Пристрій, спосіб та система для контролю цілісності вмістищ

Реферат: Описуються пристрої, системи та способи контролю цілісності вмістища, захищеного вогнетривким матеріалом, які мають перший детектор випромінення для вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища, перше джерело випромінення для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу та центральний контролер, сконфігурований для показу користувачеві результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. UA 115658 C2 (12) UA 115658 C2 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГАЛУЗЬ ВИНАХОДУ Варіанти втілення описаного предмета винаходу в цілому стосуються пристроїв, способів та систем, зокрема, механізмів та способів контролю цілісності резервуарів та вмістищ, передбачених для тримання матеріалів, які мають підвищену температуру. Рівень Техніки Металеві резервуари або вмістища різних розмірів та форм, передбачені для тримання матеріалів при підвищених температурах мають широке промислове застосування. Прикладами такого застосування, крім іншого, можуть бути процеси газифікації у хімічній та енергетичній промисловості, електродугові печі (EAF), конвертерні печі (BOF), ковші, доменні печі, дегазатори та Печі для аргонокисневого зневуглецювання (AOD) у виробництві сталі. Як відомо спеціалістам у даній галузі, ці вмістища зазвичай вкривають вогнетривким матеріалом, який установлюють у формі цеглин або формують у монолітні блоки з метою захисту металевих деталей резервуара від високотемпературного вмісту, що в ньому міститься; однак, через звичайне зношування вогнетривкого матеріалу внаслідок комбінованого впливу окиснення, корозії та механічного стирання, певна частина вогнетривкої поверхні, яка контактує з розплавленим металом, втрачається під час обробки, таким чином, потребуючи частого огляду для забезпечення подовження терміну служби через здійснення раннього локалізованого ремонту з метою уникнення катастрофічного виходу з ладу та зайвого або передчасного відновлення всієї вогнетривкої обшивки резервуара. До досягнення прогресу у технологіях на основі оптичного огляду огляд керамічних обшивок для виявлення неприйнятного рівня товщини обшивки здійснювався візуально досвідченим оператором, який вишукував темні плями в обшивці, які свідчать або про високу локалізовану інтенсивність теплопередачі до вогнетривкого матеріалу та металевого кожуха, або про можливе надмірне зношування та потребу в ремонті обшивки. Такий підхід передбачає поєднання мистецтва та науки, піддає оператора зайвому виробничому ризикові, вимагає частого огляду і не забезпечує потрібної точності. Крім того, витрати, пов’язані з установленням та ремонтом керамічних обшивок за останні двадцять років значно зросли, оскільки вогнетривкі матеріали переформулюють під орієнтовані на конкретне застосування установки. Для поліпшення ефективного застосування цих дорожчих вогнетривких матеріалів було розроблено кілька традиційних технологій з метою мінімізації вищезазначених чинників ризику, включаючи сконфігуровані для прямого вимірювання зношування вогнетривкого матеріалу та пристосовані для вимірювання впливу зношування вогнетривкого матеріалу на металевий резервуар, такі, як, наприклад, непрямий контроль інтенсивності теплопередачі до резервуара. Однак, як викладено нижче, ці традиційні технології мають кілька обмежень. Стосовно традиційних технологій, сконфігурованих для вимірювання кількісного зношування вогнетривкого матеріалу безпосередньо через застосування лазера, наприклад, через те, що діаметри лазера мають кінцеві розміри (наприклад, приблизно від 40 до 60 мм у деяких випадках), потенційні дефекти вогнетривкого матеріалу з характерними розмірами, меншими за діаметр лазерного променя, такі, як невеликий отвір в обшивці, буває дуже важко, а іноді неможливо, виявити, через що також утруднюється виявлення бракуючої цеглини. Крім того, через великий кут падіння між лазерним променем та стінками ковша, розмір отвору, коли він виявляється, сприймається оператором або лазерним сканером меншим, ніж він насправді є. Крім того, локалізоване накопичення шлаку на внутрішніх поверхнях ковша може утруднювати виявлення ділянок, на яких може вимагатися ремонт обшивки. Тобто, при виливанні сталі з ковша, невелика кількість шлаку, перенесеного з льотки конвертера або внесеного у піч для ковшової металургії, може утворювати покриття на стінках або дні ковша. Оскільки велика кількість накопиченого шлаку розчиняється у наступному циклі нагрівання ковша, порівняння вимірювань між нагрівами іноді може виявляти накопичення шлаку у попередньому вимірюванні. Однак для будь-якого окремого нагріву технології, в яких застосовують лазери, не дозволяють визначити розбіжність між вогнетривким матеріалом, що залишається, та накопиченням шлаку на внутрішніх поверхнях ковша. У зв’язку з цим за наявності накопичення шлаку система завищує товщину обшивки або занижує кількість втраченого вогнетривкого матеріалу – обидва ці обмеження на практиці є небажаними. І нарешті, ще однією потенційною проблемою, яка може не бути виявлена лазерною системою, є результат оребрення, що трапляється тоді, коли розплавлена сталь природним чином надходить у малі зазори (наприклад, невеликі отвори з характерними розмірами приблизно 1-5 мм), які утворюються між цеглинами у вкритому вогнетривким матеріалом резервуарі. Як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, в результаті оребрення може утворитися металевий місток між розплавленим металом, який міститься у ковші, та твердим металевим зовнішнім кожухом. Незначні оребрення викликають лише локалізоване нагрівання 1 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кожуха ковша. Однак з часом незначні оребрення можуть стати великими й призводити до розплавлення кожуха ковша з наступною течею розплавленої сталі. Таким чином, хоча традиційні системи контурування є корисним засобом характеризації внутрішнього профілю