяет быстро получать данных и передавать их пользователю, с использованием упрощенного интерфейса.
Более того, комбинированное представление данных позволяет производить немедленную корреляцию между горячими точками и локальным снижением толщины футеровки. Области, в которых имеется более толстая футеровка, но высокие температуры оболочки, могут быть немедленно исследованы на накопление шлака или крип, или на наличие небольших отверстий / отсутствие кирпичей в ковше, которые не обнаружены при лазерном сканировании. Области, в которых имеется низкая температура, но тонкая футеровка, вероятно не подвержены крипу, но должны быть дополнительно исследованы, чтобы определить ограниченный оставшийся срок службы футеровки.
На фиг. 3 показана блок-схема устройства 40 для мониторинга целостности контейнера 2, показанного на фиг. 1, в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом примерном варианте осуществления используют пять ИК камер 42А-42Е (камеры 42D и 42Е не показаны для упрощения). Четыре камеры (42В-42Е) используют для текущего контроля внешней поверхности контейнера 2 в четырех квадрантах боковой стенки контейнера, а еще одну камеру (42А) используют для текущего контроля основания контейнера. Измерение толщины огнеупорной футеровки производят в этом варианте осуществления за счет использования подвижной тележки 44, которая содержит систему 46 слежения и систему 48 оконтуривания, установленные на ней в соответствии с патентом US 6,922,252. Однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение ни в коей мере не ограничено использованием подвижной тележки 44 и/или пяти ИК камер 42А-42Е. Возможны различные конфигурации настоящего изобретения с учетом имеющегося пространства и специфических требований данного применения. Например, лазерные измерительные устройства с фиксированным положением также могут быть использованы для измерений характеристик ковша. Эти устройства могут быть расположены над передаточной тележкой, или рядом со станцией обслуживания шиберного затвора в других вариантах осуществления. В варианте осуществления настоящего изобретения могут быть использованы реперные отметки (на фиг. 3 не показаны), позволяющие устанавливать подвижную тележку 44, которая может быть закреплена на полу, на колонне здания или в области вытяжного колпака. В подвижном варианте осуществления или в варианте осуществления с фиксированным положением, лазер может быть установлен возможно ближе к горловине контейнера, чтобы максимально увеличить поле зрения.
Специалисты в данной области легко поймут, что варианты осуществления, в которых используют подвижный сканер, позволяют упростить способ сбора данных относительно толщины огнеупорного материала, за счет исключения необходимости использования точек
крепления поблизости от имеющего высокую температуру контейнера. Кроме того, если система измерения является подвижной и территория, по которой она движется, является неровной, то требуется точное определение положения системы измерения относительно контейнера. Однако, специалисты в данной области легко поймут, что установка датчиков зависит от вида применения и степеней свободы при установке контейнера, и не ограничивает объем патентных притязаний настоящего изобретения. Например, в вариантах осуществления, сконфигурированных для оценки кислородного конвертера (BOF), конвертер может иметь наклон на неизвестный угол наклона. В применениях ковша, в которых используют средства измерения с фиксированным положением, заявленные измерения могут быть автоматизированы. В применениях ковша, контейнер типично может быть введен в заявленную измерительную систему, в то время как в применениях BOF/ конвертера, заявленная измерительная система может быть введена в контейнер. В применениях, в которых используют ковши, одной из предпочтительных характеристик специфического варианта осуществления может быть работа с одной кнопкой, то есть с ковшом в положении измерения, когда оператор просто может нажать кнопку "измерение", и система станет автоматически сканировать ковш и выдавать результаты. В других вариантах осуществления, работа с одной кнопкой может быть осуществлена для ИК сканера, при управлении, которое типично производят из кабины крана.
