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技術 コンテナの保全性を監視するための装置、プロセス、及びシステム

出願人 プロセスメトリックス,リミティドライアビリティカンパニー
発明者 ミッシェルピエールボニントーマスローレンスハービルジャレッドヒューバートフーグ
出願日 2012年11月12日 (8年3ヶ月経過) 出願番号 2014-542367
公開日 2015年2月5日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2015-504153
状態 特許登録済
技術分野 熱的手段による材料の調査、分析
主要キーワード フード領域 レンガ構造 ラジアル距離 非金属容器 置スタンド レーザー測定装置 突発故障 損耗率
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図面 (9)

課題・解決手段

コンテナの外部表面温度を測定する第1の放射検出装置と、耐火材料の厚さを測定する第1の放射源と、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置を有する、耐火材料によって保護されたコンテナの保全性監視する装置、システム、及び方法を開示する。

概要

背景

高温で材料を保持するように設計された様々なサイズ及び形状の金属の容器又はコンテナは、多くの産業上の利用に広く用いられる。これらの用途の例は、化学製品製造及び電力製造におけるガス化プロセスアーク炉(EAF)、酸素転炉(BOF))トリベ溶鉱炉デガッサー、及び製鋼業におけるアルゴンと酸素の混合ガスによる脱炭(AOD)炉を含むが、但し限定されない。当該技術分野において既知のように、これらのコンテナは、通常、コンテナ内に配置された高温の内容物からコンテナの金属部品を保護するために、レンガ構造内に導入された、又は単一体のブロック内に流し込まれた耐火材料により満たされる。但し、酸化腐食及び機械剥離の組み合わせ効果を通じて耐火材料の正常損耗により、溶融金属との耐火物の接触面のある程度の部分は、処理の間に失われ、それにより、容器の耐火物の内張り全体の突発故障及び不必要又は時期尚早再仕上げを回避するために、局所的な修理初期に実行することで広範囲の使用を保証するために頻繁な点検を必要とする。

光学に基づいた検査技術の進歩以前では、容認できないレベルの内張り厚を検出するセラミック内張りの点検は、耐火材料及び金属シェル又は可能性のある局部損耗及び内張り修理の必要性に対して高い局所的な熱伝達率を示す内張り内のダークスポットを捜す、経験されたオペレータによって視覚的に実行されていた。このようなアプローチは、技術と科学との組み合わせを招き、コンテナオペレータを無用の工業災害にさらし、検査頻度を低下させ、所望の精度に欠ける。更に、耐火材料が特定用途向け装置用再編成されるにつれて、セラミック内張りの設置及び修理に関するコストは、過去20年にわたって顕著に増大した。これらの更に費用のかかる耐火材料の効率的使用を改善するために、いくつかの従来の技術は、耐火材料上の損耗を直接測定するように構成されたものと、金属の容器(容器に対して熱伝達率の間接監視)上耐火物損耗の効果を測定するように構成したものとを含む、上記で要約したリスクを最小限にするために発達している。但し、以下で要約されるように、これらの従来の技術には、いくつかの制限がある。

例えばレーザーの使用によって定量的耐火物損耗を直接測定するように構成された従来の技術については、レーザーの径が有限のサイズである(例えば、いくつかの用途では約40〜60mm)ので、内張り内の小孔などのレーザビーム径より小さな特徴的な寸法をもつ潜在的な耐火物の欠陥を検出するのは、不可能でないにしても、非常に難しく、局所的な欠けている1片のレンガを検出することもまた困難にする。更に、レーザビームとトリベ壁との間の高い入射角度のために、孔のサイズは、1つが検出されるときに、実際より小さくオペレータ又はレーザースキャナに対して出現する。

更に、内部のトリベ表面上に蓄積される局部的なスラグは、領域が内張りであり、修理が必要かもしれないことを検出するのを困難にする場合がある。すなわち、鋼がトリベから排出されるように、転炉タッピング炉から搬送された、又はトリベ冶金炉に導入された小量のスラグが、トリベの壁又は底部上にコーティングを形成する可能性がある。付着されたスラグの多くが次のトリベ加熱サイクルの中に溶解されるので、熱対熱の測定結果の比較は、時として、従来の測定結果におけるスラグ蓄積露呈する可能性がある。但し、任意の単一熱に関しては、レーザーを用いる技術は、耐火物の残余と、内部のトリベ表面上に蓄積するスラグとの間の違い解決することができない。そのため、スラグ蓄積の存在下で、システムは、内張り厚を過剰に予測する、又は失われた耐火材の量を低く予測することになる(実際には双方の不適当な制限)。

最終的に、レーザー系のシステムによって検出されないことがある別の潜在的な問題は、微小化(fining)の結果であり、溶鋼耐火物内張り容器内のレンガ間に展開する小さなギャップ(例えば約1〜5mmの特徴的な寸法をもつ小径端部)に自然に入る場合に、その問題が生じる。当業者によって理解されるように、微小化は、最終的にトリベ内に含まれる溶融金属と固体金属外側シェルとの間に金属ブリッジを形成する可能性がある。小さな微小化は、トリベシェルの局所的な加熱をもたらすのみである。但し、時間と共に、ささいな微小化が厄介になり、トリベシェルの溶融や、溶鋼のリークをもたらすかもしれない。このように、従来の輪郭化システムが容器の内部プロファイル特徴づけるために有用なツールである一方で、外見上の厚さ測定ブレークアウトを防止するには、単独では充分でないかもしれないという状況がある。

