Способ ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей
Изобретение относится к способу ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, таких как емкость конвертера, электрическая дуговая печь или ковш. Технический результат - повышение точности и скорости ремонта, повышение безопасности. Способ включает в себя идентификацию общей площади облицовки, имеющей толщину ниже заранее заданного порогового значения, посредством измерительного устройства. Измерительное устройство измеряет остаточную толщину облицовки, а процессор на первой стадии переводит данные об остаточной толщине в бинарные данные путем сравнения данных об измеренной остаточной толщине с заранее заданным пороговым значением для толщины облицовки. При этом присваивают бинарное значение "1" участкам облицовки, имеющим толщину ниже заранее заданного порогового значения, и бинарное значение "0" участкам облицовки, имеющим толщину, равную или превышающую заранее заданное пороговое значение. На второй стадии объединяют отдельные участки площади облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, в объединенные площади облицовки, которым присваивают бинарные значения для участков облицовки, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения. На третьей стадии вычисляют положение и последовательность ремонта каждой из объединенных площадей и переносят эти данные в устройство для ремонта. Наносят монолитный материал облицовки на объединенные площади, вычисленные процессором, посредством устройства для ремонта. 1 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится к способу ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, таких как емкость конвертера, электрическая дуговая печь или ковш, например сталелитейный ковш, ковш для передельного чугуна, ковш сигарообразной формы или шлаковый ковш. В частности, настоящее изобретение относится к способу ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, где определяются участки облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, и на эти участки наносится монолитный материал облицовки.
Промышленные реакционные или транспортные емкости, такие, например, как доменные печи, электрические дуговые печи, ковши или конвертеры, используются для металлургических целей, таких как производство стали. Эти емкости, как правило, имеют на своей внутренней поверхности защитную облицовку, которая защищает наружную металлическую поверхность емкости от повреждения из-за нагрева или условий реакции на внутренней стороне емкости. Однако защитная облицовка подвергается износу во время использования емкостей и должна ремонтироваться время от времени, чтобы обеспечить высокую безопасность работы.
Для этой цели между индивидуальными фазами использования емкости, когда эта емкость пуста, измеряется оставшаяся часть толщины защитной облицовки. Данные об остаточной толщине, полученные с помощью этого измерения, используются для определения площади облицовки, которая должна ремонтироваться.
Заявка на международный патент WO 01/38900 A1 описывает бесконтактную процедуру измерения для измерения остаточной толщины огнеупорной облицовки металлургической емкости. Способ использует зондирующий лазерный луч от измерительного устройства, расположенного над внутренней поверхностью металлургической емкости, то есть над поверхностью огнеупорной облицовки, и измерение угла и расстояния между измерительным устройством и внутренней поверхностью емкости в разных точках. Измерительное устройство предпочтительно содержит лазерный диод, работающий в импульсном режиме, в качестве передающего устройства, и фотодиод в качестве приемного устройства. Полученные таким образом данные дают возможность получения изображения структуры поверхности огнеупорной облицовки в форме трехмерного профиля толщины. Заявка на международный патент WO 01/38900 A1 предполагает, что измерительное устройство физически связывается с устройством, которое наносит новый материал облицовки на внутреннюю поверхность емкости.
Однако, как правило, материал облицовки наносится на внутреннюю поверхность емкости вручную, либо посредством оператора, удерживающего устройство для ремонта, либо посредством устройства для ремонта, которым оператор манипулирует вручную, с помощью дистанционного пульта управления. В обоих случаях оператор должен иметь возможность для визуальной идентификации площадей, которые должны ремонтироваться, и отслеживать перемещения устройства для ремонта. По этой причине оператор должен находиться относительно близко от открытого края емкости, которая должна ремонтироваться. Это связано с несколькими недостатками. Оператор соприкасается с теплом, огнем, отпаданием нового материала облицовки и других деталей, отваливающихся от емкости. Кроме того, существует опасность взрыва в емкостях, если горячий материал вступит в контакт с водой, что может причинить вред оператору, если оператор находится вблизи емкости.
Кроме того, ручной способ является изначально связанным с ошибками оператора. Например, если оператор промахнется мимо соответствующего участка, который должен ремонтироваться, например, на несколько сантиметров, появляется опасность возникновения так называемого "прорыва", который представляет собой отверстие в стенке емкости и может причинять вред оператору емкости или вызывать повреждение оборудования, соединенного с емкостью, или даже приводить к взрывам, если материал, вытекающий из емкости, вступит в контакт с водой. Это может составить проблему, поскольку трудно визуально идентифицировать участки, которые должны ремонтироваться, если защитная облицовка является полностью монолитной, и оператор может получать только приблизительную информацию путем измерения профиля толщины, осуществленного ранее.