резервуара, існують ситуації, в яких вимірювання лише видимої товщини може бути недостатнім для запобігання проривам. Прикладами традиційних технологій, сконфігурованих для вимірювання якісного впливу зношування вогнетривкого матеріалу на металевий резервуар, можуть бути ті, що є пристосованими для визначення температури на зовнішніх поверхнях резервуара. Оскільки внутрішній вогнетривкий матеріал зношується й стає тонкішим, температура металевого кожуха на дефектних ділянках збільшується через підвищену теплопередачу від розплавлених матеріалів до резервуара. Такі вимірювання зазвичай здійснюють у ковші, що звисає з крана, невдовзі після того, як ківш залишає машину для безперервного лиття слябів, і застосовують здебільшого для того, щоб визначити, коли ємність має бути виведена з експлуатації. Це якісне вимірювання вказує на місця перепалу на кожусі ковша незалежно від причини (тобто, неминучий вихід з ладу через стоншення обшивки або оребрення, або і те, й інше) і, як таке, є прямою мірою ступеня справності вмістища". Однак спеціалістам у даній галузі стане зрозуміло, що ці технології лише забезпечують якісну інформацію, але не можуть забезпечити детальну інформацію, що характеризує ступінь зношування самої обшивки. Місцева товщина вогнетривкої обшивки, можливість ефекту оребрення, час перебування розплавленого металу в ковші, зміна температури розплавленого матеріалу у часі під час його перебування у ковші, характер перебігу обробки (тобто, у печах для ковшової металургії) розплавленого матеріалу під час його перебування у ковші та випромінювальні властивості зовнішньої поверхні ковшів – усе це впливає на ефективну температуру металевого кожуха. Таким чином, вимірювання зовнішньої температури може застосовуватися лише на відносній основі, и брак кількісної інформації у даних перешкоджає визначенню ступеня зношування та оптимізації вогнетривкого матеріалу в ковші. Отже, з врахуванням принаймні вищезазначених проблем традиційних технологій, виникає потреба у пристроях, системах та способах, які б мінімізували або усували протиріччя у вимірюваних даних температури вогнетривкої обшивки та зовнішньої поверхні металевих резервуарів, сконфігурованих для вміщення матеріалів при температурах, вищих за точка плавлення металу. Це дозволяє на ранній стадії виявляти й досліджувати повзучість розплавленого металу або невеликі отвори в обшивці, які сприяють виходу обшивки з ладу, і, таким чином, підвищує експлуатаційну безпеку при зниженні експлуатаційних витрат, пов’язаних з дорогими операціями з чищення та можливим часом простою. КОРОТКИЙ ОПИС ВИНАХОДУ Згідно з наведеним для прикладу варіантом втілення, описується пристрій, сконфігурований для контролю цілісності вмістища, захищеного вогнетривким матеріалом, який включає перший детектор випромінення, сконфігурований для вимірювання температури на зовнішній поверхні вмістища; перше джерело випромінення, сконфігуроване для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу; та центральний контролер, сконфігурований для показу користувачеві результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. Згідно з одним прикладом втілення, описується система для контролю цілісності вмістища, захищеного вогнетривким матеріалом, яка включає термографічний пристрій, сконфігурований для вимірювання температури на зовнішній поверхні вмістища; пристрій для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу, сконфігурований для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу; та центральний контролер, сконфігурований для показу користувачеві результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. Згідно з одним прикладом втілення, описується спосіб контролю цілісності вмістища, яке має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу, який включає етапи забезпечення першого детектора випромінення, сконфігурованого для вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища; забезпечення першого джерела випромінення, сконфігурованого для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу; та забезпечення центрального контролера, сконфігурованого для показу користувачеві результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. КОРОТКИЙ ОПИС ФІГУР Супровідні фігури (показані не у масштабі), які складають частину опису, ілюструють один або кілька варіантів втілення і разом з описом пояснюють ці варіанти втілення. Серед цих фігур: ФІГ. 1 показує вмістище, сконфігуроване для тримання матеріалів при підвищених 2 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температурах; ФІГ. 2 показує блок-схему пристрою або системи, сконфігурованих для контролю цілісності вмістища з ФІГ. 1 згідно з прикладом втілення описаного предмета винаходу; ФІГ. 3 показує a блок-схему пристрою або системи, сконфігурованих для контролю цілісності вмістища з ФІГ. 1 згідно з іншим прикладом втілення описаного предмета винаходу; ФІГ. 4 показує модельований профіль товщини обшивки та модельований профіль температури зовнішньої поверхні згідно з прикладом втілення; ФІГ. 5 показує типову частину модельованого профілю товщини обшивки та модельованого профілю температури зовнішньої поверхні згідно з прикладом втілення; ФІГ. 6 показує структурну схему способу контролю цілісності вмістища, яке має захисний шар вогнетривкого матеріалу; ФІГ. 7 показує структурну схему способу контролю цілісності вмістища, яке має захисний шар вогнетривкого матеріалу; і ФІГ. 8 є блок-схемою контрольного пристрою системи або пристрою, сконфігурованих для розпізнавання потенційних місць виходу з ладу в резервуарі, пристосованому для тримання матеріалів при підвищених температурах згідно з прикладом втілення. ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ У представленому далі опис прикладів втілення робиться посилання на супровідні фігури. Однакові умовні номери на різних фігурах позначають однакові або подібні елементи. Представлений далі детальний опис не обмежує обсяг винаходу. Натомість обсяг винаходу визначається супровідною формулою винаходу. Представлені нижче варіанти втілення обговорюються для спрощення з врахуванням термінології та конструкції пристроїв, систем або способів, які дозволяють виявляти потенційні місця виходу з ладу у вмістищі, яке має матеріал обшивки для його захисту від підвищених температур при виробництві сталі. Однак варіанти втілення, які обговорюються далі, не обмежуються цими комплектами, а можуть застосовуватися й до інших вмістищ, які мають матеріал обшивки, що піддається дії підвищеної температури порівняно з точкою плавлення матеріалу, з якого виконано вмістище, цілісність обшивки якого має визначатися для уникнення несподіваного виходу з ладу. Посилання в усьому тексті опису на "один варіант втілення" або "варіант втілення" означає, що конкретна особливість, конструкція або характеристика, описані у зв’язку з варіантом втілення включаються у принаймні один варіант втілення описаного предмета винаходу. Таким чином, наявність фраз "в одному варіанті втілення" або "у варіанті втілення" в різних місцях по всьому тексту опису не обов’язково означає один варіант втілення. Крім того, конкретні особливості, конструкції або характеристики можуть комбінуватись у будь-який прийнятний спосіб в одному або кількох варіантах втілення. ФІГ. 1 показує вмістище 2, сконфігуроване для тримання матеріалів при підвищених температурах. По всьому тексту цього опису терміни "вмістище" або "резервуар" вживаються взаємозамінно і в широкому сенсі, включаючи посилання на всі типи металевих або неметалевих резервуарів або вмістищ різних розмірів та форм, призначених для тримання матеріалів при підвищених температурах, які можуть бути нижчими або вищими за точку плавлення матеріалу резервуара. Прикладами таких вмістищ або резервуарів можуть бути ті, що застосовуються у галузях, до яких, крім інших належать процеси газифікації у хімічній та енергетичній промисловості, електродугові печі (EAF), конвертерні печі (BOF), ковші, доменні печі, дегазатори та печі для аргонокисневого зневуглецювання (AOD) у виробництві сталі. Крім того, вжитий по всьому тексту цього опису термін "матеріали при підвищеній температурі" у широкому сенсі означає матеріали, сконфігуровані для розташування всередині цих вмістищ, які мають достатньо високу температуру для викликання пошкодження вмістища відразу після того, як воно зазнає їх впливу, коли цілісність вогнетривких матеріалів, які вкривають принаймні частину поверхні вмістища, певною мірою порушується таким чином, що вмістище піддається дії матеріалів при підвищених температурах. Як показано, вмістище 2 має кожух 4, внутрішній шар вогнетривкого матеріалу 6 та отвір 8. Пунктирна лінія 7 на ФІГ. 1 показує первісний шар вогнетривкого матеріалу 6 до початку експлуатації вмістища. Для кращого пояснення описаного предмета винаходу вмістище 2 показано з двома ділянками, на яких через місцеве зношування внаслідок використання було пошкоджено вогнетривкий матеріал 6, як докладніше пояснюється нижче. На першій ділянці 10 показано місце, в якому у вогнетривкому матеріалі 6 утворився отвір, який має малий розкрив 12. Як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, перша ділянка 10 також може ілюструвати ділянку вогнетривкого матеріалу 6, на якій утворилося оребрення, тобто, ділянку, на якій при застосуванні розплавлена сталь природним чином надходить у малі зазори (наприклад, невеликі отвори з характерними розмірами, наприклад, приблизно 1 - 5 мм), 3 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 які утворюються між цеглинами у вкритому вогнетривким матеріалом резервуарі. Другу ділянку 14 також показано на ФІГ. 1, на якій фрагмент вогнетривкого матеріалу 6 було видалено через використання і накопичений шлак 16 всередині вмістища 2 заповнив порожнину, яка залишилася після видалення вогнетривкого матеріалу. Одна з переваг описаного предмета винаходу полягає у поліпшеній здатності до кращого розпізнавання ділянок 10 та 14 через комбінацію вимірювань товщини обшивки та температури зовнішньої поверхні, як детальніше описується нижче. Слід розуміти, що ділянки 10 та 14 показано як приклади проблем, які можуть виникати під час застосування вмістища 2, і жодним чином не обмежують обсягу описаного предмета винаходу. Тобто, спеціалістам у даній галузі стане зрозуміло, що можуть існувати інші типи дефектів, які можуть бути виявлені з застосуванням описаного предмета винаходу, і, таким чином, згадування наведених для прикладу ділянок 10 та 14 жодним чином не обмежує обсягу описаного предмета винаходу. ФІГ. 2 показує a блок-схему пристрою (або системи) 20, сконфігурованого для контролю цілісності вмістища 2 з ФІГ. 1 згідно з прикладом втілення описаного предмета винаходу. Як показано, пристрій 20 включає термографічну систему або пристрій 21 для контролю температури зовнішньої поверхні вмістища 2 та систему або пристрій 25 для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу, сконфігуровані для контролю товщини вогнетривкого матеріалу 6 всередині вмістища 2. Термографічна система 21 включає перший детектор випромінення 22 та пов’язаний з ним перший контролер 24. Система 25 для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу включає перше джерело випромінення 26 та пов’язаний з ним другий контролер 28. Як також показано у прикладі втілення на ФІГ. 2, і термографічна система 21, і система 25 для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу перебувають у сполученні з центральним контролером 30. На ФІГ. 2 показано перший детектор випромінення 22, з’єднаний з першим контролером 24 за допомогою кабелю 32. Подібним чином перше джерело випромінення 26 показано з’єднаним з другим контролером 28 за допомогою кабелю 34; і перший та другий контролери 24 та 28 показано з’єднаними з центральним контролером 30 за допомогою кабелів 36 та 38, відповідно. Однак спеціалістам у даній галузі стане зрозуміло, що ці зв’язки