金属の容器に耐火物損耗の定質的効果を測定するように構成された従来の技術の例は、容器の外表面上の温度を推測するように構成したものである。内部の耐火材料が損耗して薄くなるにつれて、危険にさらされる領域内の金属シェルの温度は、増大した熱伝達により、熔体から容器まで上昇する。トリベがスラブキャスターを残した直後、このような測定は、典型的には、クレーンから吊るされるトリベにより行われ、サービスからコンテナを取り外さなければならない時期を主として判定するために用いられる。この定性的測定は、要因(すなわち、内張りの薄膜化による切迫した障害もしくは微小化、又は双方)とは無関係のトリベシェル上の高温箇所示度を与える。また、そのため、「格納」との名目的健全性の直接的尺度がある。但し、当業者は、これらの技術が定性的情報を提供するのみであり、内張り自体の損耗率を特徴づける詳細情報を提供することができないことを理解するだろう。耐火物内張りの局所的な厚さ、微小化効果の存在可能性、溶融金属がトリベ内に含まれていた時間、トリベ内にいた間の熔体の温度履歴、トリベ内にいた間(すなわちトリベ冶金炉を介して)の熔体の処理履歴、及びトリベの外表面の放熱特性は、すべて、金属シェルの外見上の温度に寄与する。このように、外部測温は、相対的な基準上でのみ有用であり、データ内の定量的情報欠如は、トリベ内の損耗率及び耐火物の最適化の判定を妨げる。

概要

コンテナの外部表面温度を測定する第1の放射検出装置と、耐火材料の厚さを測定する第1の放射源と、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置を有する、耐火材料によって保護されたコンテナの保全性を監視する装置、システム、及び方法を開示する。

目的

但し、当業者は、これらの技術が定性的情報を提供するのみであり、内張り自体の損耗率を特徴づける詳細情報を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

耐火材料によって保護されたコンテナ保全性監視するように構成された装置であって、前記コンテナの外部表面温度を測定するように構成された第1の放射検出装置と、前記耐火材料の厚さを測定するように構成された第1の放射源と、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定及び前記耐火材料の前記厚さの前記測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置とを備える装置。

請求項2

前記第1の放射検出装置は、第1の制御装置を備えるサーモグラフィック装置であり、前記第1の制御装置は前記中央制御装置と通信するように構成される請求項1に記載の装置。

請求項3

前記第1の放射検出装置は、第1の制御装置を各々備える複数のサーモグラフィック装置であり、前記制御装置の各々は前記中央制御装置と通信するように構成される請求項1に記載の装置。

請求項4

前記表面温度の測定及び前記耐火物厚さの測定は、実質的に同時に行われる請求項1に記載の装置。

請求項5

前記監視は、運動学的に又は独立したセンサを用いた別々の測定によって計装的に実行されるように構成される請求項1に記載の装置。

請求項6

前記第1の放射源は、第2の制御装置を備え、前記第1の放射源及び前記第2の制御装置は、固定位置スタンドに配置される請求項1に記載の装置。

請求項7

前記第1の放射源は、第2の制御装置を備え、前記第1の放射源及び前記第2の制御装置は、モバイル装置に配置される請求項1に記載の装置。

請求項8

前記コンテナの内部の位置における微小化は、前記コンテナ内部の位置に対応する前記コンテナの前記外側表面上の位置の前記第1の放射検出装置による外部表面の高温測定によって、及び、前記コンテナ内部の前記位置での通常の耐火物厚さ測定によって検出される請求項1に記載の装置。

請求項9

前記コンテナ内部の位置における前記耐火材料内の溶融金属クリープ又は小孔は、前記コンテナ内部の前記位置に対応する前記コンテナの前記外側表面上の位置の前記第1の放射検出装置による外部表面の高温測定によって、及び、前記コンテナ内部の前記位置での通常の耐火物厚さ測定によって検出される請求項1に記載の装置。

請求項10

前記第1の放射源は、モバイルカートに配置されたスキャナであって、前記モバイルカートは、前記モバイルカートに取り付けられた追跡システム輪郭化システムとを備える請求項1に記載の装置。

請求項11

前記第1の放射源は、輪郭化システムであって、前記輪郭化システムは、前記輪郭化システムから前記耐火材料の内周面までの範囲距離データを測定するように構成される請求項1に記載の装置。

請求項12

前記コンテナは、化学製品製造及び/又は電力製造におけるガス化プロセスにおいて、アーク炉において、酸素転炉内において、トリベにおいて、溶鉱炉において、デガッサーにおいて、又はアルゴンと酸素との混合ガスによる脱炭炉において用いられるように構成される請求項1に記載の装置。

請求項13

耐火材料によって保護されたコンテナの保全性を監視するシステムであって、前記コンテナの外部表面温度を測定するように構成されたサーモグラフィック装置と、前記耐火材料の厚さを測定するように構成された耐火物厚み計測装置と、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定及び前記耐火材料の前記厚さの前記測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置とを備えるシステム。

請求項14

前記サーモグラフィック装置は、第1の放射検出装置と第1の制御装置とを備え、前記耐火物厚み計測装置は、第1の放射源と第2の制御装置とを備える請求項13に記載のシステム。

請求項15

前記第1の制御装置、前記第2の制御装置、及び前記中央制御装置は、互いに通信する請求項14に記載のシステム。

請求項16

前記第1の制御装置、前記第2の制御装置、及び前記中央制御装置は、単一の制御ユニットに配置される請求項14に記載のシステム。

請求項17

前記サーモグラフィック装置は、複数の赤外線カメラを備え、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定と、前記耐火材料の前記厚さの前記測定とは実質的に同時に行われる請求項13に記載のシステム。

請求項18

前記サーモグラフィック装置は、複数の赤外線カメラを備え、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定と、前記耐火材料の前記厚さの前記測定とは逐次的に行われる請求項13に記載のシステム。

請求項19

耐火材料の内層を有するコンテナの保全性を監視する方法であって、前記コンテナの外部表面温度を測定するように構成された第1の放射検出装置を準備することと、前記耐火材料の厚さを測定するように構成された第1の放射源を準備することと、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定及び前記耐火材料の前記厚さの前記測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置を準備することとを備える方法。

