用于監(jiān)測容器的完整性的設(shè)備、方法和系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了用以監(jiān)測由耐火材料保護(hù)的容器的完整性的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其具有用以測量容器的外表面溫度的第一輻射檢測器、用以測量耐火材料厚度的第一輻射源和構(gòu)造成對用戶顯示容器外表面溫度的測量結(jié)果和耐火材料厚度的測量結(jié)果的中央控制器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于監(jiān)測容器的完整性的設(shè)備、方法和系統(tǒng)
技術(shù)介紹

本文所公開主題的實(shí)施方案通常涉及設(shè)備、方法和系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于監(jiān)測構(gòu)造成保持具有高溫的材料的貯器或容器的裝置和技術(shù)。
技術(shù)介紹
在許多工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用被設(shè)計(jì)成保持高溫下的材料的各種尺寸和形狀的金屬貯器或容器。這些應(yīng)用的例子包括但不限于化學(xué)品和電力生產(chǎn)中的氣化工藝、鋼鐵制造中的電弧爐(EAF)、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐(BOF)、鋼水包、鼓風(fēng)爐、脫氣器和氬-氧-脫碳(AOD)爐。本領(lǐng)域中已知的是，這些容器通常襯有以磚塊形式安裝或以整體塊澆鑄的耐火材料，以便保護(hù)貯器的金屬部件避開其中放置的高溫內(nèi)容物；然而，由于耐火材料通過氧化、腐蝕和機(jī)械磨耗的聯(lián)合作用而正常磨損和開裂，耐火物表面與熔融金屬相接觸的一些部分在加工期間有損失，因此需要頻繁地進(jìn)行檢查，以確保通過進(jìn)行早期的局部修補(bǔ)而延長使用，以便避免整個(gè)貯器的耐火物襯里出現(xiàn)嚴(yán)重的破損(failure)和對其進(jìn)行不必要或過早的整修。 在基于光學(xué)的檢查技術(shù)取得進(jìn)展之前，由有經(jīng)驗(yàn)的操作人員通過視覺的方式進(jìn)行陶瓷襯里的檢查以檢測不可接受的襯里厚度水平，他們尋找襯里中的暗點(diǎn)，這些暗點(diǎn)指示對耐火材料和金屬殼體的高局部傳熱速率或可能的過度磨損，并且需要進(jìn)行襯里修補(bǔ)。這種方法引入了藝術(shù)與科學(xué)的結(jié)合，使容器操作人員暴露于不必要的工業(yè)危害，減少了檢查的頻率，并且缺乏所需的精度。此外，在過去的二十年里，與陶瓷襯里的安裝和修補(bǔ)相關(guān)的費(fèi)用已經(jīng)有了顯著的增加，因?yàn)槟突鸩牧弦厌槍μ囟☉?yīng)用的安裝而重新調(diào)整了成分。為了提高這些較昂貴的耐火材料的有效利用，已經(jīng)開發(fā)了一些常規(guī)的技術(shù)以最大程度地減少上面總結(jié)的危險(xiǎn)，包括設(shè)定成直接測量耐火材料上的磨損的技術(shù)和適于測量耐火物磨損對金屬貯器的影響的技術(shù)，例如間接監(jiān)測對貯器的傳熱速率。然而，如下文所總結(jié)的那樣，這些常規(guī)的技術(shù)有若干局限性。 關(guān)于設(shè)定成通過利用例如激光直接測量定量耐火物磨損的常規(guī)技術(shù)，因?yàn)榧す馄鞯闹睆酱笮∮邢?例如，在一些應(yīng)用中為大約40至60_)，所以即使不是不可能，也很難檢測特征尺寸小于激光束直徑的潛在耐火物缺陷，如襯里中的小孔，使得也難以檢測局部的缺失磚塊。此外，因?yàn)榧す馐c鋼水包壁之間的入射角高，當(dāng)檢測到一個(gè)孔時(shí)，該孔的尺寸由操作人員或激光掃描器來看比其實(shí)際的尺寸小。 此外，內(nèi)部鋼水包表面上的局部熔渣積累可能會(huì)使得難以檢測可能需要修補(bǔ)襯里的區(qū)域。就是說，在從鋼水包中排出鋼時(shí)，由轉(zhuǎn)爐出鋼(converter tapping)攜帶而來或在鋼水包冶金爐處引入的少量熔渣可在鋼水包的壁或底部上形成涂層。因?yàn)榇蟛糠志徛e累的熔渣溶入下一個(gè)鋼水包加熱循環(huán)，所以熱到熱測量的比較有時(shí)可顯示出之前測量中的熔渣積聚。然而，對于任何單次加熱，利用激光的技術(shù)不能夠解決內(nèi)部鋼水包表面上的剩余耐火物與熔渣積累之間的差異問題。如此，在存在熔渣積聚的情況下，系統(tǒng)將會(huì)過度預(yù)測襯里厚度或者對損失的耐火物量預(yù)測不足-這兩種情況在實(shí)踐中都是不可取的局限性。 