BR112014011750B1 - aparelho configurado, sistema, e método para monitorar a integridade de um recipiente - Google Patents

Abstract

APARELHO CONFIGURADO, SISTEMA, E MÉTODO PARA MONITORAR A INTEGRIDADE DE UM RECIPIENTE Aparelhos, sistemas, e métodos para monitorar a integridade de um recipiente protegido por um material refratário são descritos tendo um primeiro detector de radiação para medir uma temperatura de superfície externa do recipiente, uma primeira fonte de radiação para medir uma espessura do material refratário, e um controlador central configurado para exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

Description

FUNDAMENTOS CAMPO TÉCNICO

[0001] Modalidades do assunto descrito aqui se referem em geral aos aparelhos, métodos e sistemas e, mais particularmente, aos mecanismos e técnicas para monitorar vasos ou recipientes configurado para manter materiais tendo uma temperatura elevada.

DISCUSSÃO DO FUNDAMENTO

[0002] Vasos metálicos ou recipientes de vários tamanhos e formas projetados para manter materiais em temperaturas elevadas são bastante usados em muitas aplicações industriais. Exemplo destas aplicações incluem, mas não estão limitados a, processos de gaseificação na produção de energia e química, Fomos de arco elétrico (EAF), Fomos de oxigênio básicos (BOF), panelas, fomos altos, desgaseificadores, e Fomos de descarburização de oxigênio argônio (AOD) na fabricação de rodas. Como conhecido na técnica, estes recipientes são normalmente revestidos com material refratário instalado na forma de tijolo ou fundido em blocos monolíticos de maneira a proteger a parte metálica do vaso dos conteúdos em alta temperatura posicionada no mesmo; no entanto, devido ao desgaste normal e despedaçamento do material refratário através dos efeitos combinados de oxidação, corrosão e abrasão mecânica, alguma porção da superfície refratária em contato com o metal fundido é perdida durante o processamento, necessitando assim de inspeção frequente de forma a garantir o uso estendido através da realização de reparo localizado de maneira a evitar falhas catastróficas e remodelação desnecessária ou prematura de todo o revestimento refratário do vaso.

[0003] Antes do avanço de técnicas de inspeção baseadas na. óptica, a inspeção de revestimentos de cerâmica para detectar níveis inaceitáveis de espessura de revestimento era realizada visualmente por um operador experiente que procurava por pontos escuros no revestimento indicando tanto se taxas de transferência de calor localizadas altas para o material refratário e casco de metal quanto possível desgaste excessivo e a necessidade por reparo de revestimento. Tal abordagem introduz uma combinação de técnica e ciência, expõe o operador do recipiente aos perigos industriais desnecessários, reduz a frequência das inspeções, e sente falta de acurácia desejada. Em adição, os custos associados com a instalação e o reparo de revestimentos cerâmicos têm aumentado de maneira significativa durante os últimos vinte anos já que materiais refratários tem sido reformulados para instalações de aplicação específica. De maneira a melhorar o uso eficiente destes materiais refratários mais caros, várias técnicas convencionais têm sido desenvolvidas para minimizar os riscos sumarizados acima incluindo aqueles configurados para medir diretamente o desgaste no material refratário e aqueles adaptados para medir o efeito do desgaste refratário no vaso metálico, tal como por exemplo, o monitoramento indireto das taxas de transferência de calor para o vaso. No entanto, como foi sumarizado abaixo, estas técnicas convencionais possuem várias limitações.

[0004] Como para as técnicas convencionais configuradas para medir desgaste refratário quantitativo diretamente através do uso de um laser, por exemplo, já que os diâmetros dos lasers são de tamanhos finitos (por exemplo, aproximadamente 40 a 60 mm em algumas aplicações), defeitos refratários potenciais com dimensões características menores do que o diâmetro do feixe de laser, tal como um pequeno orifício no revestimento, são bem difíceis, se não for impossível, de detectar, tomando a peça localizada do tijolo que falta também difícil de detectar. Além disso, por causa do grande ângulo de incidência entre o feixe de laser e as paredes da panela, o tamanho do orifício, quando um é detectado, aparece para o operador ou escâner a laser para ser menor do que é na verdade.

[0005] Em adição, acúmulo localizado de escória nas superfícies internas da panela pode tomar difícil detectar áreas que estavam reparos de revestimento podem ser necessários. Ou seja, como aço é drenado a partir da panela, a pequena quantidade de escória carregada a partir do conversor que bate ou introduzida no forno de metalurgia de panela pode formar um revestimento nas paredes ou no fundo da panela. Já que muito da escória acrescida se dissolve para o próximo ciclo de aquecimento da panela, comparação das medições de calor para calor algumas vezes pode revelar o acúmulo de escória em uma medição anterior. No entanto, para qualquer técnica de calor única que utiliza lasers não é capaz de resolver a diferença entre refratário que permanece e acúmulo de escória nas superfícies de panela interiores. Desta forma, na presença de acúmulo de escória, o sistema irá prever em excesso a espessura de revestimento ou prever pouco a quantidade de perda de refratário - ambas as limitações são indesejáveis na prática.

[0006] Finalmente, outro problema potencial que não pode ser detectado pelo sistema com base em laser é o resultado da afinação, que ocorre quando aço fundido entra naturalmente em pequenas lacunas (por exemplo, pequenas aberturas com uma dimensão característica de aproximadamente 1 a 5 mm) que se desenvolvem entre os tijolos em um vaso revestido por refratário. Como é entendido pelos peritos na técnica, a afinação tem o potencial de eventualmente formar uma ligação de metal entre o metal fundido contido na panela e o casco externo metálico sólido. Menor afmamento apenas causa aquecimento localizado do casco da panela. No entanto, com o tempo, menor afmamento então pode se tomar severo e resultar em fusão do casco da panela e subsequentemente vazamento de aço fundido. Assim, enquanto sistemas de contorno convencionais são uma ferramenta útil para caracterizar o perfíl interior do vaso, existem situações nas quais a medição de espessura aparente sozinha pode não ser suficiente para evitar fugas.