請求項20

前記第1の放射検出装置により前記コンテナの前記外部表面温度を測定することと、前記第1の放射源により前記耐火材料の前記厚さを測定することと、前記コンテナの前記外部表面温度の前記測定及び前記耐火材料の厚さの前記測定を前記ユーザに対して表示することとを更に備える請求項19に記載の方法。

技術分野

0001

本明細書に開示する発明の主題の実施形態は、概して、高温の材料を保持するように構成された容器又はコンテナ監視するための装置、方法及びシステム、特に機構及び技術に関する。

背景技術

0002

高温で材料を保持するように設計された様々なサイズ及び形状の金属の容器又はコンテナは、多くの産業上の利用に広く用いられる。これらの用途の例は、化学製品製造及び電力製造におけるガス化プロセスアーク炉(EAF)、酸素転炉(BOF))トリベ溶鉱炉デガッサー、及び製鋼業におけるアルゴンと酸素の混合ガスによる脱炭(AOD)炉を含むが、但し限定されない。当該技術分野において既知のように、これらのコンテナは、通常、コンテナ内に配置された高温の内容物からコンテナの金属部品を保護するために、レンガ構造内に導入された、又は単一体のブロック内に流し込まれた耐火材料により満たされる。但し、酸化腐食及び機械剥離の組み合わせ効果を通じて耐火材料の正常損耗により、溶融金属との耐火物の接触面のある程度の部分は、処理の間に失われ、それにより、容器の耐火物の内張り全体の突発故障及び不必要又は時期尚早再仕上げを回避するために、局所的な修理初期に実行することで広範囲の使用を保証するために頻繁な点検を必要とする。

0003

光学に基づいた検査技術の進歩以前では、容認できないレベルの内張り厚を検出するセラミック内張りの点検は、耐火材料及び金属シェル又は可能性のある局部損耗及び内張り修理の必要性に対して高い局所的な熱伝達率を示す内張り内のダークスポットを捜す、経験されたオペレータによって視覚的に実行されていた。このようなアプローチは、技術と科学との組み合わせを招き、コンテナオペレータを無用の工業災害にさらし、検査頻度を低下させ、所望の精度に欠ける。更に、耐火材料が特定用途向け装置用再編成されるにつれて、セラミック内張りの設置及び修理に関するコストは、過去20年にわたって顕著に増大した。これらの更に費用のかかる耐火材料の効率的使用を改善するために、いくつかの従来の技術は、耐火材料上の損耗を直接測定するように構成されたものと、金属の容器(容器に対して熱伝達率の間接の監視)上耐火物損耗の効果を測定するように構成したものとを含む、上記で要約したリスクを最小限にするために発達している。但し、以下で要約されるように、これらの従来の技術には、いくつかの制限がある。

0004

例えばレーザーの使用によって定量的耐火物損耗を直接測定するように構成された従来の技術については、レーザーの径が有限のサイズである(例えば、いくつかの用途では約40〜60mm)ので、内張り内の小孔などのレーザビーム径より小さな特徴的な寸法をもつ潜在的な耐火物の欠陥を検出するのは、不可能でないにしても、非常に難しく、局所的な欠けている1片のレンガを検出することもまた困難にする。更に、レーザビームとトリベ壁との間の高い入射角度のために、孔のサイズは、1つが検出されるときに、実際より小さくオペレータ又はレーザースキャナに対して出現する。

0005

更に、内部のトリベ表面上に蓄積される局部的なスラグは、領域が内張りであり、修理が必要かもしれないことを検出するのを困難にする場合がある。すなわち、鋼がトリベから排出されるように、転炉タッピング炉から搬送された、又はトリベ冶金炉に導入された小量のスラグが、トリベの壁又は底部上にコーティングを形成する可能性がある。付着されたスラグの多くが次のトリベ加熱サイクルの中に溶解されるので、熱対熱の測定結果の比較は、時として、従来の測定結果におけるスラグ蓄積露呈する可能性がある。但し、任意の単一熱に関しては、レーザーを用いる技術は、耐火物の残余と、内部のトリベ表面上に蓄積するスラグとの間の違い解決することができない。そのため、スラグ蓄積の存在下で、システムは、内張り厚を過剰に予測する、又は失われた耐火材の量を低く予測することになる(実際には双方の不適当な制限)。

0006

最終的に、レーザー系のシステムによって検出されないことがある別の潜在的な問題は、微小化(fining)の結果であり、溶鋼耐火物内張り容器内のレンガ間に展開する小さなギャップ(例えば約1〜5mmの特徴的な寸法をもつ小径端部)に自然に入る場合に、その問題が生じる。当業者によって理解されるように、微小化は、最終的にトリベ内に含まれる溶融金属と固体金属外側シェルとの間に金属ブリッジを形成する可能性がある。小さな微小化は、トリベシェルの局所的な加熱をもたらすのみである。但し、時間と共に、ささいな微小化が厄介になり、トリベシェルの溶融や、溶鋼のリークをもたらすかもしれない。このように、従来の輪郭化システムが容器の内部プロファイル特徴づけるために有用なツールである一方で、外見上の厚さ測定ブレークアウトを防止するには、単独では充分でないかもしれないという状況がある。

0007

金属の容器に耐火物損耗の定質的効果を測定するように構成された従来の技術の例は、容器の外表面上の温度を推測するように構成したものである。内部の耐火材料が損耗して薄くなるにつれて、危険にさらされる領域内の金属シェルの温度は、増大した熱伝達により、熔体から容器まで上昇する。トリベがスラブキャスターを残した直後、このような測定は、典型的には、クレーンから吊るされるトリベにより行われ、サービスからコンテナを取り外さなければならない時期を主として判定するために用いられる。この定性的測定は、要因(すなわち、内張りの薄膜化による切迫した障害もしくは微小化、又は双方)とは無関係のトリベシェル上の高温箇所示度を与える。また、そのため、「格納」との名目的健全性の直接的尺度がある。但し、当業者は、これらの技術が定性的情報を提供するのみであり、内張り自体の損耗率を特徴づける詳細情報を提供することができないことを理解するだろう。耐火物内張りの局所的な厚さ、微小化効果の存在可能性、溶融金属がトリベ内に含まれていた時間、トリベ内にいた間の熔体の温度履歴、トリベ内にいた間(すなわちトリベ冶金炉を介して)の熔体の処理履歴、及びトリベの外表面の放熱特性は、すべて、金属シェルの外見上の温度に寄与する。このように、外部測温は、相対的な基準上でのみ有用であり、データ内の定量的情報欠如は、トリベ内の損耗率及び耐火物の最適化の判定を妨げる。