В показанном варианте осуществления, одним из компонентов системы 48 оконтуривания является датчик, который измеряет диапазон, то есть расстояние от системы оконтуривания до цели, и местоположение этой цели относительно датчика диапазона. При эксплуатации, оптическое излучение 50 от источника оптического излучения в системе 48 оконтуривания направляется внутрь контейнера и отраженное оптическое излучение изнутри контейнера отражается назад к системе оконтуривания. На основании промежутка времени между моментом излучения и моментом поступления отраженного излучения в систему оконтуривания, с учетом характеристик источника излучения, может быть определено
расстояние между системой оконтуривания и поверхностью контейнера, которая вызвала отражение излучения. Типичные системы измерения диапазона используют сканирующий луч, чтобы быстро измерить множество положений и диапазонов.
Примерные измерения с использованием заявленных вариантов осуществления показаны на фиг. 4 и 5. Специалисты в данной области легко поймут, что настоящее изобретение ни в коей мере не ограничено примерными шкалами температур, показанными на фиг. 4 и 5. На фиг. 4 показан профиль толщины огнеупорного материала, представленный при помощи пространственно разнесенных количественных значений, соответствующих локальной толщине огнеупорного материала, в функции глубины контейнера и углового положения. Толщина, измеренная в мм или дюймах, отображена относительно оболочки контейнера, внутренней поверхности защитной футеровки (обратной стороны огнеупорного кирпича, который обычно остается постоянно установленным в контейнере), или внутренней поверхности рабочей футеровки (первичного огнеупорного кирпича, который заменяют во время стандартного ремонта футеровки контейнера). Измерения температуры поверхности также показаны на фиг. 4 при помощи контурных линий, ограничивающих области, имеющие различные градации серой шкалы, отображающие различные уровни температуры, указанные в экспликации на чертежах. На фиг. 5 показаны аналогичные результаты, но для меньшего участка участок контейнера.
Как это показано на фиг. 4, имеются по меньшей мере две области (позиция 52 на фиг. 4), в которых внешняя температура достигла высоких значений. Однако, толщины огнеупорной рабочей футеровки в этих областях составляют соответственно в среднем около 49 мм в области 52, расположенной слева, и около 76 мм в области 52, расположенной справа. Для этого контейнера, начальные значения толщины рабочей футеровки составляют 110 мм, и ковш должен быть снят с работы, когда толщина футеровки доходит до 10 мм. Как уже было указано здесь выше, две области 52 на фиг. 4 представляют собой примерные области, в которых наиболее вероятно возникает крип (например, область 10, показанная на фиг. 1),
но измерения толщины огнеупорного материала не обнаруживают эту проблему. При этом, расплавленная сталь от предыдущего цикла плавления естественным образом входит в небольшие зазоры (например, небольшие отверстия по сравнению с диаметром источника излучения) между кирпичами контейнера, что не обнаруживает система сканирования огнеупорного материала. Если использовать только систему сканирования для обнаружения этой проблемы, то необходимо, чтобы произошло развитие крипа, так чтобы система сканирования могла обнаруживать эти отверстия в огнеупорном материале, причем высока вероятность того, что система сканирования может вообще не обнаружить крип. На фиг. 5 показаны результаты измерений в области контейнера, где температура внешней поверхности является высокой и толщина огнеупорного материала является малой, что подсказывает наличие отверстия в футеровке контейнера в этом специфическом местоположении (например, в области 14, показанной на фиг. 1).
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления раскрыт способ контроля целостности контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного материала, схема последовательности операций которого показана на фиг. 6. Далее этот способ описан возможно более полно, поэтому следует иметь в виду, что не все его операции необходимо выполнять для контроля целостности контейнера. Другими словами, некоторые описанные операции могут быть факультативными.