[0007] Exemplos de técnicas convencionais configuradas para medir o efeito qualitativo do desgaste de refratário no vaso metálico são aquelas adaptadas para estimar a temperatura na superfície externas do vaso. Enquanto o material refratário interno se desgasta e se toma fino, as temperaturas do casco de metal nas áreas comprometidas aumentam devido à transferência de calor aumentada a partir dos materiais fundidos para o vaso. Tais medições são tipicamente feitas com a panela pendente a partir de um guincho, brevemente após a panela deixar um lançador de placas, e são usados primariamente para determinar quando o recipiente deve ser removido do serviço. A medição qualitativa fornece uma indicação de pontos quentes no casco da panela independente da causa (isto é, falhas iminentes devido ao afínamento do revestimento, ou afinação, ou ambos) e, desta forma, são uma medição direta da saúde nominal da “contenção.” No entanto, os peritos nas técnicas aplicáveis irão entender que estas técnicas proveem apenas informação qualitativa e não são capazes de prover informação detalhada que caracteriza a taxa de desgaste do revestimento em si. A espessura local do revestimento refratário, a existência possível de efeitos de afínamento, o tempo que o metal fundido foi contido na panela, o histórico de temperatura do material fundido enquanto ele estava na panela, o histórico de processamento (isto é através de fomos de metalurgia de panela) do material fundido enquanto na panela, e as propriedades radioativas da superfície externa das panelas todas contribuem para a temperatura aparente do casco de metal. Assim, as medições de temperatura externa são apenas úteis em uma base relativa, e a falta de informação quantitativa nos dados impede a determinação das taxas de desgaste e a otimização refratária na panela.

[0008] Portanto, com base pelo menos nos desafios declarados acima de técnicas convencionais, o que é necessário são dispositivos, sistemas, e métodos que irão minimizar ou eliminar inconsistências nos dados medidos de revestimento refratário e temperatura de superfície externa de vasos metálicos configurados para portar materiais em temperaturas acima do ponto de fusão do metal. Isto irá permitir a detecção precoce e a inspeção por fluência de metal fundido ou pequenos orifícios no revestimento - todos os quais podem contribuir para falhas de revestimento, aumentando desta forma a segurança operacional enquanto se reduz os custos de operação associados com operações de limpeza caras e tempo ocioso de produção potencial.

SUMÁRIO

[0009] De acordo com uma modalidade exemplar, um aparelho configurado para monitorar a integridade de um recipiente protegido por um material refratário é descrito que inclui um primeiro detector de radiação configurado para medir uma temperatura de superfície externa do recipiente; uma primeira fonte de radiação configurada para medir uma espessura do material refratário; e um controlador central configurado para exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

[00010] De acordo com uma modalidade exemplar, um sistema para monitorar a integridade de um recipiente protegido por um material refratário é descrito que inclui um dispositivo termográfico configurado para medir uma temperatura de superfície externa do recipiente; um dispositivo de medição de espessura refratária configurado para medir uma espessura do material refratário; e um controlador central configurado para exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

[00011] De acordo com uma modalidade exemplar, um método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada interna de um material refratário é descrito que inclui as etapas de prover um primeiro detector de radiação configurado para medir uma temperatura de superfície externa do recipiente; prover uma primeira fonte de radiação configurada para medir uma espessura do material refratário; e prover um controlador central configurado para exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00012] Os desenhos anexos (que não estão desenhados em escala), os quais são incorporados e constituem uma parte da especificação, ilustram uma ou mais modalidades e, junto com a descrição, explicam estas modalidades. Nos desenhos: A FIG. 1 ilustra um recipiente configurado para manter materiais em temperaturas elevadas; A FIG. 2 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho ou sistema configurado para monitorar a integridade do recipiente da FIG. 1 de acordo com uma modalidade exemplar do assunto descrito; A FIG. 3 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho ou sistema configurado para monitorar a integridade do recipiente da FIG. 1 de acordo com outra modalidade exemplar do assunto descrito; A FIG. 4 ilustra um perfil de espessura de revestimento simulado e um perfil de temperatura de superfície externa simulado de acordo com uma modalidade exemplar; A FIG. 5 ilustra uma porção exemplar de um perfil de espessura de revestimento simulado e um perfil de temperatura de superfície externa simulado de acordo com uma modalidade exemplar; A FIG. 6 ilustra um fluxograma de um método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada refratária protetora; A FIG. 7 ilustra um fluxograma de um método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada refratária protetora; e A FIG. 8 é um diagrama esquemático de um dispositivo de controle de um sistema ou aparelho configurado para identificar localizações de falhas potenciais em um vaso adaptado para manter materiais em temperaturas elevadas de acordo com uma modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00013] A seguinte descrição das modalidades exemplares se refere aos desenhos anexos. Os mesmos números de referência em diferentes desenhos identificam os mesmos elementos ou elementos similares. A seguinte descrição detalhada não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas. As seguintes modalidades são discutidas, para simplicidade, com relação à terminologia e a estrutura dos aparelhos, sistemas, ou métodos capazes de detectar localizações de falhas potenciais em um recipiente tendo um material de revestimento para proteger o mesmo contra temperaturas elevadas em uma aplicação de fabricação de aço. No entanto, as modalidades a serem discutidas a seguir não estão limitadas a estes conjuntos, mas podem ser aplicadas a outros recipientes tendo um material de revestimento exposto a uma temperatura elevada se comparado ao ponto de fusão do material do qual o recipiente é feito, o qual a integridade de revestimento precisa ser determinada de maneira a evitar falhas inesperadas.