Если оператор на самом деле удерживает устройство для ремонта, производительность нанесения нового материала облицовки является, как правило, ограниченной. Кроме того, из-за жары время ремонта под управлением оператора, как правило, ограничивается 10-15 минутами.
Соответственно, было бы в высшей степени желательным создание способа ремонта огнеупорной облицовки металлургической емкости, который являлся бы более точным, чем способы, известные из предшествующего уровня техники, используя меньшее количество материала, и который устраняет при работе опасности, рассмотренные выше.
Краткое описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа ремонта монолитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, который может осуществляться автоматически, с высокой скоростью и высокой точностью.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа ремонта монолитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, где устраняются опасности, возникающие при работе.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа ремонта монолитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, который более эффективно использует материал облицовки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа ремонта монолитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, который легко адаптируется к рабочим требованиям.
В своем самом широком аспекте настоящее изобретение предусматривает способ ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, заключающийся в том, что на первой стадии определяют объединенные площади облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, посредством измерительного устройства, где измерительное устройство измеряет остаточную толщину облицовки, и узла процессора, где узел процессора на первой стадии преобразует данные об остаточной толщине в бинарные данные путем сравнения данных об измеренной остаточной толщине с заранее заданным пороговым значением для толщины облицовки, и присваивают бинарное значение "1" участку облицовки, имеющему толщину ниже заранее заданного порогового значения, и бинарное значение "0" участку облицовки, имеющему толщину, равную или превышающую заранее заданное пороговое значение, или, наоборот, на второй стадии объединяют отдельные участки площади облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, в объединенные площади облицовки, которым присваивают бинарные значения для участков облицовки, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения, и на третьей стадии вычисляют положение и последовательность ремонта каждой из объединенных площадей и переносят эти данные в устройство для ремонта, и наносят монолитный материал облицовки на объединенные площади, вычисленные узлом процессора, посредством устройства для ремонта.
Подробное описание изобретения
Для реального осуществления ремонта предусматривается устройство, которое наносит новый материал облицовки на поврежденные участки облицовки и которое предпочтительно включает в себя дистанционный манипулятор и сопло для торкретирования, которое располагается на нем и имеет возможность вращаться, поворачиваться, перемещаться в вертикальном направлении и, необязательно, перемещаться в горизонтальном направлении. Расположение и работа устройства для ремонта управляется узлом процессора, который переносит реальные данные об остаточной толщине, полученные посредством измерительного устройства, в устройство для ремонта в форме инструкций для ремонта. Узел процессора предпочтительно электронно соединяется как с измерительным устройством, так и с устройством для ремонта.
Настоящий способ включает в себя ряд стадий обработки для переноса реальных данных об остаточной толщине, полученных посредством измерительного устройства, к устройству для ремонта в форме инструкций по ремонту. Данные об остаточной толщине предпочтительно сортируются со ссылкой на регулярную сетку, которая отражает симметрию емкости. Поскольку предпочтительные металлургические емкости имеют основную форму, которая по существу является формой цилиндра, данные об остаточной толщине предпочтительно преобразуются в матрицы и цилиндрические координаты. Если емкость имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение, данные об остаточной толщине предпочтительно преобразуются в матрицы и декартовы координаты.
Стадии обработки включают в себя преобразование данных об остаточной толщине в бинарные данные путем сравнения данных об остаточной толщине с заранее заданным пороговым значением для толщины облицовки, и, например, присвоения бинарного значения "1" участкам облицовки, имеющим толщину ниже заранее заданного порогового значения, и бинарного значения "0" участкам облицовки, имеющим толщину, равную или превышающую заранее заданное пороговое значение, упоминаемое здесь и далее как "бинаризация".
Для уменьшения количества данных, которые должны обрабатываться, перед бинаризацией трехмерные данные об остаточной толщине, полученные с помощью измерительного устройства отряда точек в емкости, предпочтительно могут усредняться в узле процессора на первой стадии обработки, упоминаемой как "усреднение".