Как это показано на фиг. 6, способ контроля целостности контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного материала, содержит операцию 62 использования первого приемника излучения, сконфигурированного для измерения температуры внешней поверхности контейнера; операцию 64 использования первого источника излучения, сконфигурированного для измерения толщины огнеупорного материала; и операцию 66 использования центрального контроллера, сконфигурированного для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления раскрыт способ контроля целостности контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного материала, схема последовательности операций которого показана на фиг. 7. Далее этот способ описан возможно более полно, поэтому следует иметь в виду, что не все его операции необходимо выполнять для контроля целостности контейнера. Другими словами, некоторые описанные операции могут быть факультативными. Как это показано на фиг. 7, способ контроля целостности металлического контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного материала, содержит операцию 72 измерения температуры внешней поверхности контейнера при помощи первого приемника излучения; операцию 74 измерения толщины огнеупорного материала при помощи первого источника излучения; и операцию 76 отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
Наконец, на фиг. 8 показан пример представительного устройства контроля или контроллера 100, позволяющего производить операции в соответствии с примерными вариантами осуществления, описанными здесь выше. Аппаратные средства, микропрограммное обеспечение, программные средства или их комбинация могут быть использованы для осуществления различных описанных здесь операций. В различных примерах настоящего изобретения, центральный контроллер 30, первый контроллер 24 и/или второй контроллер 28, показанные на фиг. 2, индивидуально или в любой комбинации, являются частью системы, содержащей устройство контроля или контроллер 100, в виде вычислительной структуры, которая может быть использована в такой системе.
Примерный центральный контроллер 100, который подходит для выполнения задач, описанных в примерных вариантах осуществления, может содержать сервер 102, который может соответствовать любому из контроллеров 24, 28 и/или 30 на фиг. 2. Такой сервер 102 может содержать центральный процессор (CPU) 104, связанный с ЗУ 106 с произвольной выборкой (RAM) и с постоянным запоминающим устройством (ROM) 108. Вместо ROM 108
для хранения программ могут быть использованы другие типы запоминающих устройств, такие как программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), и т.п. Процессор 104 может обмениваться информацией с другими внутренними н внешними компонентами через устройство ПО ввода-вывода и шину 112, чтобы передавать сигналы управления и т.п. Процессор 104 выполняет различные функции, что известно само по себе, в зависимости от команд программного обеспечения и/или микропрограммного обеспечения.
Сервер 102 также может иметь одно или несколько устройств для хранения данных, в том числе, например, накопители 114 на жестких дисках и на гибких дисках, компакт-дисковое запоминающее устройство 116, и/или другие аппаратные средства, позволяющие считывать и/или хранить информацию, такие как универсальный цифровой диск, и т.п. В одном варианте осуществления, программное обеспечение для осуществления описанных здесь выше операций может храниться и может быть распределено на компакт-дисковом запоминающем устройстве 118, на дискете 120 или на другом носителе, позволяющем портативно хранить информацию. Эти носители могут быть вставлены в такое устройство как компакт-дисковое запоминающее устройство 116, накопитель 114 на дисках и т.п., и считаны с их помощью. Сервер 102 может быть соединен с дисплеем 122, которым может быть известный дисплей любого типа, или индикатор, такой как жидкокристаллический дисплей, плазменный дисплей, электронно-лучевая трубка, и т.п. Может быть предусмотрен интерфейс 124 пользователя, содержащий одно или несколько таких устройств как мышь, клавиатура, микрофон, сенсорная панель, сенсорный экран, система распознавание речи, и т.п.
Сервер 102 может быть соединен с другими вычислительными устройствами, такими как терминалы наземной линии связи и/или радиосвязи и связанные с ними приложения, при помощи сети связи. Сервер может быть частью конфигурации большой сети связи, такой как глобальная сеть, такая как интернет 126, которая позволяет произвести конечное
соединение с различными клиентскими терминалами наземной линии связи и/или сотовой связи.
В подробном описании примерного варианта осуществления изобретения приведены различные специфические детали, чтобы можно было лучше понять заявленное изобретение. Однако специалисты в данной области легко поймут, что различные варианты осуществления могут быть реализованы без таких специфических деталей.