[00014] Referência através da especificação a “uma modalidade” ou “a modalidade” quer dizer que uma funcionalidade particular, estrutura particular, ou característica particular descrita em conjunto com uma modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade do assunto descrito. Assim, a aparência das frases “em uma modalidade” ou “na modalidade” em vários locais através da especificação não está se referindo necessariamente à mesma modalidade. Adicionalmente, as funcionalidades particulares, estruturas particulares ou características particulares podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais modalidades.

[00015] A FIG. 1 ilustra um recipiente 2 configurado para manter materiais em temperaturas elevadas. Como usado aqui, o termo “recipiente” ou “vaso” é usado intercambiavelmente e vastamente, incluindo referência a todos os tipos de vasos ou recipientes metálicos ou não metálicos de vários tamanhos e formas projetados para manter materiais em temperaturas elevadas que podem estar abaixo do, no ou acima do ponto de fusão do vaso material. Exemplos de tais recipientes ou vasos são aqueles usados nas aplicações tais como, mas não limitados a, processos de gaseificação na produção de energia e química, Fomos de arco elétrico (EAF), Fomos de oxigênio básicos (BOF), panelas, fomos altos, desgaseifícadores, e Fomos de descarburização de oxigênio argônio (AOD) na fabricação de rodas. Em adição, como foi usado aqui, o termo materiais em temperatura elevada é usado para significar materiais configurados para serem dispostos dentro destes recipientes tendo temperaturas altas o suficiente para causar danos ao recipiente uma vez que o mesmo é exposto a ele quando a integridade dos materiais refratários que cobrem pelo menos uma porção de uma superfície do recipiente é de alguma forma comprometida de forma a expor o recipiente aos materiais nas temperaturas elevadas. Como foi mostrado, o recipiente 2 possui um casco 4, uma camada interna de material refratário 6, e uma abertura 8. A linha pontilhada 7 na FIG. 1 ilustra a camada original de material refratário 6 antes de o recipiente ser colocado em uso. De maneira a explicar melhor o assunto sendo descrito, o recipiente 2 foi ilustrado com duas áreas nas quais o desgaste local e o rompimento a partir do uso danificaram o material refratário 6, como é adicionalmente explicado abaixo.

[00016] Uma primeira área 10 ilustra uma localização onde um orifício tendo uma pequena abertura 12 se desenvolveu no material refratário 6. Como entendido por um perito nas técnicas aplicáveis, a primeira área 10 também pode ser ilustrativa de uma área no material refratário 6 onde o afinamento se desenvolveu, isto é, uma área onde, quando em uso, aço fundido entra naturalmente em pequenas lacunas (por exemplo, pequenas aberturas com uma dimensão característica de aproximadamente, por exemplo, 1 a 5 mm) que se desenvolvem entre os tijolos em um vaso revestido por refratário. Uma segunda área 14 também é ilustrada na FIG. 1 na qual uma peça do material refratário 6 foi removida pelo uso e acúmulo de escória 16 no interior do recipiente 2 encheu o vazio deixado pelo material refratário que foi removido. Uma das funcionalidades vantajosas do assunto descrito é uma habilidade melhorada de melhor identificar áreas 10 e 14 por uma combinação de espessura de revestimento e medições de temperatura de superfície externa, como será adicionalmente explicado abaixo. Será entendido que as áreas 10 e 14 foram mostradas como exemplos de problemas que podem se desenvolver durante o uso do recipiente 2 e de modo algum limitam o escopo do assunto sendo descrito. O que significa dizer que, os peritos nas técnicas aplicáveis irão entender que podem existir outros tipos de defeitos que podem ser detectados pelo assunto descrito, desta forma, o mencionamento das áreas exemplares 10 e 14 não deve de modo algum limitar o escopo do assunto descrito.