в інших варіантах втілення можуть бути безпровідними, і контролери 24 та 26 можуть бути передбачені окремо, як показано, або можуть бути об’єднані в єдиний пристрій з центральним контролером 30 або можуть міститись у ньому. Тобто, взаємне з’єднання та/або розташування пристроїв, показаних на ФІГ. 2, не обмежує обсягу описаного предмета винаходу, а є представленим для пояснення варіантів його втілення. Крім того, кількість джерел випромінення та детекторів не обмежується одним з них. Наприклад, в одному варіанті втілення перший детектор випромінення 22 включає певну кількість інфрачервоних (IR) детекторів (або камер), сконфігурованих для вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища 2 шляхом теплопередачі випроміненням від вмістища 2 до зовнішніх детекторів 22, і перше джерело випромінення 26 є джерелом світла, яке застосовують для сканування внутрішнього простору вмістища 2 таким чином, щоб забезпечувалася можливість вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу в ньому. В іншому варіанті втілення перше джерело випромінення 26 є сканером діапазону або відстані, сконфігурованим для вимірювання відстані від місця розташування системи 25 до внутрішніх точок на поверхні вогнетривкого матеріалу 6. У ще одному варіанті втілення перше джерело випромінення 26 може бути таким, що має вибраний спектр довжини хвиль, причому зазначений спектр може бути видимим або невидимим для неозброєного ока. В інших прикладах втілення сполучення між зазначеними контролерами та/або іншими компонентами може відбуватися через Інтернет, радіохвилі, мікрохвилі, супутник або інші відомі у галузі засоби, і сполучення між контролерами може бути провідним або безпровідним. В одному варіанті втілення перший детектор або детектори 22 випромінення можуть бути встановлені у стані, де розташовується вмістище 2, навколо ковша, для забезпечення складеного зображення всієї ковшової системи. В іншому варіанті втілення перший контролер 24 може бути персональним комп’ютером (PC), який зчитує виведені дані інфрачервоних камер і складає складені зображення з окремих зображень у разі застосування багатьох камер. Термографічні дані, зібрані інфрачервоними камерами, можуть бути одержані в той, час, як ківш або вмістище 2 звисає з крана. Таким чином, у таких варіантах втілення відносна орієнтація інфрачервоної(их) камер(и) та ковша може бути номінально незмінною між різними вимірюваннями. Наступна обробка складеного зображення термографічних даних у таких варіантах втілення може забезпечувати просторово-розділений температурний профіль у циліндричних координатах, причому незалежними координатними змінними є Z (відстань від носка ковша) та тета (азимутальна позиція навколо окружності ковша). R (радіальна відстань від центральної лінії ковша) може бути зайвою, оскільки інфрачервоні дані отримують лише від зовнішньої поверхні вмістища. У деяких варіантах втілення функціонування систем 21 та 25 4 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відбувається одночасно, тобто, вимірювання температури зовнішньої поверхні та товщини внутрішньої обшивки здійснюють практично одночасно під час однієї зупинки і комбінується й демонструється користувачеві для оцінки стану вмістища 2. В інших варіантах втілення системи 21 та 25 функціонують окремо або послідовно під час різних зупинок в експлуатації резервуара, і їхні окремі дані згодом комбінуються. Згідно з прикладом втілення, типова конфігурація, яка може застосовуватися для вимірювання товщини обшивки у ковші, який застосовують у сталеливарній промисловості, є ківш, закріплений у відповідній станині (у цьому разі станина може бути сконфігурована для обертання через певне кутове зміщення, наприклад, на 360°) на певній відстані (наприклад, приблизно 3-5 м) навпроти лазерного сканера, зі здійсненням вимірювань при нахилі горловини ковша у напрямку сканера. В іншому варіанті втілення точки діапазону всередині ковша вимірюють, як описано у Патенті США № 6,922,252 (далі вказується як патент '252, наданий правонаступникові за цим документом). В іншому варіанті втілення лазерна система 25 може бути встановлена у станині з фіксованою позицією, яка є або кінематичною, або оснащеною приладами для визначення позиції ковша відносно лазерної головки. Як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, у кінематичному варіанті втілення станина ковша є побудованою таким чином, щоб розташовувати ківш в одній позиції щоразу, коли він є поміщеним у станину. У варіанті втілення з приладом застосовують одноточкові лазерні далекоміри для вимірювання позиції ковша у станині. У таких варіантах втілення просторова орієнтація за даними лазерних датчиків має бути відома до похибки вимірювання, як правило, ± 5 мм. Дані лазерних датчиків також можуть бути представлені у циліндричних координатах, де R представляє місцеву товщину обшивки у будь-якій точці у ковші, як пояснюється далі. Маючи дані лазерного датчика та інфрачервоного сканера в одному координатному представленні центральний контролер 30 комбінує зображення, що представляє температуру зовнішньої поверхні вмістища 2 (наприклад, в одному варіанті втілення з використанням складеного зображення з викривленими кольорами від інфрачервоного сканера) з числовим представленням місцевої товщини обшивки при відповідній густині сітки таким чином, щоб зберігати зрозумілість числових даних товщини. Як докладніше пояснюється нижче, передбачається кілька алгоритмів для створення такої комбінації внутрішніх та зовнішніх вимірювань в ефективний спосіб, таким чином, щоб користувач мав змогу швидко й точно визначити, де існують протиріччя у вимірюваннях товщини та температури, таким чином, щоб мати поліпшену можливість виявлення потенційних пошкоджень вмістища. Одна з вигідних особливостей описаного авторами предмета винаходу полягає в тому, що кількісна інформація від інфрачервоного сканера та кількісні дані товщини обшивки усувають або суттєво