Способ и устройство для измерения износа огнеупорной футеровки приёмной ёмкости, предназначенной для содержания расплавленного металла
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для измерения износа футеровки приемной емкости для расплавленного металла. Установка содержит опорную раму, первый лазерный сканер и второй лазерный сканер, при этом оба сканера разнесены друг от друга вдоль поперечного направления опорной рамы и выполнены с возможностью соответственно сканирования первой поверхности и второй поверхности огнеупорной футеровки для получения первого начального набора данных и второго начального набора данных, представляющих вторую поверхность, и компьютер, выполненный с возможностью формирования окончательного набора данных посредством использования первого начального набора данных и второго начального набора данных, причем окончательный набор данных соответствует поверхности огнеупорной футеровки. Изобретение обеспечивает точное измерение износа футеровки в ковше, дуговой печи или конвертере. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
Настоящее изобретение относится к процессу измерения износа огнеупорной футеровки приемной емкости, предназначенный для содержания расплавленной стали, в частности, разливочного ковша, электродуговой печи (в дальнейшем обозначается как ЭДП) или конвертера.
Изобретение также относится к соответствующей установке, содержащей приемную емкость.
Приемные емкости, такие как разливочный ковш и ЭДП, включают в себя огнеупорную футеровку, действующую в качестве защиты от высоких температур, когда приемная емкость содержит расплавленную сталь. Однако огнеупорная футеровка подвержена износу или образованию отложений, образующихся от расплавленной стали.
Контроль за огнеупорной футеровкой играет важную роль для достижения непрерывной и безопасной работы приемной емкости. Выполнение визуального контроля приемной емкости, когда она пустая, был самым распространенным способом контролировать состояние огнеупорной футеровки, а также как изменяется ее состояние во времени.
Тем не менее, этот способ оказался достаточно сложным из-за окружающей среды приемной емкости с точки зрения влияния пыли и температуры, а также количественно не оцениваемым.
Для того чтобы сделать управление количественно оцениваемым, документ US 6 922 251 В1 раскрывает использование лазерного сканера, имеющего излучатель лазерного луча, зеркало для отклонения лазерного луча, и приемник лазерного луча для приема лазерного луча, отраженного от поверхности огнеупорной футеровки. Время прохождения луча между моментом излучения и приемом лазерного луча с помощью лазерного сканера обеспечивает измерение расстояния между огнеупорной футеровкой и сканером лазера в направлении излучаемого лазерного луча. Это обеспечивает местоположение одной точки поверхности огнеупорной футеровки относительно лазерного сканера.
Вращение зеркала вокруг первой оси вращения, а самого лазерного сканера вокруг второй оси вращения позволяет сканировать огнеупорную футеровку в двух взаимно перпендикулярных направлениях, чтобы получить множество точек, представляющих сканируемую поверхность. Это будет определяться как «трехмерное 3D изображение» поверхности. Путем сравнения последовательных изображений поверхности, можно определить, какие части огнеупорной футеровки уже износились, или выросли вследствие отложений, так как лазерный сканер имеет вполне хорошую точность.
Однако из-за формы приемной емкости, внутренних геометрических ограничений приемной емкости, и того факта, что лазерный сканер не может находиться слишком близко к приемной емкости, которая все еще остается горячей, лазерный сканер обычно не позволяет получить полный обзор поверхности, представляющей интерес. Например, во время использования разливочного ковша шлаковый ободок имеет тенденцию образовываться вдоль отверстия разливочного ковша. Этот шлаковый ободок создает теневую зону, которая скрывает области внутренней поверхности разливочного ковша, расположенные непосредственно под сканером, для сканера, сканирующего внутреннюю часть разливочного ковша сверху.
Чтобы преодолеть эту проблему, лазерный сканер последовательно перемещается в разные местоположения, откуда он предоставляет несколько трехмерных изображений. Эти трехмерные изображения затем объединяются в глобальное «изображение». Объединение последовательных трехмерных изображений требует очень точного знания последовательных местоположений лазерного сканера. Это делает весь процесс сложным, а общее изображение не таким точным, особенно для дифференциального анализа во времени, такого как контроль износа.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение процесса для измерения износа огнеупорной футеровки, который является более точным способом.
С этой целью настоящее изобретение предлагает процесс для измерения износа огнеупорной футеровки приемной емкости, предназначенной для содержания расплавленного металла, причем процесс включает в себя следующие этапы:
- сканирование первой поверхности огнеупорной футеровки с использованием первого лазерного сканера для того, чтобы получить первый начальный набор данных, представляющий первую поверхность,
- сканирование второй поверхности огнеупорной футеровки с использованием второго лазерного сканера, отличного от первого лазерного сканера, чтобы получить второй начальный набор данных, представляющих вторую поверхность, при этом вторая поверхность включает в себя серую зону для первого лазера сканера, приемную емкость, определяющую препятствие, расположенное между первым лазерным сканером и серой зоной во время сканирования первым лазерным сканером, и
- вычисление окончательного набора данных с использованием первого начального набора данных и второго начального набора данных, при этом окончательный набор данных является представительным для поверхности огнеупорной футеровки, включающей в себя первую поверхность и вторую поверхность.