最后，基于激光的系統(tǒng)可能檢測不到的另一潛在的問題是裂縫(finning)的結(jié)果，裂縫發(fā)生于鋼水(molten steel)自然進(jìn)入在襯有耐火物的貯器中的磚塊之間產(chǎn)生的小間隙(例如，特征尺寸為大約1-5_的小開口)之時(shí)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的是，裂縫有可能最終形成在容納于鋼水包中的熔融金屬與固體金屬外殼之間的金屬橋。較小的裂縫僅引起鋼水包殼體的局部加熱。然而，隨著時(shí)間的推移，較小的裂縫可能會(huì)變得嚴(yán)重，并導(dǎo)致鋼水包殼體的熔化和隨后鋼水的泄漏。因此，雖然常規(guī)的示廓系統(tǒng)(contouring system)是用以表征貯器的內(nèi)部輪廓的有用工具，但存在著其中單獨(dú)的表觀厚度測量結(jié)果可能不足以防止破裂(breakout)的情況。 設(shè)定成測量耐火物磨損對金屬貯器的定性影響的常規(guī)技術(shù)的例子是適于估計(jì)貯器外表面上的溫度的技術(shù)。隨著內(nèi)部耐火材料磨損并變薄，受損區(qū)域中的金屬殼體的溫度由于從熔融材料到貯器的傳熱增加而升高。此類測量通常是用在鋼水包離開板坯連鑄機(jī)后不久懸吊于起重機(jī)的鋼水包進(jìn)行的，并且主要用于確定何時(shí)應(yīng)將容器停止使用而取出。這種定性測量給出不管原因如何的鋼水包殼體上的熱點(diǎn)的指示(即，由于襯里變薄或裂縫或這兩者的原因而即將發(fā)生的破損)，并且因此是“安全殼(containment) ”的名義狀態(tài)良好的直接量度。然而，適用領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解到，這些技術(shù)僅提供定性信息，并不能夠提供表征襯里本身的磨損率的詳細(xì)信息。耐火物襯里的局部厚度、可能存在的裂縫影響、熔融金屬容納在鋼水包中的時(shí)間、熔融材料在鋼水包中時(shí)的溫度歷史、熔融材料在鋼水包中時(shí)的加工歷史(即，經(jīng)由鋼水包冶金爐)以及鋼水包的外部表面的輻射特性都對金屬殼體的表觀溫度有貢獻(xiàn)。因此，外部溫度測量僅在相對的基礎(chǔ)上是有用的，數(shù)據(jù)中缺乏定量信息使之不能進(jìn)行磨損率的確定和鋼水包中的耐火物優(yōu)化。 因此，至少基于上文指出的常規(guī)技術(shù)的挑戰(zhàn)，所需要的是能最小化或消除金屬貯器的耐火物襯里和外表面溫度的測定數(shù)據(jù)中的不一致的裝置、系統(tǒng)和方法，所述金屬貯器構(gòu)造成攜帶溫度高于金屬的熔點(diǎn)的材料。這將允許早期檢測和檢查熔融金屬蠕變或襯里中的小孔-這些都能促成襯里破損，從而提高操作安全性，同時(shí)降低與昂貴的清理操作和潛在的生產(chǎn)停工時(shí)間相關(guān)的操作成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，公開了一種構(gòu)造成監(jiān)測由耐火材料保護(hù)的容器的完整性的設(shè)備，其包括構(gòu)造成測量容器外表面溫度的第一輻射檢測器；構(gòu)造成測量耐火材料厚度的第一輻射源；和構(gòu)造成對用戶顯示容器外表面溫度的測量結(jié)果和耐火材料厚度的測量結(jié)果的中央控制器。 根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，公開了用以監(jiān)測由耐火材料保護(hù)的容器的完整性的系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成測量容器外表面溫度的熱圖裝置；構(gòu)造成測量耐火材料厚度的耐火物厚度測量裝置；和構(gòu)造成對用戶顯示容器外表面溫度的測量結(jié)果和耐火材料厚度的測量結(jié)果的中央控制器。 根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，公開了監(jiān)測具有耐火材料內(nèi)層的容器的完整性的方法，其包括如下步驟:提供構(gòu)造成測量容器外表面溫度的第一輻射檢測器；提供構(gòu)造成測量耐火材料厚度的第一輻射源；和提供構(gòu)造成對用戶顯示容器外表面溫度的測量結(jié)果和耐火材料厚度的測量結(jié)果的中央控制器。 【附圖說明】 并入本說明書并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖(不是按比例繪制的)示出一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，并連同說明書一起解釋這些實(shí)施方案。