発明が解決しようとする課題

0008

従って、少なくとも従来の技術の上記の課題に基づき、必要となるものは、金属の融点以上の温度にて材料を搬送するように構成された金属容器の耐火物の内張り及び外部表面の温度の測定データの不整合性を最小限もしくは排除する装置、システム、及び方法である。これは、そのすべてが内張り障害の一因となる可能性がある、内張り内の溶融金属のクリープ又は小孔の早期の検出及び点検を可能にすることになり、それによって、費用のかかる掃除作業及び潜在的生産休止時間に関連する運転コストを低減しながら、操作上の安全性を強化する。

課題を解決するための手段

0009

1つの好ましい実施形態によれば、耐火材料によって保護されたコンテナの保全性を監視するように構成された装置を開示する。装置は、コンテナの外部表面温度を測定するように構成された第1の放射検出装置と、耐火材料の厚さを測定するように構成された第1の放射源と、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置とを含む。

0010

1つの好ましい実施形態によれば、耐火材料によって保護されたコンテナの保全性を監視するシステムを開示する。システムは、コンテナの外部表面温度を測定するように構成されたサーモグラフィック装置と、耐火材料の厚さを測定するように構成された耐火物厚み計測装置と、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置とを含む。

0011

1つの好ましい実施形態によれば、耐火材料の内層を有するコンテナの保全性を監視する方法を開示する。方法は、コンテナの外部表面温度を測定するように構成された第1の放射検出装置を準備するステップと、耐火材料の厚さを測定するように構成された第1の放射源を準備するステップと、コンテナの外部表面温度の測定結果及び耐火材料の厚さの測定結果をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置を準備するステップとを含む。

0012

本明細書に援用され、明細書の一部を構成する添付の図面(正確な縮尺率ではない)は、1つ以上の実施形態を示し、記述と共に、これらの実施形態について説明する。

図面の簡単な説明

0013

材料を高温で保持するように構成されたコンテナを示す。
開示された発明の主題の好ましい実施形態による、図1のコンテナの保全性を監視するように構成された装置又はシステムの概要図を示す。
開示された発明の主題の別の好ましい実施形態による、図1のコンテナの保全性を監視するように構成された装置又はシステムの概要図を示す。
好ましい実施形態による、シミュレートされた内張り厚さプロファイル及びシミュレートされた外部表面温度プロフィルを示す。
好ましい実施形態による、シミュレートされた内張り厚さプロファイル及びシミュレートされた外部表面温度プロフィルの典型的な部分を示す。
保護耐火物層を有するコンテナの保全性を監視する方法のフローチャートを示す。
保護耐火物層を有するコンテナの保全性を監視する方法のフローチャートを示す。
好ましい実施形態による、材料を高温で保持するように構成された容器内の潜在的障害位置を識別するように構成されたシステム又は装置の制御装置の概要図である。

実施例

0014

好ましい実施形態の以下の記述は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照符号は、同一又は同様の構成要素を示す。以下の詳細な説明は、本発明を限定しない。その代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。以下の実施形態は、製鋼の用途における高温からコンテナを保護する内張り材を有するコンテナ内の潜在的障害位置を発見することができる装置、システム、又は方法の専門用語及び構造に関する簡易さを目的として論じられる。但し、次に議論される実施形態は、これらのセットに限定されないが、コンテナが作られる材料の融点と比較されるような高温に対して内張り材を露呈する他のコンテナに適用されてもよく、予期しない障害を回避するために、コンテナの内張りの保全が判定される必要がある。

0015

明細書を通じて「1つの実施形態(one embodiment)」又は「実施形態(an embodiment)」に対する参照は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも開示された発明の主題の1つの実施形態に含まれることを意味する。このように、フレーズ(「1つの実施形態における」)又は(「実施形態における」)の明細書の全体にわたる様々な場所における出現は、必ずしも同一の実施形態を参照しない。更に、特定の特徴、構造、又は特性を、1つ以上の実施形態における任意の適切な方法に組み合わせてもよい。

0016

図1は、材料を高温で保持するように構成されたコンテナ2を示す。本明細書の全体にわたって用いられるように、用語「コンテナ」もしくは「容器」は、すべての種類の金属又は非金属容器、又は容器材料の融点以下もしくは以上であってもよい高温で材料を保持するように設計された、様々なサイズ及び形状のコンテナに対する参照を含んで、互換的に広く用いられる。このようなコンテナ又は容器の例は、化学製品製造及び電力製造におけるガス化プロセス、アーク炉(EAF)、酸素転炉(BOF))トリベ、溶鉱炉、デガッサー、及び製鋼業におけるアルゴンと酸素の混合ガスによる脱炭(AOD)炉などの用途に用いられるものであるが、但し限定されない。更に本明細書の全体にわたって用いられるように、用語、高温での材料は、少なくともコンテナの表面の一部をカバーする耐火材料の保全性が、高温での材料に対してコンテナを露呈するために、いくらか危険にさらされる場合に、一旦コンテナが露呈されれば、コンテナに対して損傷を引き起こすほど高い温度を有するこれらのコンテナ内部に配置されるように構成された材料を意味するために広く用いられる。図示されるように、コンテナ2は、シェル4と、耐火材料6の内層と、開口部8とを有する。図1破線7は、コンテナが使用時に配置される前の耐火材料6のオリジナルの層を示す。開示されている発明の主題についてより適切に説明するために、コンテナ2は、更に以下で説明するように、使用の結果の局所的な損耗及び裂け目が耐火材料6を破損した2つの領域により図示されている。