В других вариантах осуществления изобретения процесс включает в себя один или несколько из следующих признаков, взятых отдельно, или в любой технически возможной комбинации:
- приемная емкость представляет собой разливочный ковш, электродуговую печь или конвертер;
- сканирование первой поверхности и сканирование второй поверхности являются одновременными;
- процесс включает в себя крепление основания первого лазерного сканера и основания второго лазерного сканера на опорную раму, при этом основания фиксированно разнесены друг от друга вдоль поперечного направления опорной рамы; и поддержание опорной рамы в одном фиксированном положении по отношению к приемной емкости при сканировании первой поверхности и второй поверхности;
- сканирование первой поверхности и второй поверхности включает в себя: излучение лазерного луча с использованием излучателя лазерного луча; прием отраженного лазерного луча от огнеупорной футеровки с использованием приемника лазерного луча; измерение времени, прошедшего между излучением лазерного луча и приемом отраженного лазерного луча; и отклонение испускаемого лазерного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях;
- отклонение излучаемого лазерного луча включает в себя вращение зеркала вокруг первой оси вращения относительно излучателя лазерного луча и вращение излучателя лазерного луча вокруг второй оси вращения относительно основания;
- вычисление окончательного набора данных включает в себя использование параметров, представляющих положение основания второго лазерного сканера относительно основания первого лазерного сканера; и
- вычисление окончательного набора данных включает в себя обнаружение, по меньшей мере, трех точек в первом начальном наборе данных и трех других точек во втором начальном наборе данных, причем первые три точки и другие три точки представляют три ориентира на поверхности или вокруг нее.
Настоящее изобретение также относится к установке, содержащей:
- приемную емкость, предназначенную для содержания расплавленного металла и имеющую огнеупорную футеровку, и
устройство для измерения износа огнеупорной футеровки приемной емкости, предназначенной для содержания расплавленного металла, устройство содержит:
- опорную раму,
- первый лазерный сканер и второй лазерный сканер, которые поддерживаются опорной рамой с разнесением друг от друга вдоль поперечного направления опорной рамы. Сканеры выполнены с возможностью соответственно сканировать первую поверхность и вторую поверхность огнеупорной футеровки для обеспечения первого начального набора данных, представляющих первую поверхность, и второго начального набора данных, представляющих вторую поверхность, причем предполагается, что вторая поверхность включает в себя серую зону для первого лазерного сканера, также предполагается, что приемная емкость определяет препятствие, расположенное между первым лазерным сканером и серой зоной, а также
- компьютер, выполненный с возможностью создания окончательного набора данных с использованием первого начального набора данных и второго начального набора данных, при этом окончательный набор данных является представительным для поверхности огнеупорной футеровки.
В других вариантах осуществления изобретения установка содержит один или несколько из следующих признаков, взятых отдельно, или любую технически возможную комбинацию этих признаков:
- каждый из сканеров из числа первого лазерного сканера и второго лазерного сканера включает в себя: основание, закрепленное на опорной раме; излучатель лазерного луча для излучения лазерного луча; приемник лазерного луча для приема отраженного лазерного луча от огнеупорной футеровки; систему измерения времени для измерения времени прохождения луча между моментом излучения лазерного луча и приемом отраженного лазерного луча; и дефлектор для отклонения излучаемого лазерного луча, дефлектор содержит зеркало, с возможностью вращения вокруг первой оси вращения относительно излучателя лазерного луча, и блок, выполненный с возможностью вращения излучателя лазерного луча вокруг второй оси вращения относительно основания;
- вторые оси вращения первого лазерного сканера и второго лазерного сканера по существу перпендикулярны поперечному направлению, и предпочтительно параллельны друг другу;
- компьютер выполнен с возможностью: обнаружения, по меньшей мере, трех точек в первом начальном наборе данных и трех других точек во втором начальном наборе данных, причем первые три точки и три другие точки представляют три ориентира в пределах или вокруг указанной поверхности огнеупорной футеровки; или вычисления окончательного набора данных с использованием параметров, представляющих положение основания второго лазерного сканера относительно основания первого лазерного сканера;
- опорная рама включает в себя коробку, имеющую основную часть, определяющую, по меньшей мере, одно отверстие, и закрывающую систему, которая может перемещаться относительно основной части между открытым положением и закрытым положением, причем первый лазерный сканер и второй лазерный сканер располагаются в коробке для сканирования огнеупорной футеровки через отверстие, когда закрывающая система находится в открытом положении, при этом коробка предпочтительно является водонепроницаемой и защищенной от пыли, когда закрывающая система находится в закрытом положении;