[00017] A FIG. 2 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho (ou sistema) 20 configurado para monitorar a integridade do recipiente 2 da FIG. 1 de acordo com uma modalidade exemplar do assunto descrito. Como foi mostrado, o aparelho 20 inclui um sistema termográfico ou aparelho 21 para monitorar a temperatura de superfície externa do recipiente 2 e um sistema ou aparelho de medição de espessura refratária 25 configurado para monitorar a espessura do material refratário 6 dentro do recipiente 2. O sistema termográfico 21 inclui um primeiro detector de radiação 22 e um primeiro controlador 24 associado com o mesmo. O sistema de medição de espessura refratária 25 inclui uma primeira fonte de radiação 26 e um segundo controlador 28 associado com o mesmo. Como também é mostrado na modalidade exemplar da FIG. 2, ambos o sistema termográfico 21 e o sistema de medição de espessura refratária 25 estão em comunicação com um controlador central 30. Na FIG. 2, o primeiro detector de radiação 22 é mostrado conectado ao primeiro controlador 24 pelo uso de um cabo 32. De maneira similar, a primeira fonte de radiação 26 é mostrada conectada ao segundo controlador 28 por um cabo 34; e o primeiro e o segundo controladores 24 e 28 são mostrados conectados ao controlador central 30 pelos cabos 36 e 38, respectivamente. No entanto, os peritos irão entender que estas conexões podem ser sem fios em outras modalidades e os controladores 24 e 26 podem ser providos de maneira individual como ilustrado ou combinado em um único dispositivo com o controlador central 30 ou alojado no mesmo. Ou seja, a interconexão e/ou a disposição dos dispositivos ilustrados na FIG. 2 não limitam o escopo do assunto sendo descrito, mas é provida como uma ilustração de modalidades do mesmo. Em adição, o número de detectores e fontes de radiação não está limitado a um único de cada. Por exemplo, em uma modalidade, o primeiro detector de radiação 22 inclui uma pluralidade de detectores de infravermelho (IR) (ou câmeras) configurado para medir a temperatura de superfície externa do recipiente 2 por transferência de calor radioativo a partir do recipiente 2 para os detectores externos 22 e a primeira fonte de radiação 26 é uma fonte de luz usada para escanear o interior do recipiente 2 de forma a permitir a medição da espessura do material refratário no mesmo. Em outra modalidade, a primeira fonte de radiação 26 é um escâner de distância ou de alcance configurado para medir a distância a partir da localização do sistema 25 para pontos interiores na superfície do material refratário 6. Em mais uma modalidade, a primeira fonte de radiação 26 pode ser uma tendo um espectro de comprimento de onda selecionado, o dito espectro possivelmente sendo visível ou invisível ao olho nu. Em outras modalidades exemplares, as comunicações entre os controladores notados e/ou outros componentes podem ocorrer através da internet, de ondas de rádio, de micro-ondas, de satélite ou outros meios conhecidos na técnica e as conexões entre os controladores podem ser com fios ou sem fios.

[00018] Em uma modalidade o primeiro detector de radiação ou detectores 22 podem ser instalados no moinho onde o recipiente 2 está localizado, em tomo da panela, para produzir uma imagem composta de todo o sistema de panela. Em outra modalidade o primeiro controlador 24 pode ser um computador pessoal (PC) que lê a saída de câmeras de IR e monta uma imagem composta a partir de imagens individuais juntas se múltiplas câmeras são usadas. Os dados termográficos coletados pelas câmeras de IR podem ser adquiridos enquanto a panela ou o recipiente 2 está pendurado a partir de um guincho. Assim, em tais modalidades, a orientação relativa das câmeras de IR e da panela pode ser nominalmente constante a partir de medição para medição. O pós-processamento da imagem composta dos dados termográficos em tais modalidades pode produzir um perfil de temperatura espacialmente resolvido em coordenadas cilíndricas, as variáveis de coordenada independente sendo Z (distância da aba da panela) e teta (a posição de azimute em tomo da circunferência da panela). R (a distância radial a partir de uma linha central da panela) pode ser redundante já que os dados de IR são obtidos apenas a partir da superfície externa do recipiente. Em algumas modalidades a operação dos sistemas 21 e 25 ocorre concorrentemente, isto é, as medições da temperatura de superfície externas e espessura de revestimento interna são feitas substancialmente simultaneamente durante a mesma parada da operação do vaso e combinadas e exibidas para o usuário para a avaliação do recipiente 2. Em outras modalidades, os sistemas 21 e 25 são operados de maneira separada ou de maneira sequencial durante diferentes paradas da operação do vaso e seus dados combinados posteriormente.

[00019] De acordo com uma modalidade exemplar, uma confígufáção típica que pode ser usada para medir a espessura de revestimento em uma panela usada na indústria do aço é com a panela posicionada em um posto apropriado (neste caso o posto pode ser configurado para girar através de um dado deslocamento angular, por exemplo, 360°) em uma dada distância (por exemplo, aproximadamente 3 a 5 m) na frente do escâner de laser com medições tomadas com a boca da panela inclinada em direção ao escâner. Em outra modalidade, pontos de faixa para o interior da panela são medidos como descrito na Patente dos EUA No. 6.922.252 (aqui a seguir a patente ‘252 a qual é designada para a Cessionária deste documento).

[00020] Em outra modalidade, o sistema de laser 25 pode ser instalado em um posto de posição fixo que é tanto cinemático quanto instrumentado para determinar a posição da panela relativa à cabeça do laser. Como foi entendido pelos peritos, em uma modalidade cinemática, o posto da panela é construído de tal modo que para posicionar a panela na mesma posição a cada momento a mesma é posicionada no posto. Em uma modalidade instrumentada, telémetros de laser de ponto único são usados para medir a posição da panela no posto. Em tais modalidades, a orientação espacial dos dados de laser deve ser conhecida para a incerteza da medição, tipicamente ± 5 mm. Os dados de laser também podem ser dados nas coordenadas cilíndricas, com R representando a espessura de revestimento local em um dado ponto qualquer na panela, como ilustrado posteriormente. Com tanto o laser quanto os dados de escâner de IR na mesma representação de coordenadas, o controlador central 30 combina uma imagem que representa a temperatura de superfície externa do recipiente 2 (por exemplo, usando uma imagem composta colorida falsa do escâner de IR em uma modalidade) com uma representação numérica da espessura de revestimento local em uma densidade de grade apropriada de forma a preservar a clareza dos dados de espessura numéricos. Como explicado adicionalmente abaixo, vários algoritmos são contemplados para produzir tal combinação de medições interna e externa de uma maneira eficiente de forma a permitir que o usuário determine de maneira rápida e precisa onde inconsistências nas medições de espessura e de temperatura existem de forma a permitir uma capacidade melhorada para detectar falhas de recipiente potenciais. Uma das funcionalidades vantajosas do assunto descrito aqui é o fato de que a informação de escâner de IR qualitativa e os dados de espessura de revestimento qualitativos eliminam, ou substancialmente reduzem as limitações de cada operação de medição de maneira independente. O afínamento do revestimento geral e a análise da taxa de desgaste podem ser completados com os dados de espessura de revestimento a partir do escâner de laser. O afínamento é observado facilmente em áreas onde a espessura de revestimento permanece aceitavelmente alta, mas altas temperaturas de casco de panela externa são notadas. A confirmação dos revestimentos finos, independente do acúmulo de escória, podem ser observadas em regiões onde o escâner de laser sugere espessura reduzida do revestimento e o escâner de IR mostra temperatura de superfície elevada.