0017

第1の領域10は、小径端部12を有する孔が耐火材料6内に生じた位置を示す。当業者によって理解されるように、微小化が生じた第1の領域10は、また、耐火材料6内の領域、すなわち、使用時に、耐火物内張り容器内のレンガ間に生じる小さなギャップ(例えば、例えば約1〜5mmの特徴的な寸法を有する小径端部)に溶鋼が自然に入る領域の実例となってもよい。第2の領域14は、また、1つの耐火材料6が使用によって除去され、コンテナ2の内部上のスラグの蓄積16が除去された耐火材料によって残された空間を満たしたように図1に図示される。更に以下で説明されるように、開示された発明の主題の有用な特徴の1つは、内張り厚さ及び外部表面温度の測定結果の組み合わせによって領域10及び14をより適切に識別する、改善された能力である。領域10及び14がコンテナ2の使用の間に生じるかもしれない問題の例として示されており、決して開示される発明の主題の範囲を限定しないことを理解するべきである。すなわち、当業者は、開示した主題によって検出されてもよい他の種類の欠陥を有してもよく、そのため、典型的な領域10及び14の言及が、開示される発明の主題の範囲を決して限定すべきでないことが理解されよう。

0018

図2は、開示された発明の主題の好ましい実施形態による、図1のコンテナ2の保全性を監視するように構成された装置(又はシステム)20の概要図を示す。図示されるように、装置20は、コンテナ2の外部表面温度を監視するサーモグラフィックシステム又は装置21と、コンテナ2内部の耐火材料6の厚さを監視するように構成された耐火物厚さ測定システム又は装置25とを含む。サーモグラフィックシステム21は、第1の放射検出装置22と、第1の放射検出装置22に関連する第1の制御装置24とを含む。耐火物厚さ測定システム25は、第1の放射源26と、第1の放射源26に関連する第2の制御装置28とを含む。図2の好ましい実施形態にも示されるように、サーモグラフィックシステム21及び耐火物厚さ測定システム25の両方は、中央制御装置30と通信する。図2において、第1の放射検出装置22は、ケーブル32の使用によって第1の制御装置24に接続されて示される。同様に、第1の放射源26は、ケーブル34によって第2の制御装置28に接続されて示され、第1及び第2の制御装置24及び28は、ケーブル36及び38によって中央制御装置30にそれぞれ接続されて示される。但し、これらの接続が他の実施形態においては無線であってもよく、更に、制御装置24及び26が、図示されたように個々に備えられてもよいし、中央制御装置30と共に単一のデバイスの中に組み合わせられてもよいし、又は単一のデバイスの中に収容されてもよいことが、当業者により理解されよう。すなわち、図2に図示した装置の相互接続及び/又は配置は、開示される発明の主題の範囲を限定しないが、その実施形態の図として提供される。更に、放射源及び放射検出部の数は、それぞれ単一個に限定されない。例えば、1つの実施形態において、第1の放射検出装置22は、コンテナ2から外部検出部22までの放射熱伝達によってコンテナ2の外部表面温度を測定するように構成された複数の赤外(IR)検出装置(又はカメラ)を含み、第1の放射源26は、耐火材料の厚さの測定をコンテナ2の中で可能にするために、コンテナ2の内部をスキャンするために用いられる発光源である。別の実施形態において、第1の放射源26は、システム25の位置から耐火材料6の表面上の内点までの距離を測定するように構成された範囲スキャナ又は距離スキャナである。更に別の実施形態において、第1の放射源26は、選択された波長スペクトルを有するものであってもよく、前記スペクトラムは、場合によって、肉眼可視もしくは非可視である。他の好ましい実施形態において、言及された制御装置及び/又は他の構成要素の間の通信は、インターネット電波マイクロ波、衛星、又は当該技術分野において既知の他の手段を通じて行われてもよく、制御装置間の接続は、有線又は無線であってもよい。

0019

1つの実施形態において、トリベシステム全体の複合画像をもたらすために、トリベの周囲に、コンテナ2が配置されるミル内に、第1の放射検出装置又は検出装置22を導入してもよい。別の実施形態において、第1の制御装置24は、複数のカメラが用いられる場合に、IRカメラの出力を読み取り、個別画像から複合画像を相互に組み立てるパーソナルコンピュータ(PC)であってもよい。トリベ又はコンテナ2がクレーンから吊るされる間に、IRカメラによって収集されたサーモグラフィックデータが得られてもよい。従って、このような実施形態において、IRカメラ(複数可)及びトリベの相対的な配向は、測定から測定まで名目上一定であってもよい。このような実施形態におけるサーモグラフィックデータの複合画像の後処理が、円柱座標において空間的に分解された温度プロフィルをもたらしてもよく、独立座標変数は、Z(トリベ口縁からの距離)及びシータ(トリベの周囲のまわりの方位角の位置)である。IRデータがコンテナの外側表面からのみ得られるので、R(トリベ中心線からのラジアル距離)は、冗長であるかもしれない。いくつかの実施形態において、システム21及び25の動作は同時に行われる。すなわち、外部表面温度及び内部の内張り厚さの測定は、容器動作の同じの停止の間に実質的に同時に行われ、コンテナ2の評価のためにユーザに対して組み合わせられて表示される。他の実施形態において、システム21及び25は、容器動作及びその後に組み合わせたそれらの個別データの個別の停止の間に、別々に又は逐次的に操作される。