- установка дополнительно содержит одну или несколько систем теплозащиты среди следующих: внутренний защитный экран, расположенный внутри коробки и определяющий по меньшей мере два окна сканирования, являющихся более узкими, чем отверстие в поперечном направлении; крышка, установленная с возможностью вращения на основной части коробки, образующая закрывающую систему и имеющая внешнюю защитную панель, выполненную с возможностью отражения по меньшей мере 80% теплового излучения, исходящего из приемника, когда закрывающая система находится в закрытом положении; задняя поверхность коробки, содержащая ребра, направленные наружу, чтобы способствовать тепловому обмену между коробкой и окружающей атмосферой, и, по необязательному выбору, по меньшей мере, один вентилятор, прикрепленный к задней поверхности и выполненный с возможностью подачи или удаления воздуха на ребра или от них; а также источник сжатого воздуха и, по меньшей мере, два сопла, соединенные с указанным источником сжатого воздуха и предназначенные для подачи воздуха из источника сжатого воздуха в направлении первого лазерного сканера и второго лазерного сканера; и
- установка дополнительно содержит основание и рычаг, удерживающий коробку и прикрепленный к основанию, причем предпочтительно, чтобы рычаг был установлен с возможностью вращения на основании между первым положением, в котором рычаг должен быть вертикальным, и вторым положением, в который рычаг находится в горизонтальном положении.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятными после прочтения последующего описания, приведенного в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает схематический вид сбоку установки согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 2 показывает другой схематичный вид сбоку установки, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 показывает схематический вид в направлении передней поверхности коробки, показанной на фиг. 1 и 2;
фиг. 4 показывает вид сбоку коробки, показанной на фиг. 1-3;
фиг. 5 показывает схематичный вид изображений, полученных с помощью лазерных сканеров, показанных на фиг. 3;
фиг. 6 показывает другой вид сбоку коробки, показанной на фиг. 1-4,
фиг. 7 показывает схематический вид варианта установки, показанной на фиг. 1 и 2;
фиг. 8 показывает схематичный вид установки согласно второму варианту осуществления изобретения; и
фиг. 9 представляет собой график, показывающий два профиля огнеупорной футеровки, полученные от установки, показанной на фиг. 8.
Теперь процесс, выполняемый согласно изобретению, будет описан со ссылкой на фиг. 1-5.
Задача состоит в том, чтобы измерить износ огнеупорной футеровки 1 в приемной емкости 2, показанной на фиг. 1 и 2. Приемная емкость 2 является, например, разливочным ковшом, предназначенным для содержания расплавленного металла. Как вариант, приемная емкость 2 представляет собой электродуговую печь (ЭДП) (показано на фиг. 7) или конвертер (не показан).
Огнеупорная футеровка 1 выполнена с возможностью защиты приемной емкости 2 от высоких температур расплавленного металла. После опорожнения приемной емкости 2 может оставаться отложение 3 (фиг. 2), например, там, где находилась свободная поверхность расплавленного металла, когда приемная емкость была заполнена.
Процесс включает в себя сканирование первой поверхности 4А огнеупорной футеровки 1 с использованием первого лазерного сканера 21А для того, чтобы получить первый начальный набор данных 5А (фиг. 5), представляющий первую поверхность огнеупорной футеровки, а также сканирование второй поверхности 4В огнеупорной футеровки с использованием второго лазерного сканера 21В, отличного от первого лазерного сканера, чтобы получить второй начальный набор данных 5В (фиг. 5), представляющий вторую поверхность огнеупорной футеровки.
Вторая поверхность 4B включает в себя серую зону 6B для первого лазерного сканера 21A, так как отложение 3 образует препятствие, расположенное между первым лазерным сканером и серой зоной 6B во время сканирования первым лазерным сканером. В показанном примере, аналогичным образом, первая поверхность 4А включает в себя серую зону 6А для второго лазерного сканера 21В, поскольку отложение 3 также образует препятствие, расположенное между вторым лазерным сканером и серой зоной 6А во время сканирования вторым лазерным сканером.
Процесс также содержит вычисление окончательного набора данных 7 с использованием первого начального набора данных 5А и второго начального набора данных 5В. Окончательный набор данных 7 является представительным для поверхности 4 огнеупорной футеровки 1, включающей в себя первую поверхность 4А и вторую поверхность 4В. Поверхность 4 представляет собой, например, сумму первой поверхности 4А и второй поверхности 4В.
Начальный набор данных 5А является 3D (трехмерным) изображением первой поверхности 4А, в котором серая зона 6А не просматривается (не представлена), а второй начальный набор данных 5В является трехмерным изображением второй поверхности 4В, в котором серая зона 6В не просматривается.
Использование по меньшей мере двух лазерных сканеров и объединение их измерений позволяет получить окончательный набор данных 7, который представляет собой трехмерное 3D-изображение всей поверхности 4, поскольку второй лазерный сканер 21B имеет другой угол обзора на огнеупорную футеровку 1, по сравнению с первым лазерным сканером 21А.
Окончательный набор данных 7 обеспечивает получение информации, позволяющей измерить износ огнеупорной футеровки 1. Окончательный набор данных 7 сравнивается, например, с эталонным набором, таким как предыдущее представительное трехмерное 3D-изображение поверхности 4. Сравнение позволяет обнаруживать зоны, где поверхность 4 изношена, и зоны, где появились отложения.
Кроме того, часть поверхности 4, которая не принадлежит серым зонам 6А и 6В, сканируется по меньшей мере дважды, что позволяет либо улучшить разрешение окончательного набора данных 7, либо получить окончательный набор данных быстрее, чем с помощью одного лазерного сканера.