зменшують обмеження кожного вимірювання при незалежному функціонуванні. Аналіз загального стоншення обшивки та ступеня зношування може бути здійснений за даними товщини обшивки від лазерного сканера. Оребрення легко спостерігається у зонах, де товщина обшивки залишається прийнятно високою, але спостерігаються високі температури зовнішнього кожуха ковша. Підтвердження тонкої обшивки, незалежно від накопиченого шлаку може спостерігатись у ділянках, де лазерний сканер вказує на зменшену товщину обшивки, а інфрачервоний сканер показує підвищену температуру поверхні. Таким чином, одна з вигідних особливостей описаного предмета винаходу полягає у комбінації даних товщини обшивки, отриманих від лазерного сканування внутрішнього простору ковша, з інфрачервоними термографічними вимірюваннями зовнішньої поверхні кожуха ковша. Спеціалістам у даній галузі стане зрозуміло, що кореляція внутрішньої товщини вогнетривкого матеріалу з зовнішньою температурою сприяє перевірці вимірювань внутрішньої товщини. При поєднанні, як запропоновано авторами, результати вимірювань доповнюють один одний, тобто, обмеження одного компенсуються можливостями іншого. Труднощі для лазерного сканера у виявленні потенційних пошкоджень через оребрення можуть бути компенсовані термографічним сканером, здатним виявляти початок підвищення температури кожуха. І навпаки, кількісна інформація що описує товщину обшивки, якої бракує у системі інфрачервоного сканера, забезпечується даними лазерного сканера. Однак при поєднанні даних від двох систем створюється комплексний засіб аналізу стану ковша, який забезпечує захист від проривів, а також кількісну інформацію, яка характеризує ступінь зношування та місцеву товщину обшивки. Такі системи можуть функціонувати одночасно або послідовно. Крім того, протиріччя у даних, наприклад, у ділянках, де виявляється висока температура та велика товщина обшивки, можуть швидко й ефективно виявлятися й піддаватися подальшому дослідженню на повзучість розплавленого металу або невеликі отвори в обшивці – усі чинники, які сприяють пошкодженню обшивки. Таким чином, описаний предмет винаходу підвищує 5 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 експлуатаційну безпеку. Крім того, поліпшене виявлення загрози пошкодження ковша забезпечує значне заощадження коштів через уникнення втрати продукту з високою доданою вартістю, дорогих операцій чищення та потенційних простоїв виробництва. Крім того, автоматичний характер втілення дозволяє системі швидко отримувати й представляти дані користувачеві через спрощений інтерфейс. Крім того, комбіноване представлення забезпечує безпосередню кореляцію між перепалом та місцевим зменшенням товщини обшивки. Ділянки, на яких спостерігається товстіша обшивка, але висока температура кожуха, можуть бути негайно досліджені на накопичення шлаку або ребрення, або на наявність невеликих отворів / брак цеглин у ковші, які не були виявлені лазерним скануванням. Ділянки, на яких спостерігається низька температура, але тонка обшивка, очевидно, не є ураженими оребренням, але потребують уваги з огляду на обмежений термін служби обшивки, що залишилася. ФІГ. 3 показує блок-схему пристрою 40, сконфігурованого для контролю цілісності вмістища 2 з ФІГ. 1 згідно з іншим прикладом втілення описаного предмета винаходу. У цьому прикладі втілення передбачено п'ять інфрачервоних камер 42A- 42E (камери 42D та 42E для спрощення не показано). Чотири камери (42B-42E) застосовують для контролю зовнішньої поверхні вмістища 2 на чотирьох квадрантах бокової стінки вмістища, а інша камера (42A) контролює дно вмістища. Вимірювання товщини вогнетривкої обшивки в цьому варіанті втілення здійснюють шляхом застосування рухомий візок 44, який включає систему стеження 46 та контурну систему 48, закріплені на ньому, як описується у патенті '252. Однак слід зазначити, що описаний авторами предмет винаходу жодним чином не має обмежуватися застосуванням рухомого візка 44 та/або п’яти інфрачервоних камер 42A-42E. Можливими є різні конфігурації винаходу, в яких враховуються наявність простору та конкретні вимоги даного застосування. Наприклад, пристрої для лазерного вимірювання у фіксованій позиції також можуть застосовуватися для вимірювання ковша. Ці пристрої в інших варіантах втілення можуть розташовуватися над транспортувальним візком або поблизу від пункту обслуговування ковзного затвора. Пристрої згідно з даним винаходом, такі, як контрольні позначки, сконфігуровані для сприяння позиціонуванню рухомого візка 44 (не показано на ФІГ. 3), можуть бути закріплені на підлозі, будівельних колонах або у зоні ковпака. У рухомих або фіксованих варіантах втілення лазер може бути розташований якомога ближче до горловини резервуара для забезпечення максимального поля зору. Як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, варіанти втілення, в яких застосовується рухомий сканер, можуть спростити процес отримання даних про товщину вогнетривкого матеріалу завдяки усуненню потреби у застосуванні точок закріплення у високотемпературному вмістищі. Крім того, якщо система вимірювання є рухомою, і місцевість, по якій вона переміщується, є нерівною, вимагається точне визначення позиції системи вимірювання відносно вмістища. Однак, як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, розташування датчиків залежить від характеру застосування та ступеня рухомості у встановленні вмістища і не обмежує обсягу предмета винаходу, для якого вимагається патентний захист. Наприклад, у варіантах втілення, сконфігурованих для характеризації BOF, єдиним невідомим ступенем рухомості може бути нахил печі. У ковшах, у яких застосовують прилади у фіксованій позиції, описані вимірювання можуть бути автоматизованими. У ковшах резервуар, як правило, може бути пристосований до описаної вимірювальної системи, тоді, як у BOF/конвертерах описана вимірювальна система може бути пристосована до резервуара. У випадках застосування ковшів