0020

好ましい実施形態によれば、鉄鋼産業に用いられるトリベ内の内張り厚さを測定するために用いることができた典型的な構成は、スキャナに向かってトリベ口を傾けて得られた測定結果をもつレーザースキャナの前の所定の距離(例えば約3〜5m)で適切なスタンド内に(この場合、スタンドは所定の角度での移動(例えば360°)にわたって回転するように構成されてもよい)配置されたトリベを有している。別の実施形態において、米国特許第6,922,252号(以下、‘252特許と記す。本書面の譲受人に譲渡されたものである)に記載されるように、トリベの内部までの範囲点が測定される。

0021

別の実施形態において、レーザーヘッドに関するトリベの位置を判定するために、力学的な又は計装される固定位置スタンド内にレーザシステム25を設置してもよい。当業者によって理解されるように、力学的な実施形態において、トリベスタンドは、同じものがスタンド内に配置されるたびに同一の位置にトリベを配置するような方法で構築される。計装される実施形態において、単一の地点レーザー測距器は、スタンド内のトリベの位置を測定するために用いられる。このような実施形態において、レーザーデータの空間の配向は、典型的には±5mmの測定の不確実性が知られている。後で図示されるように、レーザーデータは、また、トリベ内の任意のポイントにおいて局所的な内張り厚さを表現するRと共に円柱座標内に与えられてもよい。同一の座標表示におけるレーザー及びIRスキャナデータの双方により、中央制御装置30は、数的な厚みデータの明瞭さを維持するために、コンテナ2(例えば、1つの実施形態内にIRスキャナの誤った色がつけられた複合画像を用いて)の外部表面温度を表現するイメージを、適切な格子密度での局所的な内張り厚さの数的表現に組み合わせる。以下で更に説明されるように、いくつかのアルゴリズムは、改善された能力が潜在的なコンテナ障害を検出することを可能にするために、ユーザが厚さ及び温度の測定結果における不整合性が存在するかを迅速且つ正確に判定することを可能にするために、効率的な方式で内部及び外部の測定のこのような組み合わせを生成するように想定される。本明細書に開示した発明の主題の有用な特徴の1つは、定性的なIRスキャナ情報及び定量的な内張り厚さデータが、実質的に独立して開始する各々の測定の制限を除去又は低減するという事実である。一般的な内張り薄膜化及び損耗比率分析は、レーザースキャナからの内張り厚さデータにより完了することができる。微小化は、内張り厚さが容認できる高さのままである領域において容易に観察できるが、外部のトリベシェルの高い温度が注目される。薄型の内張りの確認は、蓄積したスラグと無関係に、レーザースキャナが低減された内張り厚さを示す領域において顕著であり、IRスキャナは、高い表面温度を示す。

0022

従って、開示された発明の主題の有用な特徴の1つは、トリベ内部のレーザースキャニングから得られた内張り厚さデータと、トリベシェルの外表面のIRサーモグラフィックの測定との組み合わせである。当業者は、内部の耐火物厚さを外部温度と関連させることが、内部の厚さの測定結果を検証することを支援することになることを理解するだろう。本明細書に提案されたように組み合わせる場合、測定結果は互いに補完することになる。すなわち他方の能力によって一方の制限が補償される。微小化による潜在的障害を検出する際のレーザースキャナの困難さは、シェル温度の初期の上昇を検出することができるサーモグラフィックスキャナにより補完されてもよい。反対に、IRスキャナシステムの内張り厚さを記載する定量的情報の欠如は、レーザースキャナのデータ内でもたらされる。但し、双方のシステムからのデータを組み合わせることによって、損耗率及び局所的な内張り厚さを特徴づける定量的情報と同様に、ブレークアウト保護を提供する包括的なトリベ分析ツールが生成される。このようなシステムは、同時に又は逐次的に操作することができる。更に、データ内の不整合性、例えば、高温及び高い内張り厚さを示す領域は、その全部は内張り障害の一因となる可能性がある、内張り内の溶融金属クリープ又は小孔のために迅速且つ効率的に更に検出されて検査されてもよい。それゆえ、開示された発明の主題は、操作上の安全性を向上させる。更に、差し迫ったトリベ障害の改善された検出は、付加価値製品、コストのかかる掃除作業、及び潜在的生産休止時間の損失を回避することにより、かなりの原価の削減に結びつく。更に、オートメーション化された具体化の性質は、データを取得して、システム及びユーザに対して表示するべきであることを、簡易化されたインタフェースを通じて迅速に可能にする。

0023

更に、組み合わせた表示は、内張り厚さにおける高温箇所及び局所的低減との間の直接の相関関係をもたらす。但し、更に厚い内張りを示す領域であるが高いシェル温度は、直ちにスラグ蓄積もしくは微小化、又はレーザースキャンによって検出されなかったトリベ内の小孔/欠けているレンガのいずれかのために調査することができる。低温を示す領域であるが薄型の内張りは、微小化によって左右されない可能性が高いが、但し制限された残りの内張りの寿命にのみ基づいて解決されなければならない。

0024

図3は、開示された発明の主題の別の好ましい実施形態による、図1のコンテナ2の保全性を監視するように構成された装置40の概要図を示す。この好ましい実施形態には、5つのIRカメラ42A〜42E(カメラ42D及び42Eは、簡易さのために図示せず)がある。カメラ(42B〜42E)のうちの4つは、コンテナの側壁の4つの象限上のコンテナ2の外部表面を監視するために用いられ、別のカメラ(42A)は、コンテナの底部を監視する。耐火物の内張り厚さ測定は、‘252特許に開示されるように、モバイルカート44上に取り付けられた追跡システム46と輪郭化システム48とを含むモバイルカート44の使用によってこの実施形態において行われる。但し、モバイルカート44及び/又は5つのIRカメラ42A〜42Eの使用によるあらゆる方法で本明細書に開示した発明の主題が限定されるべきでないことを留意するべきである。本発明の個別の構成は、空間有用性及び所定の用途の特定の要件を考慮に入れることが可能である。例えば、固定位置のレーザー測定装置も、トリベ測定のために用いられてもよい。これらの装置は移動車上に配置するか、又は他の実施形態におけるスライドゲート保守ステーションに隣接してもよい。モバイルカート44の位置決めを支援するように構成された基準マーク図3においては図示せず)などの本発明の配置は、フロア建物の柱に固定されてもよいし、又はフード領域内でも可能である。モバイル又は固定位置の実施形態のいずれかにおいて、レーザーは、視野最大化するために可能な限り容器口近接して配置されてもよい。