Сканирование первой поверхности 4А и сканирование второй поверхности 4В предпочтительно являются одновременными, что позволяет экономить время и сокращать продолжительность воздействия горячей и пыльной среды на лазерные сканеры 21А, 21В.
Процесс может включать в себя основания 104 для крепления первого лазерного сканера 21А и второго лазерного сканера 21В (фиг. 3 и 4) на опорной раме 68, основания фиксированно разнесены по отношению к друг другу вдоль поперечного направления Т опорной рамы, при этом опорная рама сохраняется в том же фиксированном положении относительно приемной емкости 2 во время сканирования первой поверхности 4А и второй поверхности 4В. В результате этого, относительное положение второго лазерного сканера 21B относительно первого лазерного сканера 21A является известным и заранее заданным.
В соответствии с другими конкретными вариантами осуществления изобретения (не показаны), могут быть использованы другие технологии для удерживания первого лазерного сканера 21A и второго лазерного сканера 21B в фиксированных положениях относительно приемной емкости 2. Например, первый лазерный сканер 21A и второй лазерный сканер 21B могут быть установлены на отдельных опорных рамах.
Сканирование первой поверхности 4А и второй поверхности 4В предпочтительно выполняется одинаковым образом, поэтому сканирование первой поверхности будет подробно объясняться ниже.
Сканирование первой поверхности 4A, например, включает в себя излучение лазерного луча 8 (фиг. 2) с помощью излучателя Е лазерного луча (фиг. 4), прием отраженного лазерного луча 9 от огнеупорной футеровки 1, с использованием приемника R лазерного луча, измерение времени прохождения луча между моментом излучения лазерного луча и приемом отраженного лазерного луча, а также отклонение излученного лазерного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях A, B.
Отклонение излученного лазерного луча 8 может быть выполнено посредством вращения зеркала M (фиг. 4) вокруг первой оси A вращения относительно излучателя E лазерного луча и вращения излучателя лазерного луча вокруг второй оси B вращения относительно основания 104.
Вычисление окончательного набора данных 7 выполняется, например, с использованием параметров, представляющих положение основания 104 второго лазерного сканера 21B относительно основания 104 первого лазерного сканера 21A. Указанные параметры используются для выполнения одного или нескольких изменений координат, что позволяет суммировать первый начальный набор данных 5А и второй начальный набор данных 5В, выраженные в одной и той же системе координат, для получения окончательного набора данных 7.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, вычисление окончательного набора данных 7 включает в себя обнаружение, по меньшей мере, трех точек P1, P2, P3 (фиг. 5) в первом начальном наборе данных 5A и трех точек P1', P2', P3' во втором начальном наборе данных 5B. Три точки P1, P2, P3 и три точки P1', P2', P3' представляют три ориентира L1, L2, L3, расположенные в пределах или вокруг первой поверхности 4A и второй поверхности 4B.
Окончательный набор данных 7 рассчитывается таким образом, чтобы три точки P1, P2, P3 и P1', P2', P3' совмещались, как показано на фиг. 5.
Со ссылкой на фиг. 1 и 2 описывается установка 10, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Установка 10 включает в себя приемную емкость 2, устройство 12 для измерения износа огнеупорной футеровки, а также пол 14, на котором располагается устройство.
Приемная емкость 2 представляет собой, например, стальной разливочный ковш, предназначенный для содержания расплавленной стали, например, поступающей из электродуговой печи (не показана). Разливочный ковш является приблизительно симметричным вокруг вертикального направления V. Разливочный ковш определяет объем 16 для приема расплавленной стали и, например, имеет отложение 3 вокруг горловины.
Устройство 12 содержит коробку 20, два лазерных сканера 21А, 21В, расположенные внутри коробки, основание 22 и рычаг 24, удерживающий коробку и выступающий из основания вдоль продольного направления L приблизительно горизонтально.
Коробка 20 в этом примере располагается над разливочным ковшом.
Основание 22 предпочтительно выполнено с возможностью качения по поверхности грунта 14.
Основание 22 включает в себя компьютер 29, по необязательному выбору блок 30 управления с одним или несколькими экранами управления, источник 32 сжатого воздуха и источник 34 питания. Основание 22 предпочтительно оснащается одним или несколькими охлаждающими вентиляторами (не показаны), имеющими пылевые фильтры (не показаны).
В одном из вариантов блок 30 управления заменяется блоком дистанционного управления (не показан).
Основание 22 и рычаг 24 предпочтительно покрываются защитным ковриком (не показан), в частности, на сторонах, обращенных к приемной емкости 2. Например, коврик содержит алюминизированную стеклоткань или любой теплоизолирующий материал.
Источник 34 питания позволяет устройству 12 быть автономным с точки зрения источника питания, тем самым создавая преимущества. Источник 34 питания является, например, инвертором.
Согласно варианту осуществления, вместо источника 34 питания используется подключение к электрической сети (не показана).
Источником 32 сжатого воздуха является, например, цилиндр*.