После бинаризации отдельные участки облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, объединяются в находящиеся рядом друг с другом объединенные площади облицовки, для которых присваивается бинарное значение для участков облицовки, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения, эта стадия обработки здесь и далее упоминается как "дефрагментация". Для достижения этого бинарные значения ряда участков предпочтительно сравниваются друг с другом и, если количество участков облицовки, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения, превосходит соответствующее ему заранее заданное отношение, сравниваемым участкам в целом присваивается бинарное значение для площадей, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения. Тем самым принимается тот факт, что участки облицовки, имеющие толщину, равную или превышающую заранее заданное пороговое значение, находящиеся рядом с участками облицовки, имеющими толщину ниже заранее заданного порогового значения, будут также подвергаться напылению нового материала облицовки, хотя эти участки и не требуют пока ремонта. Предпочтительное отношение составляет, например, примерно от 30 процентов до примерно 80 процентов, наиболее предпочтительно, примерно от 50 процентов до примерно 60 процентов.
Дефрагментация может осуществляться с использованием различных степеней дефрагментации. Предпочтительно, степень дефрагментации изменяется как функция от граничных условий, связанных с производством, таких как однородность при восстановлении огнеупорной облицовки, масса соединения для новой облицовки и время ремонта.
Наконец, положение и последовательность ремонта каждой из объединенных площадей вычисляется и преобразуется в инструкции по ремонту для устройства для ремонта на следующей стадии обработки. По этой причине каждая вычисленная площадь, имеющая бинарное значение для участков, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения, связывается с порядковым номером, представляющим последовательность стадий нанесения материала монолитной облицовки. Эта стадия обработки упоминается здесь и далее как "упорядочение". Предпочтительно, последовательность выбирается, принимая во внимание статические характеристики и поведение при отверждении материала для ремонта, который наносится на внутреннюю поверхность монолитной облицовки, в особенности время отверждения материала для ремонта. В частности, предпочтительная последовательность принимает во внимание то, что огнеупорная облицовка должна ремонтироваться, начиная с нижних секций металлургических емкостей и до ее верхних секций. Тем самым, материал для ремонта, если он наносится на ремонтируемые участки в форме горизонтальных полос, поддерживается соединением для новой облицовки, наносимым до этого на секции, лежащие непосредственно под ними.
В особенно предпочтительном аспекте настоящего изобретения данные об остаточной толщине обрабатываются, с получением данных по ремонту, таким образом, что область каждого участка, который должен ремонтироваться, если смотреть на поверхность огнеупорной облицовки, увеличивается до простой геометрической основной формы, предпочтительно четырехугольника. Тем самым скорость работы устройства для ремонта может быть дополнительно увеличена.
В еще одном особенно предпочтительном аспекте настоящего изобретения ориентация и форма геометрической основной формы адаптируется в узле процессора к существующим осям движения устройства для ремонта, которое предпочтительно представляет собой распылительное устройство для торкретирования или шоткретирования, и тому подобное. При таком адаптировании устройство для ремонта может перемещаться вдоль его имеющихся осей перемещения для осуществления ремонта огнеупорной облицовки. Тем самым, скорость работы устройства для ремонта увеличивается и управление устройством для ремонта становится легче. Эта стадия обработки предпочтительно осуществляется после дефрагментации и упоминается здесь и далее как "сегментация".
В еще одном предпочтительном аспекте настоящего изобретения перед определением последовательности стадий нанесения монолитного материала облицовки стадии бинаризации, дефрагментации и, необязательно, сегментации осуществляются опять, при изменении порогового значения, так что более глубокие прогары могут ремонтироваться в течение нескольких стадий ремонта путем нанесения множества слоев монолитного материала облицовки.
В еще одном, особенно предпочтительном, аспекте перед переносом данных по ремонту в устройство для ремонта результат ремонта представляется в узле процессора посредством имитационного моделирования при рассмотрении конкретных рабочих параметров, таких как время ремонта и количество соединений для ремонта. Таким образом, оператор узла процессора легко может адаптировать процедуру ремонта к изменению условий ремонта.
Является особенно предпочтительным, чтобы после завершения стадии напыления остаточная толщина огнеупорной облицовки измерялась еще раз с помощью измерительного устройства и данные об остаточной толщине, полученные таким образом, сравнивались с данными, полученными путем имитационного моделирования, относительно достигаемого восстановления огнеупорной облицовки, и, в случае расхождения между новыми данными измерений остаточной толщины и данными имитационного моделирования, узел управления устройства для ремонта калибровался соответствующим образом. Альтернативно, может начинаться дополнительная стадия ремонта.
