[发明专利]用于监测容器的完整性的设备、方法和系统

说明书

背景技术

技术领域

本文所公开主题的实施方案通常涉及设备、方法和系统，更具体而言，涉及用于监测构造成保持具有高温的材料的贮器或容器的装置和技术。

背景技术

在许多工业应用中广泛使用被设计成保持高温下的材料的各种尺寸和形状的金属贮器或容器。这些应用的例子包括但不限于化学品和电力生产中的气化工艺、钢铁制造中的电弧炉(EAF)、碱性氧气转炉(BOF)、钢水包、鼓风炉、脱气器和氩-氧-脱碳(AOD)炉。本领域中已知的是，这些容器通常衬有以砖块形式安装或以整体块浇铸的耐火材料，以便保护贮器的金属部件避开其中放置的高温内容物；然而，由于耐火材料通过氧化、腐蚀和机械磨耗的联合作用而正常磨损和开裂，耐火物表面与熔融金属相接触的一些部分在加工期间有损失，因此需要频繁地进行检查，以确保通过进行早期的局部修补而延长使用，以便避免整个贮器的耐火物衬里出现严重的破损(failure)和对其进行不必要或过早的整修。

在基于光学的检查技术取得进展之前，由有经验的操作人员通过视觉的方式进行陶瓷衬里的检查以检测不可接受的衬里厚度水平，他们寻找衬里中的暗点，这些暗点指示对耐火材料和金属壳体的高局部传热速率或可能的过度磨损，并且需要进行衬里修补。这种方法引入了艺术与科学的结合，使容器操作人员暴露于不必要的工业危害，减少了检查的频率，并且缺乏所需的精度。此外，在过去的二十年里，与陶瓷衬里的安装和修补相关的费用已经有了显著的增加，因为耐火材料已针对特定应用的安装而重新调整了成分。为了提高这些较昂贵的耐火材料的有效利用，已经开发了一些常规的技术以最大程度地减少上面总结的危险，包括设定成直接测量耐火材料上的磨损的技术和适于测量耐火物磨损对金属贮器的影响的技术，例如间接监测对贮器的传热速率。然而，如下文所总结的那样，这些常规的技术有若干局限性。

关于设定成通过利用例如激光直接测量定量耐火物磨损的常规技术，因为激光器的直径大小有限(例如，在一些应用中为大约40至60mm)，所以即使不是不可能，也很难检测特征尺寸小于激光束直径的潜在耐火物缺陷，如衬里中的小孔，使得也难以检测局部的缺失砖块。此外，因为激光束与钢水包壁之间的入射角高，当检测到一个孔时，该孔的尺寸由操作人员或激光扫描器来看比其实际的尺寸小。

此外，内部钢水包表面上的局部熔渣积累可能会使得难以检测可能需要修补衬里的区域。就是说，在从钢水包中排出钢时，由转炉出钢(converter tapping)携带而来或在钢水包冶金炉处引入的少量熔渣可在钢水包的壁或底部上形成涂层。因为大部分缓慢积累的熔渣溶入下一个钢水包加热循环，所以热到热测量的比较有时可显示出之前测量中的熔渣积聚。然而，对于任何单次加热，利用激光的技术不能够解决内部钢水包表面上的剩余耐火物与熔渣积累之间的差异问题。如此，在存在熔渣积聚的情况下，系统将会过度预测衬里厚度或者对损失的耐火物量预测不足-这两种情况在实践中都是不可取的局限性。

最后，基于激光的系统可能检测不到的另一潜在的问题是裂缝(finning)的结果，裂缝发生于钢水(molten steel)自然进入在衬有耐火物的贮器中的砖块之间产生的小间隙(例如，特征尺寸为大约1-5mm的小开口)之时。本领域普通技术人员所理解的是，裂缝有可能最终形成在容纳于钢水包中的熔融金属与固体金属外壳之间的金属桥。较小的裂缝仅引起钢水包壳体的局部加热。然而，随着时间的推移，较小的裂缝可能会变得严重，并导致钢水包壳体的熔化和随后钢水的泄漏。因此，虽然常规的示廓系统(contouring system)是用以表征贮器的内部轮廓的有用工具，但存在着其中单独的表观厚度测量结果可能不足以防止破裂(breakout)的情况。