Компьютер 29 подходит для непрерывного контроля лазерных сканеров 21А, 21В. Предпочтительно, компьютер 29 включает в себя один или несколько специализированных программных продуктов для анализа измерений, выполненных лазерными сканерами 21A, 21B, и для создания окончательного набора данных 7.
В качестве варианта осуществления (не показан) компьютер 29 является удаленным по отношению к основанию 22.
Как показано на фиг. 3 и 6, коробка 20 имеет переднюю поверхность 37, обращенную к отверстию разливочного ковша в направлении вниз. Коробка 20 также содержит основную часть 38, прикрепленную к рычагу 24, и закрывающую систему 40, перемещаемую относительно основной части между закрытым положением, в котором коробка закрывается вокруг лазерных сканеров 21А, 21В, в результате чего сканеры оказываются внутри коробки, и открытым положением (фиг. 3 и 6), при этом основная часть 38 образует, по меньшей мере, одно отверстие 44 в передней поверхности 37.
В конкретном варианте осуществления изобретения коробка 20 устанавливается с возможностью вращения на основании 22 вокруг продольного направления L.
Когда закрывающая система 40 находится в закрытом положении, внутренняя часть коробки 20 защищена от пыли и разбрызгивания воды со всех направлений.
Отверстие 44 проходит вдоль продольного направления L и вдоль поперечного направления Т, которое перпендикулярно продольному направлению и, например, является горизонтальным.
Например, отверстие 44 имеет плоскую, предпочтительно прямоугольную форму. Отверстие 44 предпочтительно является параллельным поперечному направлению Т и, например, определяет угол α (фиг. 6) с продольным направлением L в диапазоне от 45° до 80°.
Закрывающая система 40 содержит крышку 46, установленную с возможностью вращения на основной части 38, вокруг оси R (фиг. 6), и, например, одну или две газовые пружины 48, приспособленные для удерживания крышки в открытом положении, как показано на фиг. 4 и 6.
Закрывающая система 40 предпочтительно включает в себя уплотнение (не показано) из фторэластомера, установленное между крышкой 46 и основной частью 38. Фторэластомер представляет собой синтетический каучук на основе фторуглерода, способный выдерживать диапазон температур от -20°С до 200°С.
В качестве варианта (не показан) уплотнение включает в себя покрытие, предназначенное для отвода тепла в направлении задней части устройства 12 и для отражения теплового излучения Δ от приемной емкости 2.
Под «приспособленным для отражения тепловых излучений от приемной емкости» в настоящей заявке подразумевается, что лазерные сканеры 21А, 21В защищаются от тепловых излучений, испускаемых приемной емкостью 2. Ось R, например, приблизительно параллельна поперечному направлению Т.
Крышка 46 предпочтительно содержит внешнюю защитную панель 52, выполненную с возможностью отражения теплового излучения Δ, исходящего из приемной емкости 2, когда закрывающая система 40 находится в закрытом положении.
В одном варианте осуществления изобретения крышка 46 выполнена с возможностью перемещения вручную, чтобы перемещать закрывающую систему 40 из закрытого положения в открытое положение, и наоборот. Для этой цели крышка 46 предпочтительно содержит ручки 54 и крепежные элементы 56, например, зажимы с крючками. В другом варианте осуществления крышка 46 управляется автоматически.
Защитная панель 52, например, выполнена из отражающего металла, такого как нержавеющая сталь, полированная нержавеющая сталь, алюминий или полированный алюминий, и может содержать теплоизолирующий материал, такой как керамическое волокно. Внешняя защитная панель 52 предпочтительно разнесена с остальной частью крышки 46, как это лучше всего видно на фиг. 6.
Основная часть 38 коробки 20 имеет заднюю поверхность 58 (фиг. 6), противоположную передней поверхности 37 относительно приемной емкости 2, предпочтительно с ребрами 60, направленными наружу, чтобы способствовать теплообмену между коробкой и окружающей атмосферой.
В конкретном варианте осуществления изобретения два вентилятора 62 прикреплены к задней поверхности 58 и выполнены с возможностью обдува или отвода воздуха на ребрах 60 для увеличения охлаждения ребер 60.
Основная часть 38 также имеет нижнюю стенку 64, например, по существу, плоскую, и предпочтительно образует соединительное сопрягающее устройство для механического соединения коробки 20 и рычага 24. Основная часть 38 имеет верхнюю стенку 65.
Основная часть 38 содержит опорную раму 68, например, прикрепленную к нижней стенке 64 по направлению к внутренней части коробки 20 и проходящую в поперечном направлении.
Основная часть 38 предпочтительно включает в себя два сопла 78 (фиг. 4), соединенные с источником 32 сжатого воздуха для обдувания сжатым воздухом, соответственно, в направлении лазерных сканеров 21А, 21В.
Устройство 12 по необязательному выбору включает в себя внутренний защитный экран 80, выполненный с возможностью отражения, по меньшей мере, 80% энергии тепловых излучений Δ, поступающих из приемной емкости 2 через отверстие 44 в передней поверхности 37.