Настоящее изобретение будет иллюстративно описано ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где
фиг.1 изображает схематический вид металлургической емкости, имеющей форму электрической дуговой печи, измерительного устройства для определения износа и устройства для торкретирования, для ремонта огнеупорной облицовки,
фиг.2 изображает контур бинаризованной матрицы, отражающей огнеупорную облицовку электрической дуговой печи,
фиг.3 изображает контур дефрагментированной матрицы огнеупорной облицовки электрической дуговой печи,
фиг.4 изображает контур сегментированной матрицы огнеупорной облицовки электрической дуговой печи, и
фиг.5 изображает контур упорядоченной матрицы огнеупорной облицовки электрической дуговой печи.
В частности, фиг.1 изображает схематический вид металлургической емкости 1, имеющей форму дуговой печи с огнеупорной облицовкой 2, которая требует ремонта. Устройство для ремонта 3 предусматривается для ремонта облицовки 2 и имеет форму устройства для торкретирования, имеющего головку 4 для торкретирования и манипулятор 5. Устройство для торкретирования пневматически переносит сухую огнеупорную смесь через сопло 4b головки 4 для торкретирования и в сопле 4b к огнеупорной смеси будет добавляться вода. Также является возможным, чтобы устройство для ремонта являлось устройством для шоткретирования. В противоположность рассмотренному выше устройству для торкретирования устройство для шоткретирования переносит влажную огнеупорную смесь через головку для шоткретирования вместе с воздухом и реакционноспособное соединение добавляется к влажной огнеупорной смеси в сопле 4b. Манипулятор 5 по существу содержит стационарную колонку 5a, которая может вращаться вокруг вертикальной оси, на верхнем краю которой подвешен угловой выдвижной манипулятор 5b. Головка 4 для торкретирования подвешивается на конце поворотного выдвижного манипулятора 5b на стороне, противоположной колонке 5a. Выдвижной манипулятор 5b поддерживается с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на верхнем краю колонки 5a. Головка 4 для торкретирования поддерживается с возможностью поворота вокруг другой оси, которая является по существу вертикальной и проходит параллельно колонке 5a. Кроме того, головка 4 для торкретирования имеет манипулятор 4a для торкретирования с соплом 4, который устанавливается с возможностью поворота на головке 4 для торкретирования. Таким образом, устройство 3 для ремонта имеет четыре вращательных степени свободы, чтобы иметь возможность перемещаться к индивидуальным участкам, требующим ремонта, в металлургической емкости 1. Приводные механизмы (не показаны), которые приводятся в действие посредством узла 6 управления для процедуры ремонта, предусматриваются для осуществления отдельных вращательных и поворотных движений устройства 3 для ремонта. Данные управления, упоминаемые как данные ремонта, для осуществления процедуры ремонта получаются узлом 6 управления от узла 7 процессора, который оценивает и обрабатывает соответствующую информацию от измерительного устройства 8. Измерительное устройство 8 служит для определения износа огнеупорной облицовки 2 и по существу содержит лазер, работающий бесконтактным способом. Для процедуры измерения измерительное устройство 8, расположенное на свободном конце манипулятора 9, перемещается над отверстием 10 горячей металлургической емкости 1.
Данные об остаточной толщине, полученные с помощью измерительного устройства 8, переносятся из измерительного устройства 8 в узел процессора 7. Узел процессора 7 переводит стадии, описанные здесь, выше, для обработки данных об остаточной толщине, полученных от измерительного устройства 8, в инструкции по ремонту для устройства 3 для ремонта.
На фиг.2 бинаризованная матрица изображена в качестве иллюстрации, эта бинаризованная матрица покрывает диапазон глубины T от 2 м до 3,6 м и весь угловой диапазон w (от 0° до 360°). Логическое значение "1", соответствующее участкам, которые требуют ремонта, представляется в форме черных участков, а логическое значение "0", соответствующее участкам, которые не требуют ремонта, представляется в форме белых участков.
Пример дефрагментированной матрицы идентичного контура изображен на фиг.3. Эта матрица создается путем сравнения бинарных значений ряда участков в квадратной секции большего размера и определение того, превышает ли количество черных участков внутри этой секции количество, соответствующее отношению 60 процентов. Если это количество превосходит то, которое соответствует отношению 60 процентов, тогда участку в целом присваивается бинарное значение "1"; если количество не превосходит то, которое соответствует отношению 60 процентов, тогда всему участку в целом присваивается бинарное значение "0". Эту процедуру применяют по всей бинаризованной матрице и повторяют 6 раз, каждый раз с увеличением размера увеличенных секций.