0025

当業者によって理解されるように、モバイルスキャナを用いる実施形態は、高温のコンテナにおいて、又は高温のコンテナコンテナの近くで、固定点を用いる必要性を除外することにより、耐火物厚さのデートを取得する工程を簡易化してもよい。更に、測定システムが、モバイルであり、且つ移動する地形凹凸である場合、コンテナに関する測定システムの位置の正確な判定が必要になる。但し、当業者によって理解されるように、センサの配置は、用途の性質やコンテナの設置における自由度に左右されるので、特許権保護が求められる発明の主題の範囲を限定するべきでない。例えば、BOFを特徴づけるように構成された実施形態において、唯一未知の自由度は、炉の傾斜かもしれない。固定位置の器具を用いるトリベの用途において、開示された測定は、オートメーション化されていてもよい。トリベの用途において、容器は、典型的には、開示された測定システムに導入されてもよいが、BOF/転炉の用途においては、開示した測定システムが容器に導入されてもよい。トリベを含む用途に関しては、特定の実施形態の有用な特徴の1つは、単一のボタン操作であってもよい。すなわち、測定位置内のトリベにより、オペレータは「測定」ボタンを押すだけでよい。また、システムは、自動的にトリベ及びレポートの結果をスキャンするだろう。他の実施形態において、制御は、典型的にはクレーンキャブから始動されてもよいが、単一のボタン操作は、IRスキャナごとに実行されてもよい。

0026

図示した実施形態において、輪郭化システム48の構成要素の1つは、距離範囲センサに対するそのターゲットの距離範囲(すなわち、輪郭化システムから目標までの距離)及び位置を測定するセンサである。動作中、輪郭化システム48内の光学的放射源からの光学的放射50は、コンテナの内部に対して発せられ、コンテナの内部から反射された光学的放射は、輪郭化システムによって後方に検出される。輪郭化システムを出発し到達するために発せられ反射された放射の間でそれぞれ得られた時間及び放射源の特性に基づいて、輪郭化システムと放射反射をもたらすコンテナの表面との間の距離を測定することができる。典型的な距離範囲測定システムは、複数の位置及び距離範囲を迅速に記録するためにスキャンされたビームを用いる。

0027

開示された発明の主題の典型的な測定を用いる実施形態は、図4及び5に図示される。当業者によって理解されるように、本明細書に開示された発明の主題は、図4及び図5に表現された典型的な温度スケールによるどのような方法でも限定されない。図4は、耐火材料の局所的な厚さに対応する空間的に分解された定量値によって容器の深さ及び角度位置の機能の両方として表現される耐火物厚さプロファイルを示す。mm(ミリメートル)又はインチのいずれかで報告される厚さは、容器内の規定された表面に対して報告される。この規定された表面は、容器の内部の金属シェルもしくは外部の金属シェル、安全な内張りの内側表面(通常、容器内に永続的に設置され続けるバックアップ耐火物レンガ)、又は作業内張り(working lining)の内側表面(通常の容器中で交換される主要な耐火物レンガの再内張り)になり得る。表面温度の測定は、また、図の凡例において示されるような個別の温度レベルに相当する個別のグレイスケール色を有する領域を規定する等高線の使用によって図4に図示される。図5は、コンテナの小さな部分を除いた同様の結果を示す。

0028

図4に示されるように、外部温度が高値に到達した少なくとも2つの領域(図4のラベル52)がある。但し、それらの領域内の作業内張りの耐火物厚さは、概して、左側上に配置された領域52上の平均値49mm程度であり、右に配置された領域52の約76mmである。この容器に関しては、作業内張りの当初の厚さの値が110mmであり、内張り厚さが10mmに到達するときに、トリベはサービスから取り外されることになる。先に説明したように、図4の2つの領域52は、微小化が最も得られた場所(例えば図1に示された領域10)の典型的な領域であり、耐火物厚さの測定は、この問題を検出していない。即ち、従来の溶融化サイクルからの溶鋼は、耐火物スキャンシステムによって発見されていないコンテナレンガの間の小さなギャップ(例えば、放射源の径に比べて小さな径の端部)に当然入った。それゆえ、このような問題を検出するためにスキャンシステムのみを用いると、更にスキャンシステムが耐火材料のそれらの開口部を検出するように微小化が生じるまで、更に長い時間がかかることになり、又は、スキャンシステムが微小化を検出しないかもしれないという可能性が高いかもしれない。外部表面温度が高く耐火物厚さが薄いコンテナの領域における図5が示す測定の結果、その特定の位置(例えば図1に示された領域14)内に容器の内張りの孔が存在することを示唆する。

0029

別の好ましい実施形態によれば、図6に示されるフローチャートに示されるように、耐火材料の内層を有するコンテナの保全性を監視する工程又は方法を開示する。このプロセスが可能な限り完了するように意図されるように、コンテナの保全性の監視のためにすべてのステップを実行する必要があるとは限らないことが注目される。言いかえれば、次に記載するいくつかのステップは、オプションであってもよい。

0030

図6に示されるように、耐火材料の内層を有するコンテナの保全性を監視する方法は、ステップ62において、コンテナの外部表面温度を測定するように構成された第1の放射検出装置を準備するステップと、ステップ64において、耐火材料の厚さを測定するように構成された第1の放射源を準備するステップと、ステップ66において、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するように構成された中央制御装置を準備するステップとを含む。