[00021] Assim, uma das funcionalidades vantajosas do assunto descrito é a combinação dos dados de espessura de revestimento obtidos a partir da varredura de laser da panela interior com medições termográficas de IR da superfície exterior do casco da panela. Os peritos na técnica irão entender que a correlação da espessura refratária interna com a temperatura externa irá auxiliar na verificação de medições de espessura interna. Quando combinada como proposto aqui as medições irão se complementar, isto é, as limitações de uma compensam as capacidades da outra. Um escâner de laser difícil em detectar falhas potenciais devido ao afínamento podem ser complementadas com um escâner termográfico capaz de detectar aumento incipiente na temperatura do casco. De maneira recíproca, os sistemas de escâner de IR sentem falta de informação quantitativa que descreve a espessura de revestimento que é produzida nos dados do escâner de laser. No entanto, através da combinação dos dados de ambos os sistemas, uma ferramenta de análise de panela compreensiva é criada que provê proteção contra o rompimento, bem como informação quantitativa que caracteriza taxas de desgaste e espessura de revestimento local. Tais sistemas podem ser operados de maneira simultânea ou de maneira sequencial. Em adição, inconsistências nos dados, por exemplo áreas que mostram alta temperatura e alta espessura de revestimento, podem ser rapidamente e eficientemente detectadas e inesperadas adicionalmente para a fluência de metal fundido ou pequenos orifícios no revestimento - todos os quais podem contribuir para a falha do revestimento. Desta forma, o assunto descrito melhora a segurança operacional. Além disso, a detecção melhorada de falha de panela iminente leva a economias de custo significativas evitando a perda de valor do produto adicionado, operações de limpeza custosas, e tempo ocioso de produção potencial. Em adição, a natureza automatizada da implementação permite que o sistema adquira e apresente dados para o usuário de maneira rápida, através de uma interface simplificada.

[00022] Além disso, a apresentação combinada produz uma correlação imediata entre pontos quentes e redução local na espessura de revestimento. Áreas que mostram revestimento mais grosso, mas altas temperaturas de casco podem ser investigadas imediatamente tanto para o acúmulo de escória quanto para o afinamento, ou pequenos orifícios/tijolos faltando na panela que não foram detectados pela varredura de laser. Áreas que mostram baixa temperatura mas revestimento fino provavelmente não são afetados pelo afinamento, mas devem ser endereçados com base na vida de revestimento limitado que permanece sozinha.

[00023] A FIG. 3 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho 40 configurado para monitorar a integridade do recipiente 2 da FIG. 1 de acordo com outra modalidade exemplar do assunto descrito. Nesta modalidade exemplar, cinco câmeras de IR 42A a 42E (câmeras 42D e 42E não são mostradas para a simplicidade). Quatro das câmeras (42B a 42E) são usadas para monitorar a superfície externa do recipiente 2 em quatro quadrantes da parede lateral do recipiente e outra câmera (42A) monitora o fundo do recipiente. A medição de espessura de revestimento refratário é feita nesta modalidade pelo uso de um carrinho móvel 44 que inclui um sistema de rastreamento 46 e um sistema de contorno 48 montado no mesmo como descrito na patente ‘252. No entanto, deve ser notado que o assunto descrito aqui deve estar limitado de qualquer modo pelo uso do carrinho móvel 44 e/ou as cinco câmeras de IR 42A a 42E. Diferentes configurações da invenção são possíveis que irão levar em conta a disponibilidade de espaço e requisitos particulares de uma dada aplicação. Por exemplo, dispositivos de medição de laser de posição fixos também podem ser usados para medição de panela. Estes dispositivos podem ser posicionados acima de um carro de transferência, ou adjacente a uma estação de manutenção de portal de deslizamento em outras modalidades. Arranjos da presente invenção, tais como marcas referência configuradas para auxiliar no posicionamento do carrinho móvel 44 (não mostrado na FIG. 3) podem ser ancorados ao piso, colunas de construção, ou na área de capô também são possíveis. Em ambas as modalidades de posição móvel ou fixa, o laser pode ser posicionado tão próximo da boca do vaso quanto for possível de forma a maximizar o campo de visão.

[00024] Como foi entendido pelos peritos na técnica, modalidades que utilizam um escâner móvel podem simplificar o processo de adquirir a data de espessura refratária eliminando a necessidade de utilizar pontos de fixação no ou próximo do recipiente de alta temperatura. Em adição, se a medição sistema é móvel e o terreno sobre o qual ela se move é irregular, uma determinação acurada da posição da medição sistema em relação ao recipiente é necessária. No entanto, como foi entendido pelos peritos, o posicionamento dos sensores é dependente da natureza da aplicação e os graus de liberdade na instalação do recipiente e não deve limitar o escopo do assunto para o qual a proteção de patente é pensada. Por exemplo, em modalidades configuradas para caracterizar um BOF, o único grau desconhecido de liberdade pode ser a inclinação do forno. Nas aplicações de panela que utilizam a instrumentação de posição fixa, as medições descritas podem ser automatizadas. Em aplicações de panela, o vaso tipicamente pode ser trazido para o sistema de medição descrito, enquanto que em aplicações de BOF/conversor o sistema de medição descrito pode ser trazido para o vaso. Para aplicações que envolvem panelas, uma das funcionalidades vantajosas de uma particular modalidade pode ser uma operação de botão único, isto é, com a panela na posição de medição, um operador apenas pode precisar pressionar um botão de “medição”, e o sistema irá escanear automaticamente a panela e reportar os resultados. Em outras modalidades, a operação de botão único pode ser implementada para o escâner de IR, apesar de o controle pode ser iniciado tipicamente a partir de uma cabine de guincho.