Фиг.4 иллюстрирует ту же матрицу в сегментированной форме. Границы сегментов изображены в качестве линий вокруг полей, имеющих бинарное значение "1". Способ, используемый для сегментации, анализирует множество соседних рядов полей в дефрагментированной матрице. Если ряд находящихся рядом полей, имеющих бинарное значение "1", обнаруживается в линии, проходимой в данный момент, определяются его границы. Идентифицированная таким образом область преобразуется в прямоугольный четырехугольник и ей присваивается порядковый номер.
Фиг.5 иллюстрирует последовательность процедуры ремонта, начиная от участка, которому присвоен порядковый номер 1. Последовательность определяется при том условии, что участки, находящиеся рядом по вертикали, ремонтируются снизу вверх, и что полное расстояние, которое должен пройти манипулятор, является минимальным.
1. Способ ремонта защитной облицовки промышленных реакционных или транспортных емкостей, заключающийся в том, что на первой стадии определяют объединенные площади облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения посредством измерительного устройства для измерения остаточной толщины облицовки и узла процессора для перевода на первой стадии данных об остаточной толщине в бинарные данные путем сравнения данных об измеренной остаточной толщине с заранее заданным пороговым значением для толщины облицовки и присваивают бинарное значение "1" участкам облицовки, имеющим толщину ниже заранее заданного порогового значения, и бинарное значение "0" участкам облицовки, имеющим толщину, равную или превышающую заранее заданное пороговое значение, или наоборот, на второй стадии объединяют отдельные участки площади облицовки, имеющие толщину ниже заранее заданного порогового значения, в объединенные площади облицовки, которым присваивают бинарные значения для участков облицовки, имеющих толщину ниже заранее заданного порогового значения, и на третьей стадии вычисляют положение и последовательность ремонта каждой из объединенных площадей и переносят эти вычисленные данные в устройство для ремонта, и наносят монолитный материал облицовки на объединенные площади, вычисленные узлом процессора, посредством устройства для ремонта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитная облицовка представляет собой огнеупорную облицовку.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что промышленная реакционная или транспортная емкость представляет собой металлургическую емкость.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что металлургическую емкость выбирают из емкости конвертера, электрической дуговой печи, доменной печи, ковша, разливочного устройства и камеры коксовой батареи.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ковш выбирают из сталелитейного ковша, ковша для передельного чугуна, ковша сигарообразной формы или шлакового ковша.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного устройства используют измерительное устройство на основе лазера.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве измерительного устройства на основе лазера используют зеркальный сканер.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройства для ремонта используют устройство с дистанционным манипулятором и соплом для торкретирования, которое расположено на нем и выполнено с возможностью вращения, поворачивания и перемещения в вертикальном направлении.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве устройства для ремонта используют распыляющее устройство или устройство для торкретирования или устройство для шоткретирования.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что узел процессора электронно соединяют с измерительным устройством и устройством для ремонта.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадии в узле процессора выполняют электронно.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью узла процессора объединяют изолированные участки облицовки с толщиной ниже заранее заданного порогового значения и с толщиной, равной или превышающей заданное пороговое значение в правильные объединенные площади.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что положение каждой из объединенных площадей вычисляют в цилиндрических координатах.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаточную толщину огнеупорной облицовки измеряют повторно с помощью измерительного устройства после завершения стадии ремонта и полученные таким образом данные об остаточной толщине сравнивают с данными, полученными путем имитационного моделирования, относительно достигаемого восстановления огнеупорной облицовки, и, в случае различия между вновь измеренными данными об остаточной толщине и данными имитационного моделирования, узел процессора и устройство для ремонта калибруют соответствующим образом.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что остаточную толщину огнеупорной облицовки измеряют повторно с помощью измерительного устройства после завершения стадии ремонта, и полученные таким образом данные об остаточной толщине сравнивают с данными, полученными путем имитационного моделирования, относительно достигаемого восстановления огнеупорной облицовки, и, в случае различий между вновь измеренными данными об остаточной толщине и данными имитационного моделирования, последовательность обработки и ремонта повторяют.