Внутренний защитный экран 80, например, содержит несколько модулей 82, распределенных вдоль поперечного направления Т, и, по необязательному выбору, поперечный модуль 84 выполнен с возможностью защиты опорной рамы 68 от тепловых излучений Δ.
Поперечный модуль 84 располагается между опорной рамой 68 и приемной емкостью 2. Поперечный модуль 84 проходит в поперечном направлении через отверстие 44.
Каждый модуль 82 выполнен с возможностью отражать, по меньшей мере, 70% энергии теплового излучения Δ, исходящего из приемной емкости 2.
Модули 82 предпочтительно прикрепляются к нижней стенке 64 и верхней стенке 65 основной части 38, в результате чего оператор (не показан) может легко перемещать их в поперечном направлении Т, чтобы образовывать два окна 86А, 86В сканирования, соответственно перед лазерными сканерами 21А, 21В.
Например, каждый модуль 82 имеет Г-образную форму в поперечном направлении Т. Каждый модуль 82 содержит две панели 88, образующие Г-образную форму. Одна из панелей 88, например, приблизительно перпендикулярна продольному направлению L, а другая приблизительно перпендикулярна вертикальному направлению V. Панели 88 выполнены с возможностью отражения теплового излучения Δ, исходящего от приемной емкости 2, по существу, в радиальном направлении относительно поперечного направления Т через отверстие 44.
Предпочтительно, модули 82 и поперечный модуль 84 содержат, по меньшей мере, 50% по массе полированного алюминия.
Несколько шайб (не показаны), например, такие, которые известны как шайбы «Delrin», располагаются между опорной рамой 68 и нижней стенкой 64, чтобы ограничивать теплопроводность.
Лазерные сканеры 21A, 21B смонтированы на опорной раме 68. Они разнесены друг от друга в поперечном направлении T.
Лазерные сканеры 21A, 21B представляют собой, например, лазерные сканеры Focus3D, коммерчески доступные от компании Faro, или подобные им. Лазерные сканеры 21А, 21В предпочтительно защищены отражающей клейкой лентой (не показана), приклеенной к их стенкам. Клейкая лента предпочтительно выполнена из алюминизированной стеклоткани, например, той, на которую ссылается под кодом 363 компания 3М.
Лазерные сканеры 21A, 21B адаптируются для непрерывного контроля с помощью компьютера 29.
Предпочтительно, они являются аналогичными, поэтому ниже будет подробно описываться только лазерный сканер 21А. Лазерный сканер 21B эквивалентен лазерному сканеру 21A, перемещенному в поперечном направлении T.
Лазерный сканер 21А содержит излучатель Е лазерного луча и приемник R лазерного луча (фиг. 4). Лазерный сканер 21А также содержит систему 98 измерения времени для измерения времени прохождения луча между моментом излучения лазерного луча 8 и приемом отраженного лазерного луча 9, а также дефлектор 100 для отклонения лазерного луча 8 в двух взаимно перпендикулярных направлениях А, B.
Дефлектор 100 включает в себя зеркало M, которое может вращаться вокруг первой оси А вращения относительно излучателя Е лазерного луча, и модуль 102, выполненный с возможностью поворота излучателя E лазерного луча вокруг второй оси B вращения по отношению к опорной раме 68.
Блок 102 включает в себя основание 104, установленное на опорной раме 68, и вращающуюся часть 106, жестко закрепленную на излучателе E лазерного луча и приемнике R лазерного луча.
Вращающаяся часть 106 вращается вокруг второй оси B вращения и заставляет излучатель E лазерного луча, приемник R лазерного луча и зеркало M вращаться вокруг второй оси B.
Вторая ось B, например, перпендикулярна поперечному направлению T и предпочтительно является горизонтальной в этом примере. Вторая ось B первого лазерного сканера 21B параллельна второй оси B второго лазерного сканера 21B и отделена от нее расстоянием D, которое фиксируется во время сканирования.
Первая ось А перпендикулярна второй оси B и вращается вокруг второй оси B по отношению к опорной раме 68. Когда лазерные сканеры 21A, 21B находятся в нерабочем режиме, первая ось А, например, располагается параллельно поперечному направлению T.
Рычаг 24 конфигурируется таким образом, что лазерные сканеры 21А, 21В смещены от центра (фиг. 2) в поперечном направлении Т относительно оси симметрии разливочного ковша.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения, длина рычага 24 является регулируемой.
Предпочтительно, рычаг 24 выполнен с возможностью вращения относительно основания 22 между первым положением (фиг. 1), в котором рычаг располагается приблизительно горизонтально, и вторым положением (фиг. 6), в котором рычаг располагается приблизительно вертикально.
Теперь будет описываться способ использования установки 10.
Предварительно опорожненный разливочный ковш и устройство 12 приводятся в относительное положение, показанное на фиг. 1 и 2. Например, устройство 12 занимает фиксированное положение на полу 14 и разливочный ковш подводится под устройство, причем разливочный ковш находится в вертикальном положении.
Когда лазерные сканеры 21А и 21В находятся в нерабочем режиме, закрывающая система 40 предпочтительно находится в закрытом положении, чтобы система была защищена от пыли и тепла, излучаемого от разливочного ковша.