однією з вигідних особливостей конкретного варіанта втілення може бути робота, що керується однією кнопкою, тобто, з ковшем у позиції вимірювання від оператора може вимагатися лише натискання кнопки "вимірювання", і система автоматично скануватиме стан ковша й повідомлятиме результати. В інших варіантах робота, що керується однією кнопкою, може бути втілена для інфрачервоного сканера, хоча контроль, як правило, може бути здійснюватися з кабіни крана. У показаному варіанті втілення одним з компонентів контурної системи 48 є датчик, який вимірює діапазон, тобто, відстань від контурної системи до об’єкта та розташування цього об’єкта відносно датчика відстані. Під час роботи оптичне випромінення 50 від джерела оптичного випромінення у контурній системі 48 випускається всередину вмістища, і відбите оптичне випромінення зсередини вмістища знову виявляється контурною системою. На основі часу, який минув між випущеним та відбитим випроміненням, яке випускається й досягає контурної системи, відповідно, та характеристик джерела випромінення може бути виміряна відстань між контурною системою та поверхнею вмістища, яка викликає відбиття випромінення. У типових системах вимірювання діапазону застосовують сканований промінь для швидкого запису багатьох позицій та відстаней. 6 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Типові вимірювання з застосуванням варіантів втілення описаного предмета винаходу пояснюються на Фігурах 4 та 5. Як стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, описаний авторами предмет винаходу жодним чином не обмежується типовими температурними шкалами, представленими на Фігурах 4 та 5. ФІГ. 4 показує профіль товщини вогнетривкого матеріалу, представлений просторово-розділеними кількісними значеннями, які відповідають місцевій товщині вогнетривкого матеріалу, залежно як від глибини резервуара, так і від кутової позиції. Товщина, яка вказується у міліметрах або дюймах, вказується відносно визначеної поверхні у резервуарі. Ця визначена поверхня може бути внутрішнім або зовнішнім металевим кожухом резервуара, внутрішньою поверхнею захисної обшивки (підкладка з вогнетривкої цегли, яка зазвичай постійно залишається встановленою у резервуарі) або внутрішньою поверхнею робочої обшивки (первинною вогнетривкою цеглою, яка замінюється під час нормальної зміни обшивки резервуара). Вимірювання температури поверхні також показано на ФІГ. 4 контурними лініями, які визначають ділянки, які мають інші сірі кольори, які представляють різні рівні температури, як показано в умовних позначеннях на фігурах. ФІГ. 5 показує подібні результати, але для меншої частини вмістища. Як показано на ФІГ. 4, існує принаймні дві ділянки (позначені номером 52 на ФІГ. 4), на яких зовнішня температура досягла високих значень; однак значення товщини вогнетривкого матеріалу робочої обшивки на цих ділянках в середньому складають приблизно 49 мм на ділянці 52, розташованій з лівого боку і приблизно 76 мм для ділянки 52, розташованої з правого боку. Для цього резервуара початкові значення товщини робочої обшивки складали 110 мм, і ківш знімається з експлуатації, коли товщина обшивки досягає 10 мм. Як пояснювалося вище, дві ділянки 52 на ФІГ. 4 є типовими ділянками, на яких існує найбільша ймовірність оребрення (наприклад, на ділянці 10, показаній на ФІГ. 1) і вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу не виявило цієї проблеми. Тобто, розплавлена сталь з попереднього циклу плавлення природним шляхом проникла у малі зазори (наприклад, невеликі отвори відносно діаметра джерела випромінення) між цеглинами вмістища, не виявлена системою для сканування вогнетривкого матеріалу. За таких умов застосування лише скануючої системи для виявлення такої проблеми потребує більше часу, доки оребрення не виявиться сильніше, таким чином, щоб скануюча система могла виявити ці отвори у вогнетривкому матеріалі, або ж може існувати висока ймовірність того, що скануюча система не виявить оребрення. Результати з ФІГ. 5 пояснюють вимірювання на ділянці вмістища, де температура зовнішньої поверхні є високою, а товщина вогнетривкого матеріалу є малою, що вказує на існування отвору в обшивці резервуара у конкретному місці (наприклад, на ділянці 14, показаній на ФІГ. 1). Згідно з іншим прикладом втілення, описується процес або спосіб контролю цілісності вмістища, яке має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу, як показано на структурній схемі з ФІГ. 6. Оскільки цей процес має бути якомога повнішим, зазначається, що для контролю цілісності вмістища мають бути виконані не всі етапи. Іншими словами, деякі описані нижче етапи можуть бути необов'язковими. Як показано на ФІГ. 6, спосіб контролю цілісності вмістища, яке має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу включає етапи забезпечення першого детектора випромінення, сконфігурованого для вимірювання температури на зовнішній поверхні вмістища на етапі 62; забезпечення першого джерела випромінення, сконфігурованого для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу на етапі 64; і на етапі 66 – забезпечення центрального контролера, сконфігурованого для показу користувачеві результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. Згідно з іншим прикладом втілення, описується процес або спосіб контролю цілісності вмістища, яке має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу, як пояснюється на структурній схемі, показаній на ФІГ. 7. Оскільки цей процес має бути якомога повнішим, зазначається, що для контролю цілісності вмістища мають бути виконані не всі етапи. Іншими словами, деякі описані нижче етапи можуть бути необов’язковими. Як показано на ФІГ. 7, спосіб контролю цілісності металевого вмістища, що має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу, включає етапи вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища за допомогою першого детектора випромінення на етапі 72; вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу за допомогою першого джерела випромінення на етапі 74; і на етапі 76 – показ користувачі результатів вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу. І нарешті, приклад типового контрольного пристрою або контролера 100, здатного здійснювати операції згідно з прикладами втілення, які обговорювалися вище, пояснюється на ФІГ. 8. Апаратні, програмно-апаратні та програмні засоби або їх комбінація можуть застосовуватися для виконання різних описаних авторами етапів та операцій. У різних 7 UA 115658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прикладах описаного предмета винаходу центральний контролер 30, перший контролер 24 та/або другий контролер 28 з ФІГ. 2, окремо або у комбінації, складають частину системи, яка включає контрольний пристрій або контролер 100 у формі обчислювальної структури, яка може бути застосована у зв’язку з такою системою. Типовий центральний контролер 100, придатний для виконання дій, описаних у прикладах втілення, може включати сервер 102, який може відповідати будь-якому з контролерів 24, 28 та/або 30 з ФІГ. 2. Такий сервер 102 може включати центральний процесор (CPU) 104, з'єднаний з запам'ятовуючим пристроєм з довільною вибіркою (RAM) 106 та постійним запам’ятовуючим пристроєм (ROM) 108. ROM 108 також може належати до іншого типу носіїв для зберігання програм, таким, як програмований ROM (PROM), стираний PROM (EPROM) і т. ін. Процесор 104 може сполучатися з іншими внутрішніми та зовнішніми компонентами через схему введення/виведення (I/O) 110 та шину 112 для забезпечення контрольних сигналів і т. ін. Процесор 104 здійснює різні функції, відомі спеціалістам у даній галузі, згідно зі вказівками програмних та/або апаратно-програмних засобів. Сервер 102 також може включати один або кілька пристроїв для зберігання даних, включаючи, наприклад, жорсткі та гнучкі диски 114, CD-ROM 116 та/або інші апаратні засоби, здатні зчитувати та/або зберігати інформацію, такі, як DVD і т. ін. В одному варіанті втілення програма для здійснення вищезазначених етапів може зберігатися й розподілятися на CD-ROM 118, дискеті 120 або іншій формі переносних носіїв, здатних зберігати інформацію. Ці носії можуть вставлятися й зчитуватися таким пристроями, як дисковод CD-ROM 116, дисковий накопичувач 114 і т. ін. Сервер 102 може бути з’єднаний з дисплеєм 122, який може належати до будь-якого типу відомих дисплеїв або демонстраційних екранів, таких, як LCD-дисплеї, плазмові дисплеї, катодно-променеві трубки (CRT) і т. ін. Може бути передбачений користувацький вхідний інтерфейс 124, включаючи один або кілька механізмів користувацького інтерфейсу, такі, як миша, клавіатура, мікрофон, сенсорна панель, сенсорний екран, система розпізнавання голосу і т. ін. Сервер 102 може з’єднуватися з іншими обчислювальними пристроями, такими, як наземні кабельні та/або безпровідні термінали та відповідні прикладні засоби, через мережу. Сервер може бути частиною більшої мережної конфігурації, наприклад, у межах мережі для мобільної передачі даних (GAN), такої, як Інтернет 126, що забезпечує можливість кінцевого зв’язку з різними наземними та/або мобільними клієнтськими пристроями. У детальному описі прикладів втілення викладено численні конкретні деталі з метою забезпечення всебічного розуміння заявленого винаходу. Однак спеціалістам у даній галузі стане зрозуміло, що різні варіанти втілення можуть бути практично втілені без цих конкретних деталей. Як також стане зрозуміло спеціалістам у даній галузі, приклади втілення можуть бути втілені у безпровідному пристрої зв’язку, мережі зв’язку як спосіб або комп’ютерний програмний продукт. Відповідно, приклади втілення можуть набувати форми повністю апаратного варіанта втілення або варіанта втілення, в якому поєднуються апаратні та програмні аспекти. Крім того, приклади втілення також можуть набувати форми комп’ютерного програмного продукту, який зберігається на зчитуваному комп’ютером носії, який має зчитувані комп’ютером інструкції, втілені у носії. Може застосовуватися будь-який прийнятний зчитуваний комп’ютером носій, включаючи жорсткі диски, CD-ROM, цифровий універсальний диск (DVD), оптичні запам’ятовуючі пристрої або магнітні запам’ятовуючі пристрої, такі, як гнучкий диск або магнітна стрічка. Іншими необмежувальними прикладами зчитуваних комп’ютером носіїв можуть бути флеш-пам’ять або інші типи запам’ятовуючих пристроїв. Описані приклади втілення забезпечують пристрій, систему та спосіб розпізнавання потенційних місць виходу з ладу у металевому вмістищі, сконфігурованому для тримання матеріалів при підвищених температурах. Слід розуміти, що цей опис не обмежує обсягу винаходу. Навпаки, ці приклади втілення охоплюють альтернативні варіанти, модифікації та еквіваленти, які охоплюються обсягом та сутністю винаходу, як визначено супровідною формулою винаходу. Хоча особливості та елементи згідно з представленими прикладами втілення описуються у варіантах втілення у конкретних комбінаціях, кожна особливість або елемент можуть застосовуватись окремо без інших особливостей та елементів варіантів втілення або у різних комбінаціях з іншими описаними авторами особливостями та елементами або без них. У цьому письмовому описі застосовано приклади описаного предмета винаходу, які дозволяють будь-якому спеціалістові у даній галузі практично здійснити його, включаючи виготовлення та застосування будь-яких пристроїв або систем та виконання будь-яких передбачених способів. Патентоспроможний обсяг предмета винаходу визначається формулою 8 UA 115658 C2 винаходу і може включати інші приклади, які стануть зрозумілими спеціалістам у даній галузі. Ці інші приклади охоплюються обсягом формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Пристрій, виконаний з можливістю контролю цілісності вмістища, захищеного вогнетривким матеріалом, де пристрій включає: центральний контролер, який корелює вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища у координатному представленні та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу у координатному представленні, при цьому дефект вогнетривкого матеріалу встановлюють за комбінацією вимірювань температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювань товщини вогнетривкого матеріалу, термографічну систему, з'єднану з центральним контролером, де термографічна система включає множину інфрачервоних (ІЧ) датчиків (або камер), з'єднаних з термографічним контролером, при цьому термографічна система продукує вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища у координатному представленні; та систему вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу, з'єднану з центральним контролером, де система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу включає джерело випромінювання для вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу, з'єднане з контролером вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу, оптичні засоби, фотодетектор та електронні засоби прийому, при цьому система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу продукує вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу у координатному представленні. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вимірювання температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу здійснюються одночасно. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу розташована у станині з фіксованою позицією. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу розташована у рухомому блоці. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що оребрення всередині вмістища виявляють за локалізованим вимірюванням температури зовнішньої поверхні вмістища, яка перевищує порогове значення температури, та відповідним локалізованим вимірюванням товщини вогнетривкого матеріалу, яка перевищує мінімальне порогове значення товщини. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що повзучість розплавленого металу або невеликий отвір у вогнетривкому матеріалі всередині вмістища виявляють за локалізованим вимірюванням температури зовнішньої поверхні вмістища, яка перевищує порогове значення температури, та відповідним локалізованим вимірюванням товщини вогнетривкого матеріалу, яка перевищує мінімальне порогове значення товщини. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу розташована у рухомому візку і додатково включає систему стеження та контурну систему, закріплені на ньому. 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що система вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу додатково включає контурну систему, виконану з можливістю вимірювання даних про відстань від контурної системи до внутрішньої поверхні вогнетривкого матеріалу. 9. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що термографічний контролер та контролер вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу з'єднані один з одним. 10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що термографічний контролер та контролер вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу і центральний контролер розташовані в єдиному контрольному блоці. 11. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що контроль вмістища сконфігурований так, щоб виконуватись з кінематично поміщеним на станині вмістищем, розташованим у заданій позиції до здійснення вимірювань товщини, або шляхом визначення позиції вмістища на станині до здійснення вимірювань товщини. 12. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що термографічні вимірювання у координатному представленні включають термографічні вимірювання у циліндричних координатах. 13. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу у координатному представленні включають вимірювання товщини вогнетривкого матеріалу у циліндричних координатах. 14. Спосіб контролю цілісності вмістища, яке має внутрішній шар вогнетривкого матеріалу, спосіб включає: зняття вимірювань температури зовнішньої поверхні вмістища у координатному представленні за допомогою термографічної системи; зняття вимірювань товщини вогнетривкого матеріалу у координатному представленні за допомогою сканувальної системи; 9 UA 115658 C2 5 10 15 20 та виявлення дефекту вогнетривкого матеріалу за комбінацією вимірювань температури зовнішньої поверхні вмістища та вимірювань товщини вогнетривкого матеріалу. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що виявлення додатково включає виявлення оребрення всередині вмістища за локалізованим вимірюванням температури зовнішньої поверхні вмістища, яка перевищує порогове значення температури, та відповідним локалізованим вимірюванням товщини вогнетривкого матеріалу, яка перевищує мінімальне порогове значення товщини. 16. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що виявлення додатково включає виявлення повзучості розплавленого металу або невеликого отвору у вогнетривкому матеріалі всередині вмістища за локалізованим вимірюванням температури зовнішньої поверхні вмістища, яка перевищує порогове значення температури, та відповідним локалізованим вимірюванням товщини вогнетривкого матеріалу, яка перевищує мінімальне порогове значення товщини. 17. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що зняття вимірювань товщини вогнетривкого матеріалу додатково включає: розміщення вмістища на станині; та зняття вимірювань товщини із утримуванням вмістища в заданій позиції; або визначення позиції вмістища на станині перед зняттям вимірювань товщини. 18. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що сканувальна система включає перший контролер, і сканувальна система та перший контролер розташовані у станині з фіксованою позицією. 19. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що сканувальна система включає перший контролер, і сканувальна система та перший контролер розташовані у рухомому блоці. 10 UA 115658 C2 11 UA 115658 C2 12 UA 115658 C2 13 UA 115658 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14