[00025] Na modalidade ilustrada, um dos componentes do sistema de contorno 48 é um sensor que mede o alcance, isto é, a distância a partir do sistema de contorno até um alvo, e a localização daquele alvo com relação ao sensor de alcance. Em operação, a radiação óptica 50 a partir de uma fonte de radiação óptica no sistema de contorno 48 é emitida para o interior do recipiente e a radiação óptica refletida a parir do interior do recipiente é detectada de volta pelo sistema de contorno. Com base no tempo levado entre a radiação emitida e a radiação refletida para deixar e alcançar o sistema de contorno, respectivamente, e as características da fonte de radiação, a distância entre o sistema de contorno e a superfície do recipiente que fazem com que a radiação refletida seja medida. Sistemas de medição de alcance típicos utilizam um feixe escaneado para gravar rapidamente múltiplas posições e faixas.

[00026] Medições exemplares usando modalidades do assunto descrito são ilustradas nas FIGS. 4 e 5. Como foi entendido pelos peritos nas técnicas aplicáveis, o assunto descrito aqui não está limitado de modo algum pelas escalas de temperatura exemplares representadas nas FIGS. 4 e 5. A FIG. 4 ilustra um perfil de espessura de refratário representada pelos valores quantitativos resolvidos espacialmente que correspondem à espessura local do material refratário tanto como uma função da profundidade de vaso quanto da posição angular. A espessura, reportada tanto em mm quanto em polegadas, é reportada em relação a uma superfície definida no vaso. Esta superfície definida pode ser o casco metálico externo ou interno do vaso, a superfície interno do revestimento de segurança (o tijolo refratário de apoio que normalmente permanece permanentemente instalado no vaso), ou a superfície interno do revestimento de trabalho (o tijolo refratário primário que é substituído durante um reembasamento de vaso normal). As medições de temperatura de superfície também são ilustradas na FIG. 4 pelo uso de linhas de contorno que definem áreas tendo diferentes cores de escala de cinza que representam níveis de temperatura diferentes como mostrado na legenda daquelas figuras. A FIG. 5 ilustra resultados similares mas para uma menor porção do recipiente.

[00027] Como foi mostrado na FIG. 4, existem pelo menos duas regiões (rotuladas 52 na FIG. 4) nas quais a temperatura externa alcançou altos valores; no entanto, as espessuras refratárias do revestimento de trabalho nestas regiões estão na média 49 mm ou assim na região 52 localizada na esquerda e em tomo de 76 mm para a região 52 localizada para a direita. Para este vaso, os valores de espessura de partida do revestimento de trabalho foram de 110 mm e a panela será removida do serviço quando a espessura de revestimento alcança 10 mm. Como foi explicado anteriormente, as duas regiões 52 na FIG. 4 são regiões de exemplo onde o afinamento mais provavelmente ocorreu (por exemplo, a área 10 ilustrada na FIG. 1) e a medição da espessura refratárias não detectaram este problema. Ou seja, o aço fundido a partir de um ciclo de fusão anterior naturalmente entrou nas pequenas lacunas (por exemplo, pequenas aberturas relativas ao diâmetro da fonte de radiação) entre os tijolos de recipiente não detectados pelo sistema de varredura refratário. Desta forma, usando apenas o sistema de varredura para detectar tal problema pode demorar mais até que o afinamento se desenvolva adicionalmente tal que o sistema de varredura pode detectar estas aberturas no material refratário, ou a probabilidade pode ser alta que o sistema de varredura não pode detectar o afmamento. Os resultados da FIG. 5 ilustram medições em uma região do recipiente onde a temperatura de superfície externa é alta e a espessura refratária fina, sugerindo que um orifício no revestimento do vaso existe naquela localização particular (por exemplo, a área 14 ilustrada na FIG. 1).

[00028] De acordo com outra modalidade exemplar, um processo ou método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada interna de um material refratário é descrito como ilustrado no fluxograma mostrado na FIG. 6. Neste processo é intencionado para ser tão completo quanto for possível, é notado que todas as interrupções precisam ser realizadas para monitorar a integridade do recipiente. Em outras palavras, algumas etapas a serem descritas a seguir podem ser opcionais.

[00029] Como foi mostrado na FIG. 6, o método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada interna de um material refratário inclui as etapas de prover um primeiro detector de radiação configurado para medir uma temperatura de superfície externa do recipiente em 62; prover uma primeira fonte de radiação configurada para medir uma espessura do material refratário em 64; e, em 66, prover um controlador central configurado para exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

[00030] De acordo com outra modalidade exemplar, um processo ou método para monitorar a integridade de um recipiente tendo uma camada interna de um material refratário é descrito como ilustrado no fluxograma mostrado na FIG. 7. Como este processo é intencionado a ser tão completo quanto possível, se nota que nem todas as etapas precisam ser realizadas para monitorar a integridade do recipiente. Em outras palavras, algumas etapas a serem descritas a seguir podem ser opcionais. Como foi mostrado na FIG. 7, o método para monitorar a integridade de um recipiente metálico tendo uma camada interna de um material refratário inclui as etapas de medir uma temperatura de superfície externa do recipiente com um primeiro detector de radiação em 72; medir uma espessura do material refratário com uma primeira fonte de radiação em 74; e, em 76, exibir para um usuário a medição da temperatura de superfície externa do recipiente e a medição da espessura do material refratário.