Дополнительные системы теплозащиты, такие как внутренний защитный экран 80, защитная панель 52, структура задней поверхности 58 и вентиляторы 62, а также сопла 78 для обдувания сжатым воздухом, дополнительно защищают лазерные сканеры 21A, 21B.
Для того, чтобы сканировать огнеупорную футеровку 1, закрывающая система 40 переводится в открытое положение.
Лазерные сканеры 21А, 21В предпочтительно работают одновременно, чтобы уменьшить время воздействия пыли и тепла. Сканирование выполняется, как описывалось выше.
Когда сканирование завершается, закрывающая система 40 переводится в закрытое положение.
Далее будет описываться установка 100, в соответствии с вариантом осуществления изобретения со ссылкой на фиг. 7. Установка 100 аналогична установке 10, показанной на фиг. 1 - 4, и 6. Аналогичные элементы имеют одинаковые номера позиций. Более подробно будут описываться только различия.
В установке 100 приемная емкость 2 по-прежнему представляет собой, например, разливочный ковш, но в другом положении. Разливочный ковш лежит на боку, так что его ось симметрии является приблизительно горизонтальной. Рычаг 24 устройства проходит вдоль вертикального направления V.
Например, по сравнению с конфигурацией, показанной на фиг. 1 и 3, рычаг 24 повернут вокруг поперечного направления Т относительно основания 22. В этом примере передняя поверхность 37 коробки 20 обращена к разливочному ковшу горизонтально. Это обеспечивает гибкость устройства 12, поскольку в этом случае устройство подходит для сканирования приемной емкости сверху или сбоку.
Использование и преимущества установки 100 аналогичны использованию и преимуществам установки 10.
Далее будет описываться установка 200, согласно второму варианту осуществления изобретения со ссылкой на фиг. 8. Установка 200 аналогична установке 100, показанной на фиг. 7. Аналогичные элементы имеют одинаковые номера позиций. Более подробно будут описываться только различия.
Установка 200 содержит приемную емкость 202, которая является электрической дуговой печью, имеющей огнеупорную футеровку 201 и дверь 203.
Устройство 12 имеет такую же конфигурацию, что и устройства, представленные на фиг. 1 и 2, с рычагом 24, проходящим вдоль продольного направления L (горизонтально), в результате чего коробка располагается внутри печи.
Использование и преимущества установки 200 аналогичны использованию и преимуществам установок 10 и 100 со следующими отличиями.
Перед использованием устройство 12 перемещается по полу 14, чтобы ввести коробку 20 в приемную емкость 202 через дверь 203. Затем сканирование выполняется таким же образом, как описано ранее, с теми же результатами и преимуществами.
В частности, устройство 12 позволяет сканировать зоны, которые были бы серыми для первого лазерного сканера 21А.
На графике, показанном на фиг. 9, кривая С1 является примером профиля, который был получен из окончательного набора данных, предоставленного устройством 12 после сканирования электродуговой печи, показанной на фиг. 8. Профиль строится в плоскости P, которая перпендикулярна поперечному направлению Т. Кривая С1 представляет собой вертикальный профиль боковой стенки 204 приемной емкости 202.
Через несколько недель таким же образом была получена вторая кривая C2. Разница между кривыми С1 и С2 очень точно показывает, как изнашивается стенка 204.
1. Способ определения износа огнеупорной футеровки приемной емкости, предназначенной для размещения в ней расплавленного металла, включающий
сканирование первой поверхности огнеупорной футеровки посредством первого лазерного сканера для получения первого начального набора данных, представляющих первую поверхность,
сканирование второй поверхности огнеупорной футеровки посредством второго лазерного сканера, отличающегося от первого лазерного сканера, для получения второго начального набора данных, представляющих вторую поверхность, причем вторая поверхность включает в себя скрытую область внутренней поверхности футеровки приемной емкости при сканировании упомянутой поверхности лазером для первого лазерного сканера, при этом приемная емкость образована с препятствием, расположенным между первым лазерным сканером и скрытой областью внутренней поверхности футеровки приемной емкости при сканировании упомянутой поверхности лазером для первого лазерного сканера,
вычисление окончательного набора данных посредством использования первого начального набора данных и второго начального набора данных, причем окончательный набор данных представляет поверхность огнеупорной футеровки, включающую в себя первую поверхность и вторую поверхность.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют приемную емкость в виде разливочного ковша, электродуговой печи или конвертера.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сканирование первой поверхности и сканирование второй поверхности осуществляют одновременно.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что закрепляют основание первого лазерного сканера и основание второго лазерного сканера на опорной раме, при этом основания фиксировано разнесены друг от друга вдоль поперечного направления опорной рамы, и сохраняют опорную раму в одном и том же фиксированном положении по отношению к приемной емкости при сканировании первой поверхности и второй поверхности.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что сканирование первой поверхности и второй поверхности включает в себя:
излучение лазерного луча посредством излучателя лазерного луча,
прием отраженного лазерного луча от огнеупорной футеровки посредством приемника лазерного луча,
измерение времени прохождения луча между моментом излучения лазерного луча и приемом отраженного лазерного луча, и
отклонение излучаемого лазерного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отклонение излучаемого лазерного луча включает в себя вращение зеркала вокруг первой оси вращения относительно излучателя лазерного луча и вращение излучателя лазерного луча вокруг второй оси вращения относительно основания.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что вычисление окончательного набора данных включает в себя использование параметров, представляющих положение основания второго лазерного сканера относительно основания первого лазерного сканера.