Специалисты в данной области легко поймут, что примерные варианты осуществления могут быть реализованы в виде беспроводного устройства связи, сети связи, в виде способа или программного продукта. Таким образом, примерные варианты осуществления могут иметь форму варианта осуществления с полностью аппаратным обеспечением или варианта осуществления, комбинирующего аспекты аппаратного обеспечения и программного обеспечения. Более того, примерные варианты осуществления могут иметь форму программного продукта, который хранится на считываемом компьютером носителе, имеющем заложенные в него считываемые компьютером инструкции. Может быть использован любой считываемый компьютером носитель, в том числе жесткий диск, компакт-дисковое запоминающее устройство, универсальный цифровой диск (DVD), оптическое ЗУ или ЗУ на магнитном носителе, такое как гибкий диск или магнитная лента. В качестве других не ограничительных примеров считываемого компьютером носителя можно привести флэш-память или память других известных типов.
В соответствии с заявленными примерными вариантами осуществления предлагаются устройство, система и способ для обнаружения потенциальных местоположений разрушения в металлическом контейнере, позволяющем удерживать материалы при повышенных температурах. Следует иметь в виду, что описание изобретения не предназначено для ограничения настоящего изобретения. Напротив, примерные варианты осуществления предназначены для того, чтобы перекрывать альтернативы, модификации и эквиваленты, которые не выходят за рамки настоящего изобретения, заданные приложенной формулой
изобретения, и соответствуют его духу.
Несмотря на то, что характерные заявленные признаки и элементы описаны в вариантах осуществления в специфических комбинациях, следует иметь в виду, что каждый такой признак или элемент может быть использован изолированно, без других признаков и элементов этих вариантов осуществления, или в различных комбинациях с другими заявленными здесь признаками и элементами.
В описании изобретения приведены примеры осуществления, которые позволяют специалистам в данной области реализовать на практике настоящее изобретение с использованием любых устройств или систем и при выполнении любых заявленных способов. Объем патентных притязаний настоящего изобретения определяется формулой изобретения, и может охватывать другие примеры осуществления, известные специалистам в данной области. Такие другие примеры следует считать не выходящими за рамки настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для мониторинга целостности контейнера, защищенного при помощи огнеупорного материала, причем указанное устройство содержит:
первый приемник излучения, сконфигурированный для измерения температуры внешней поверхности контейнера;
первый источник излучения, сконфигурированный для измерения толщины огнеупорного материала; и
центральный контроллер, сконфигурированный для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
2. Устройство по п. 1, в котором первый приемник излучения представляет собой термографическое устройство, которое содержит первый контроллер, причем указанный первый контроллер сконфигурирован для связи с указанным центральным контроллером.
3. Устройство по п. 1, в котором первый приемник излучения представляет собой множество термографических устройств, каждое из которых содержит первый контроллер, причем каждый из указанных контроллеров сконфигурирован для связи с указанным центральным контроллером.
4. Устройство по п. 1, в котором измерение температуры поверхности и измерение толщины огнеупорного материала производят по существу одновременно.
5. Устройство по п. 1, в котором текущий контроль осуществляют кинематически или за счет отдельных измерений с использованием независимых датчиков, инструментально.
6. Устройство по п. 1, в котором первый источник излучения содержит второй контроллер, причем первый источник излучения и второй контроллер расположены в стенде с фиксированным положением.
7. Устройство по п. 1, в котором первый источник излучения содержит второй контроллер, причем первый источник излучения и второй контроллер расположены в
2.
подвижном блоке
8. Устройство по п. 1, в котором крип в местоположении внутри контейнера обнаруживают за счет измерения повышенной температуры внешней поверхности при помощи первого приемника излучения в местоположении на внешней поверхности контейнера, соответствующем местоположению внутри контейнера, и за счет измерения нормальной толщины огнеупорного материала в местоположении внутри контейнера.
9. Устройство по п. 1, в котором крип расплавленного металла или небольшое отверстие в огнеупорном материале в местоположении внутри контейнера обнаруживают за счет измерения повышенной температуры внешней поверхности при помощи первого приемника излучения в местоположении на внешней поверхности контейнера, соответствующем местоположению внутри контейнера, и за счет измерения нормальной толщины огнеупорного материала в местоположении внутри контейнера.