[00031] Finalmente, um exemplo de um dispositivo de controle ou controlador 100 representativos capaz de realizar as operações de acordo com as modalidades exemplares discutidas acima é ilustrado na F1G. 8. Hardware, firmware, software ou uma combinação dos mesmos pode ser usada para realizar as várias etapas e operações descritas aqui. Em vários exemplos do assunto descrito, o controlador central 30, o primeiro controlador 24, e/ou o segundo controlador 28 da F1G. 2 de maneira individual ou em qualquer combinação são parte de um sistema que contém o dispositivo de controle ou controlador 100 na forma de uma estrutura de computação que pode ser usada em conjunto com tal sistema.

[00032] O controlador central exemplar 100 adequado para realizar as atividades descritas nas modalidades exemplares pode incluir um servidor 102, que pode corresponder a qualquer um dos controladores 24, 28, e/ou 30 na FIG. 2. Tal ser vidor 102 pode incluir um processador central (CPU) 104 acoplado a uma memória de acesso aleatório (RAM) 106 e a uma memória apenas de leitura (ROM) 108. A ROM 108 também pode ser de outros tipos de meio de armazenamento para armazenar programas, tais como ROM que pode ser programado (PROM), PROM que pode ser apagado (EPROM), etc. O processador 104 pode se comunicar com outros componentes internos e externos através de circuitos de entrada/saída (I/O) 110 e formação de barramento 112 para prover sinais de controle e semelhantes. O processador 104 realiza uma variedade de funções como é conhecido na técnica, como ditado por instruções de software e/ou de firmware.

[00033] O servidor 102 também pode incluir um ou mais dispositivos de armazenamento de dados, incluindo, por exemplo, drives de disco rígido e de floppy 114, drives de CD-ROM 116, e/ou outro hardware capaz de ler e/ou armazenar informação tal como DVD, etc. Em uma modalidade, software para realizar as etapas discutidas acima pode ser armazenado e distribuído em um CD- ROM 118, disquete 120 ou outra forma de meio capaz de armazenar informação de maneira portátil. Estes meios de armazenamento podem ser inseridos em, e lidos por, dispositivos tais como o drive de CD-ROM 116, o drive de disco 114, etc. O servidor 102 pode ser acoplado a um exibidor 122, que pode ser qualquer tipo de tela de apresentação ou exibição conhecido, tal como exibidores de LCD, exibidor de plasma, tubos de raio de cátodo (CRT), etc. Uma interface de entrada de usuário 124 pode ser provida, incluindo um ou mais mecanismos de interface de usuário tais como um mouse, teclado, microfone, painel de toque, tela de toque, sistema de reconhecimento de voz, etc.

[00034] O servidor 102 pode ser acoplado a outros dispositivos de computação, tais como terminais de telefone fixo e/ou sem fios e aplicações associadas, através de uma rede. O servidor pode ser parte de uma configuração de rede maior como em uma rede de área global (GAN) tal como a Internet 126, que permite a conexão final aos vários dispositivos de cliente móvel e/ou de telefone fixo.

[00035] Na descrição detalhada das modalidades exemplares, vários detalhes específicos são definidos de maneira a prover um entendimento compreensivo da invenção reivindicada. No entanto, um perito na técnica pode entender que várias modalidades podem ser praticadas sem tais detalhes específicos.

[00036] Como também será percebido por um perito na técnica, as modalidades exemplares podem ser incorporadas em um dispositivo de comunicação sem fios, uma rede de telecomunicação, como um método ou em um produto de programa de computador. De maneira apropriada, as modalidades exemplares podem tomar a forma de uma modalidade inteiramente de hardware ou uma modalidade que combina aspectos de hardware e de software. Adicionalmente, as modalidades exemplares podem tomar a forma de um programa de computador armazenado em um meio de armazenamento legível por computador tendo instruções legíveis por computador incorporadas no meio. Qualquer meio legível por computador adequado pode ser usado incluindo discos rígidos, CD-ROMs, disco versátil digital (DVD), dispositivos de armazenamento óptico, ou dispositivos de armazenamento magnético tais como um disco de floppy ou fita magnética. Outros exemplos não limitantes de meios legíveis por computador incluem memórias do tipo de flash ou outros tipos conhecidos de memórias.

[00037] As modalidades exemplares descritas proveem um aparelho, um sistema e um método para identificar potenciais localizações de falha em um recipiente metálico configurado para manter materiais em temperaturas elevadas. Será entendido que esta descrição não está intencionada a limitar a invenção. Pelo contrário, as modalidades exemplares são intencionadas a cobrir as alternativas, modificações e equivalentes, os quais estão incluídos no espírito e escopo da invenção como definida pelas reivindicações anexas.

[00038] Apesar de as funcionalidades e os elementos das presentes modalidades exemplares serem descritos nas modalidades em combinações particulares, cada funcionalidade ou elemento pode ser usada sozinha sem as outras funcionalidades e elementos das modalidades ou em várias combinações com ou sem outras funcionalidades e elementos descritos aqui.

[00039] A descrição escrita utiliza exemplos do assunto descrito para permitir que qualquer perito na técnica pratique a mesma, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo de proteção do assunto da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem aos peritos na técnica. Tais outros exemplos são intencionados para estarem dentro do escopo das reivindicações.