8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вычисление окончательного набора данных включает в себя обнаружение по меньшей мере трех точек в пределах первого начального набора данных и трех других точек во втором начальном наборе данных, причем три точки и другие три точки представляют три ориентира в пределах указанной поверхности или вокруг нее.
9. Установка для определения износа огнеупорной футеровки приемной емкости, предназначенной для размещения в ней расплавленного металла, содержащая устройство для измерения износа огнеупорной футеровки, содержащее
опорную раму,
первый лазерный сканер и второй лазерный сканер, при этом оба сканера поддерживаются опорной рамой, разнесены друг от друга вдоль поперечного направления опорной рамы и выполнены с возможностью соответственно сканирования первой поверхности и второй поверхности огнеупорной футеровки для получения первого начального набора данных, представляющих первую поверхность, и второго начального набора данных, представляющих вторую поверхность, при этом вторая поверхность включает в себя скрытую область внутренней поверхности футеровки приемной емкости при сканировании упомянутой поверхности лазером для первого лазерного сканера, а приемная емкость образована с препятствием, расположенным между первым лазерным сканером и скрытой областью внутренней поверхности футеровки приемной емкости при сканировании упомянутой поверхности лазером для первого лазерного сканера, и
компьютер, выполненный с возможностью формирования окончательного набора данных посредством использования первого начального набора данных и второго начального набора данных, причем окончательный набор данных соответствует поверхности огнеупорной футеровки.
10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что каждый лазерный сканер содержит
основание, закрепленное на опорной раме,
излучатель лазерного луча для излучения лазерного луча,
приемник лазерного луча для приема отраженного лазерного луча от огнеупорной футеровки,
систему измерения времени прохождения луча между излучением лазерного луча и приемом отраженного лазерного луча, и
дефлектор для отклонения излучаемого лазерного луча, причем дефлектор содержит зеркало, вращающееся вокруг первой оси вращения относительно излучателя лазерного луча, и блок, выполненный с возможностью вращения излучателя лазерного луча вокруг второй оси вращения относительно основания.
11. Установка по п. 10, отличающаяся тем, что вторые оси вращения первого лазерного сканера и второго лазерного сканера, перпендикулярны поперечному направлению и предпочтительно параллельны друг другу.
12. Установка по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что компьютер выполнен с возможностью обнаружения по меньшей мере трех точек в первом начальном наборе данных и трех других точек во втором начальном наборе данных, при этом три точки и три другие точки представляют три ориентира в пределах или вокруг указанной поверхности огнеупорной футеровки, или
вычисления окончательного набора данных посредством использования параметров, представляющих положение основания второго лазерного сканера относительно основания первого лазерного сканера.
13. Установка по любому из пп. 9 - 11, отличающаяся тем, что опорная рама включает в себя коробку, имеющую основную часть, образующую по меньшей мере одно отверстие, и закрывающую систему, выполненную с возможностью перемещения относительно основной части между открытым положением и закрытым положением, при этом первый лазерный сканер и второй лазерный сканер расположены в корпусе для сканирования огнеупорной футеровки через отверстие когда закрывающая система находится в открытом положении, при этом коробка предпочтительно является водонепроницаемой и защищенной от пыли, когда закрывающая система находится в закрытом положении.
14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что она снабжена одной или несколькими системами теплозащиты, содержащими
внутренний защитный экран, расположенный внутри коробки и определяющий по меньшей мере два окна сканирования, которые являются более узкими, чем отверстие, в поперечном направлении,
крышку, установленную с возможностью вращения на основной части коробки, образующую закрывающую систему и имеющую внешнюю защитную панель, выполненную с возможностью отражения по меньшей мере 80% теплового излучения, исходящего из приемной емкости, когда закрывающая система находится в закрытом положении,
заднюю поверхность коробки, содержащую ребра, направленные наружу для способствования теплообмену между коробкой и окружающей атмосферой, и необязательно по меньшей мере один вентилятор, прикрепленный к задней поверхности и выполненный с возможностью обдувания воздухом ребер или удаления воздуха от ребер, а также
источник сжатого воздуха и по меньшей мере два сопла, соединенные с указанным источником сжатого воздуха, выполненные с возможностью выдувания воздуха от источника сжатого воздуха в направлении первого лазерного сканера и второго лазерного сканера.
15. Установка по любому из пп. 9-11, отличающаяся тем, что она снабжена основанием и рычагом, удерживающим коробку и прикрепленным к основанию, при этом рычаг предпочтительно установлен с возможностью вращения на основании между первым положением, в котором рычаг может находиться в вертикальном положении, и вторым положением, в котором рычаг может находиться в горизонтальном положении.