10. Устройство по п. 1, в котором первый источник излучения представляет собой сканер, расположенный на подвижной тележке, которая содержит установленные на ней систему слежения и систему оконтуривания.
11. Устройство по п. 1, в котором первый источник излучения работает в системе оконтуривания и сконфигурирован для измерения диапазона данных, поступающих от системы оконтуривания к внутренней поверхности огнеупорного материала.
12. Устройство по п. 1, в котором контейнер выполнен с возможностью его использования в процессе газификации в химической промышленности и/или при выработке электроэнергии, в дуговой электропечи, в кислородном конвертере, в ковше, в доменной печи, в дегазаторе, или в печи аргонокислородного обезуглероживания.
13. Система для мониторинга целостности контейнера, защищенного при помощи огнеупорного материала, причем указанная система содержит:
термографическое устройство, сконфигурированное для измерения температуры внешней поверхности контейнера;
устройство для измерения толщины огнеупорного материала, сконфигурированное для измерения толщины огнеупорного материала; и
центральный контроллер, сконфигурированный для отображения пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
14. Система по п. 13, в которой термографическое устройство содержит первый приемник излучения и первый контроллер, а устройство для измерения толщины огнеупорного материала содержит первый источник излучения и второй контроллер.
15. Система по п. 14, в которой первый контроллер, второй контроллер и центральный контроллер имеют обмен информацией друг с другом.
16. Система по п. 14, в которой первый контроллер, второй контроллер и центральный контроллер расположены в одном блоке управления.
17. Система по п. 13, в которой термографическое устройство содержит множество камер инфракрасного излучения, причем измерение температуры внешней поверхности контейнера и измерение толщины огнеупорного материала производят по существу одновременно.
18. Система по п. 13, в которой термографическое устройство содержит множество камер инфракрасного излучения, причем измерение температуры внешней поверхности контейнера и измерение толщины огнеупорного материала производят последовательно.
19. Способ мониторинга целостности контейнера, имеющего внутренний слой огнеупорного материала, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
использование первого приемника излучения, сконфигурированного для измерения температуры внешней поверхности контейнера;
использование первого источника излучения, сконфигурированного для измерения толщины огнеупорного материала; и
использование центрального контроллера, сконфигурированного для отображения
пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
20. Способ по п. 19, который дополнительно предусматривает:
измерение температуры внешней поверхности контейнера при помощи первого приемника излучения;
измерение толщины огнеупорного материала при помощи первого источника излучения; и
отображение пользователю результатов измерения температуры внешней поверхности контейнера и результатов измерения толщины огнеупорного материала.
Фиг.1
Фиг. 3
Ю Н
^ х ^¦
Ч О 5
U 26
Фиг. 4
135
-36
-24
107
ТЕМПЕРАТУРА (С)
В И 700.00
1700.00-1500.00 1500.00-1300.00 1300.00-1100.00 1100.00- 900.00
¦ 900.00- 700.00 700.00- 500.00
¦ 500.00- 300.00
¦ 300.00- 100.00
¦ <100 00
Недоступный
Фиг. 5
Использование приемника излучения
Использование источника излучения
-64
Использование центрального контроллера для отображения результатов измерения температуры внешней поверхности при помощи приемника излучения и результатов измерения толщины
Фиг. 7
Измерение температуры внешней поверхности L-72 контейнера
Измерение толщины огнеупорного материала
-74
Отображение результатов измерения температуры внешней поверхности и толщины огнеупорного материала
¦76
Фиг. 8
100
118
122
120
CD-ROM
Дисплей
Дискета
Сервер
114
Компакт-дисковое ЗУ
Дисковый накопитель
Интерфейс ввода пользователя
¦126
110
Интернет
Ввод/ Вывод
Процессор
-104
108
106
RAM
ROM
-4-
-6-
-62