Claims (20)

1. Aparelho (20) configurado para monitorar a integridade de um recipiente (2) protegido por um material refratário (6), o aparelho compreendendo: um sistema termográfico (21) com um primeiro detector de radiação (22), o sistema termográfico (21) sendo configurado para realizar medições de temperatura espacialmente resolvidas de uma superfície externa do recipiente (2); um aparelho de medição de espessura refratária (25) com uma uma primeira fonte de radiação (26), o aparelho de medição de espessura refratária (25) sendo configurado para realizar medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6); e um controlador central (30) configurado para exibir para um usuário as medições de temperatura espacialmente resolvidas de superfície externa do recipiente (2) e as medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6); caracterizadopelo fato de que: um defeito no material refratário (6) é identificado por uma combinação de medições de temperatura espacialmente resolvidas de superfície externa do recipiente (2) e as medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6).

2. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema termográfico (21) compreende um primeiro controlador (24), o primeiro controlador (24) sendo configurado para se comunicar com o controlador central (30).

3. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema termográfico (21) é uma pluralidade de sistemas termográficos, cada um compreendendo um primeiro controlador (24), cada um dos primeiros controladores (24) sendo configurado para se comunicar com o controlador central (30).

4. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as medições de temperatura espacialmente resolvidas de superfície externa do recipiente (2) e as medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6) são feitas substancialmente simultaneamente.

5. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o monitoramento é configurado para ser realizado com o recipiente (2) posicionado de maneira cinemática em um posto, com o recipiente (2) posicionado substancialmente em uma determinada posição antes de realizar as medições de espessura espacialmente resolvidas ou determinando a posição do recipiente (2) no posto antes de realizar as medições de espessura espacialmente resolvidas.

6. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende um segundo controlador (28), e em que o sistema aparelho de medição de espessura refratária (25) e o segundo controlador (28) são dispostos em uma unidade móvel, , o segundo controlador (28) estando em comunicação com o controlador central (30).

7. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema termográfico (21) compreende um primeiro controlador (24), em que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende um segundo controlador (28) e em que o primeiro controlador (24) e o segundo controlador (28) estão em comunicação com o controlador central (30).

8. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que uma formação de aleta em uma localização dentro do recipiente (2) é detectada por uma medição de temperatura localizada de superfície externa do recipiente (2) com um valor de temperatura alto e por uma medição correspondente de espessura localizada do material refratário (6) com um valor de espessura.

9. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que uma fluência de metal fundido ou um pequeno orifício no material refratário (6) em uma localização dentro do recipiente (2) é detectada por uma medição de temperatura localizada de superfície externa do recipiente (2) com um valor de temperatura alto e por uma medição de espessura localizada correspondente do material refratário (6) com um valor de espessura.

10. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) é disposto em um carrinho móvel (44) e compreende ainda um sistema de rastreamento (46) e um sistema de contorno (48) montado no mesmo.

11. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende ainda um sistema de contorno (48) configurado para medir dados de alcance a partir do sistema de contorno (48) para uma superfície interna do material refratário (6).

12. Aparelho (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o recipiente (2) é configurado para ser usado em um processo de gaseificação na produção de energia e/ou química, em um forno de arco elétrico, em um forno de oxigênio básico, em uma panela, em um alto forno, em um desgaseificador, ou em um forno de descarbonização de oxigênio argônio.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (24), o segundo controlador (28) e o controlador central (30) são dispostos em uma única unidade de controle.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende um segundo controlador (28), e em que o sistema de medição de espessura refratária (25) e o segundo controlador (28) são dispostos em um posto de posição fixo; e o segundo controlador (28) está em comunicação com o controlador central (30).

15. Método para monitorar a integridade de um recipiente (2) tendo uma camada interna de um material refratário (6), o método caracterizadopelo fato de que compreende: realizar medições de temperatura espacialmente resolvidas de uma superfície externa do recipiente (2) com um sistema termográfico (21); realizar medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6) com um sistema de medição de espessura refratária (25); e exibir para um usuário, através de um controlador central (30), as medições de temperatura espacialmente resolvidas de superfície externa do recipiente (2) e a medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6); detectar um defeito no material refratário (6) por uma combinação de medições de temperatura espacialmente resolvidas de superfície externa do recipiente (2) e as medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6).

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de detectar compreende adicionalmente: detectar uma formação de aleta em uma localização dentro do recipiente (2) identificando uma medição de temperatura localizada de superfície externa do recipiente (2) com um valor de temperatura alto e uma medição correspondente de espessura localizada do material refratário (6) com um valor de espessura.

17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de detectar compreende adicionalmente: detectar uma fluência de metal fundido ou um pequeno orifício no material refratário (6) em uma localização dentro do recipiente (2) pela identificação de uma medição de temperatura localizada de superfície externa do recipiente (2) com um valor de temperatura alto e uma medição de espessura localizada correspondente do material refratário (6) com um valor de espessura.

18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de realizar medições de espessura espacialmente resolvidas do material refratário (6) compreende ainda: posicionar o recipiente (2) em um posto; e realizar as medições de espessura com o recipiente (2) mantido substancialmente em uma determinada posição; ou determinar a posição do recipiente no posto antes de realizar as medições de espessura.

19. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende um segundo controlador (28) e o sistema de medição de espessura refratária (25) e o segundo controlador (28) são dispostos em um posto de posição fixo.

20. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição de espessura refratária (25) compreende um segundo controlador (28) e o sistema aparelho de medição de espessura refratária (25) e o segundo controlador (28) são dispostos em uma unidade móvel.

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