0031

別の好ましい実施形態によれば、図7に示されるフローチャートに示されるように、耐火材料の内層を有するコンテナの保全性を監視する工程又は方法を開示する。このプロセスが可能な限り完了するように意図されるように、コンテナの保全性の監視のためにすべてのステップを実行する必要があるとは限らないことが注目される。言いかえれば、次に記載するいくつかのステップは、オプションであってもよい。図7内に示されるように、耐火材料の内層を有する金属のコンテナの保全性を監視する方法は、ステップ72において、第1の放射検出装置によりコンテナの外部表面温度を測定するステップと、ステップ74において、第1の放射源により耐火材料の厚さを測定するステップと、ステップ76において、コンテナの外部表面温度の測定及び耐火材料の厚さの測定をユーザに対して表示するステップとを含む。

0032

そして、以上に論じられた好ましい実施形態による動作を実行することができる象徴的な制御装置又は制御装置100の一例は、図8に図示される。ハードウェアファームウェアソフトウェア、又はその組み合わせを、本明細書に記載した様々なステップ及び動作を実行するために用いてもよい。開示された発明の主題の様々な例において、図2の中央制御装置30、第1の制御装置24、及び/又は第2の制御装置28は、個々に又は任意の組み合わせで、このようなシステムに関連して用いられてもよいコンピューティング構造の形式制御デバイス又は制御装置100を含むシステムの一部である。

0033

好ましい実施形態に記載された動作内容を実行するのに適切な典型的な中央制御装置100は、図2の制御装置24、28、及び/又は30ののうちのいずれかに対応してもよいサーバ102を含んでもよい。このようなサーバ102は、ランダムアクセスメモリ(RAM)106及び読み取り専用メモリ(ROM)108に結合された中央処理装置(CPU)104を含んでもよい。ROM108は、また、プログラマブルROMPROM)や消去可能なPROM(EPROM)などのプログラムを格納する他のタイプの記憶媒体であってもよい。プロセッサ104は、制御信号及びその他同種のものを提供するために、入出力(I/O)回路類110及びバス112を通じて他の内部及び外部構成要素と通信してもよい。プロセッサ104は、ソフトウェア及び/又はファームウェアの命令によって指示される際に、当該技術分野において既知のような様々な機能を実行する。

0034

サーバ102は、また、例えば、ハードディスクドライブ又はフロッピーディスクドライブ114と、CD−ROMドライブ116と、及び/又は、DVDなどの情報を読み取る及び/又は保存することが可能な他のハードウェアとを含む1つ以上のデータストレージ装置を含んでもよい。1つの実施形態において、上記で論じられたステップを行なうことためのソフトウェアは、CD−ROM118と、フレキシブルディスク120と、又は携帯可能な情報を格納することができる他の形式の媒体に格納され配布されてもよい。これらの記憶媒体は、CD−ROMドライブ116やディスクドライブ114などの装置に挿入され、読み取られてもよい。サーバ102はディスプレイ122に結合されてもよい。それは、LCD表示装置プラズマディスプレイ表示装置ブラウン管(CRT)などの、あらゆる種類の既知のディスプレイ又は提示画面であってもよい。ユーザ入力インタフェース124は、マウスキーボードマイクロホンタッチパッドタッチスクリーン音声認識システムなどの1つ以上のユーザインタフェース機構を含んで提供されてもよい。

0035

サーバ102は、ネットワークを介して、地上通信及び/又は無線端末、及び関連するアプリケーションなどの他のコンピュータ装置に結合されてもよい。サーバは、様々な地上通信及び/又はモバイルクライアント装置に対する究極の接続を可能にするインターネット126などのグローバルエリアネットワーク(GAN)のような大規模ネットワーク構成の一部であってもよい。

0036

好ましい実施形態の詳細な説明において、多数の特定の詳細な記述は、請求項に係る発明の包括的な理解を提供するために先に説明された。しかしながら、当業者は、様々な実施形態がこのような特定の詳細な記述を伴わずに実施されてもよいことを理解するだろう。

0037

また、好ましい実施形態が、ワイヤレス通信装置通信ネットワーク、方法として、又はコンピュータプログラムプロダクトにおいて具体化されてもよいことは、当業者によって認識されるだろう。従って、好ましい実施形態は、全体的にハードウェアの実施形態、又はハードウェアとソフトウェアとの態様を組み合わせた実施形態の形式をとってもよい。更に、好ましい実施形態は、媒体において具体化されたコンピュータ読み取り可能な命令を有するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムプロダクトの形式をとってもよい。あらゆる適切なコンピュータ読み取り可能媒体は、ハードディスク、CD−ROM、デジタル多用途ディスク(DVD)、光学的記憶装置、又はフロッピーディスク又は磁気テープなどの磁気記憶装置を含んで、利用されてもよい。コンピュータ読み取り可能媒体の他の非限定的な例は、フラッシュ型メモリ、又は他の既知の種類のメモリを含む。

0038

開示された好ましい実施形態は、材料を高温で保持するように構成された金属のコンテナ内の潜在的障害位置を識別する装置、システム、及び方法を提供する。この記述が本発明を限定することを意図しないことは理解されるべきである。それどころか、好ましい実施形態は、添付された請求項によって規定されるような本発明の精神及び範囲内に含まれる代替、変形、及び等価物網羅することを意図される。

0039

好ましい本実施形態の特徴及び要素が特に組み合わせ実施形態において記載されるが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わないで単独で用いることができるし、又は他の特徴及び要素と共に、もしくは他の特徴及び要素を伴わないで、本明細書に開示した様々な組み合わせに用いることができる。

0040

本書面は、あらゆる装置もしくはシステムを作成して用いること、且つあらゆる統合された方法を実行することを含む、あらゆる当業者が同様に実施することを可能にするために開示された発明の主題の例を用いる。発明の主題の特許の範囲は、請求項によって規定され、当業者に対して生じる他の例を含んでもよい。他のこのような例は、特許請求の範囲内であると意図される。

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