圖中: 圖1示出構(gòu)造成容納高溫下的材料的容器； 圖2示出根據(jù)所公開主題的示例性實(shí)施方案構(gòu)造成監(jiān)測圖1的容器的完整性的設(shè)備或系統(tǒng)的不意圖； 圖3示出根據(jù)所公開主題的另一示例性實(shí)施方案構(gòu)造成監(jiān)測圖1的容器的完整性的設(shè)備或系統(tǒng)的示意圖； 圖4示出根據(jù)示例性實(shí)施方案的模擬襯里厚度概況和模擬外表面溫度概況； 圖5示出根據(jù)示例性實(shí)施方案的模擬襯里厚度概況和模擬外表面溫度概況的示例性部分； 圖6示出監(jiān)測具有保護(hù)性耐火物層的容器的完整性的方法的流程圖； 圖7示出監(jiān)測具有保護(hù)性耐火物層的容器的完整性的方法的流程圖；以及 圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方案構(gòu)造成識別適于容納高溫下的材料的貯器中潛在破損位置的系統(tǒng)或設(shè)備的控制裝置的示意圖。 【具體實(shí)施方式】 以下參考附圖描述示例性實(shí)施方案。不同本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種設(shè)備，其構(gòu)造成監(jiān)測由耐火材料保護(hù)的容器的完整性，所述設(shè)備包括：第一輻射檢測器，其構(gòu)造成測量所述容器的外表面溫度；第一輻射源，其構(gòu)造成測量所述耐火材料的厚度；和中央控制器，其構(gòu)造成對用戶顯示所述容器外表面溫度的測量結(jié)果和所述耐火材料厚度的測量結(jié)果。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.11.15 US 13/296,3011.一種設(shè)備，其構(gòu)造成監(jiān)測由耐火材料保護(hù)的容器的完整性，所述設(shè)備包括: 第一輻射檢測器，其構(gòu)造成測量所述容器的外表面溫度； 第一輻射源，其構(gòu)造成測量所述耐火材料的厚度；和 中央控制器，其構(gòu)造成對用戶顯示所述容器外表面溫度的測量結(jié)果和所述耐火材料厚度的測量結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一輻射檢測器是包括第一控制器的熱圖裝置，所述第一控制器被構(gòu)造成與所述中央控制器通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一輻射檢測器是多個(gè)各自包括第一控制器的熱圖裝置，所述控制器中的每個(gè)被構(gòu)造成與所述中央控制器通信。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述表面溫度測量和所述耐火物厚度測量基本上同時(shí)進(jìn)行。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述監(jiān)測被設(shè)定成動(dòng)態(tài)地進(jìn)行或者通過以裝備測量儀表的方式使用獨(dú)立傳感器的單獨(dú)測量進(jìn)行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一輻射源包括第二控制器，并且所述第一輻射源和所述第二控制器被設(shè)置在固定位置支架中。7.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的設(shè)備，其中所述第一輻射源包括第二控制器，并且所述第一輻射源和所述第二控制器被設(shè)置在移動(dòng)單元中。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述容器內(nèi)部位置中的裂縫是通過升高的外表面溫度測量結(jié)果和通過正常耐火物厚度測量結(jié)果檢測的，前者是由所述第一輻射檢測器在所述容器的外表面上對應(yīng)于所述容器內(nèi)部的所述位置的位置上測量的，后者是在所述容器內(nèi)部的所述位置處測量的。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在所述容器內(nèi)部的位置中的熔融金屬蠕變或所述耐火材料中的小孔是通過升高的外表面溫度測量結(jié)果和通過正常耐火物厚度測量結(jié)果檢測的，前者是由所述第一輻射檢測器在所述容器的外表面上對應(yīng)于所述容器內(nèi)部的所述位置的位置上測量的，后者是在所述容器內(nèi)部的所述位置處測量的。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述第一輻射源是設(shè)置在移動(dòng)載運(yùn)車中的掃描器，所述移...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：米歇爾·皮埃爾·博寧，托馬斯·勞倫斯·哈維爾，杰瑞德·休伯特·胡格，
申請(專利權(quán))人：邁確克斯過程控制公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US