本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，并且更特別地，屬于冶金爐內(nèi)部的耐火材料領(lǐng)域。本發(fā)明涉及用于估計(jì)冶金爐例如高爐中的耐火材料的厚度和磨損狀態(tài)兩者的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)

2、高爐通常包括金屬板外層，優(yōu)選地為鋼板外層，以及均由耐火材料制成的內(nèi)層和中間搗打?qū)印＿@種耐火材料使得能夠?qū)ν鈱舆M(jìn)行良好隔熱并且形成高爐的耐火壁。

3、然而，由于高爐可能經(jīng)受非常高的溫度——超過1500攝氏度，并且由于熔融金屬是通過涉及超過1000種氣體和材料的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，因此耐火材料受到高的化學(xué)應(yīng)力和熱應(yīng)力，導(dǎo)致該耐火材料逐漸劣化并且厚度減小。因此，如果耐火材料下降到臨界厚度，這可能導(dǎo)致高爐的嚴(yán)重功能障礙，通常導(dǎo)致嚴(yán)重事故。

4、已知無損檢測技術(shù)用來估計(jì)高爐中的耐火材料的厚度，無損檢測技術(shù)被稱為沖擊回波法。

5、然而，那些已知技術(shù)不夠準(zhǔn)確，并且也沒有估計(jì)多層材料如高爐中的耐火材料的厚度和磨損狀態(tài)。例如，當(dāng)承受高的化學(xué)應(yīng)力和熱應(yīng)力時(shí)，在耐火材料內(nèi)可能出現(xiàn)弱化層，尤其是在該耐火材料由碳制成的情況下。沖擊回波技術(shù)不夠準(zhǔn)確，無法精確地確定這種弱化層——通常被稱為脆性層——的位置和厚度。此外，沖擊回波技術(shù)不能檢測搗打?qū)又械膿v打間隙。

6、發(fā)明目的

7、因此，本發(fā)明的目的是通過提供用于估計(jì)高爐中的耐火材料的厚度和磨損狀態(tài)兩者的系統(tǒng)和無損方法來彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此目的，本發(fā)明的第一主題包括用于估計(jì)冶金爐中的耐火材料(1)的厚度和磨損狀態(tài)兩者的系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括：

2、·沖擊波生成裝置，該沖擊波生成裝置被配置成生成至少一個(gè)沖擊波，該至少一個(gè)沖擊波傳播到耐火材料中，

3、·沖擊波傳感器，該沖擊波傳感器被配置成感測反射到耐火材料中的至少一個(gè)沖擊波，

4、·處理裝置，該處理裝置包括模擬頻域數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，該模擬頻域數(shù)據(jù)被稱為模擬頻譜、表示反射在已知狀態(tài)和厚度的模擬耐火材料中的模擬沖擊波，每個(gè)模擬頻譜與已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)兩者的所考慮的模擬耐火材料相關(guān)，其中，該處理裝置被配置成：

5、○將反射的沖擊波記錄為時(shí)域信號(hào)，并且將該時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，所述頻域數(shù)據(jù)被稱為實(shí)驗(yàn)頻譜，以及

6、○將實(shí)驗(yàn)頻譜與來自數(shù)據(jù)庫的多個(gè)模擬頻譜進(jìn)行比較，以確定與實(shí)驗(yàn)頻譜最佳擬合的模擬頻譜并且使用與最佳擬合模擬頻譜相關(guān)的已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)來估計(jì)爐中的耐火材料的厚度和狀態(tài)。

7、該系統(tǒng)還可以具有單獨(dú)地考慮或組合地考慮到的下面列出的可選特征：

8、-處理裝置被配置成順序地進(jìn)行下述：

9、i.確定頻域數(shù)據(jù)中諧振頻率峰的位置；

10、ii.利用諧振頻率峰從數(shù)據(jù)庫中過濾模擬頻譜，并且選擇包括該諧振頻率峰的減少的相應(yīng)一組模擬頻譜，以及

11、iii.從該減少的相應(yīng)一組中確定唯一的模擬頻譜，該唯一的模擬頻譜的諧振頻率峰在高度上與實(shí)驗(yàn)頻譜的諧振頻率峰最接近，該唯一的模擬頻譜是最佳擬合模擬頻譜。

12、-沖擊波生成裝置包括器械錘，該器械錘被配置成錘擊冶金爐的壁，以至少生成聲學(xué)沖擊波，所述聲學(xué)沖擊波傳播并反射到耐火材料中。

13、-沖擊波傳感器至少包括加速度計(jì)，該加速度計(jì)被配置成測量由所生成的沖擊波的反射導(dǎo)致的耐火材料的機(jī)械反應(yīng)。

14、本發(fā)明的第二主題包括用于使用如上所述的系統(tǒng)來估計(jì)冶金爐中的耐火材料的厚度和磨損狀態(tài)兩者的方法，該方法至少包括以下步驟：

15、i.至少生成沖擊波，所述沖擊波傳播到耐火材料中；

16、ii.至少感測反射到該耐火材料中的沖擊波；

17、iii.將所反射的沖擊波記錄為時(shí)域信號(hào)；

18、iv.將該時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，所述頻域數(shù)據(jù)被稱為實(shí)驗(yàn)頻譜；

19、v.將該實(shí)驗(yàn)頻譜與來自數(shù)據(jù)庫的至少多個(gè)模擬頻譜進(jìn)行比較，每個(gè)模擬頻譜與已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)兩者的所考慮的耐火材料相關(guān)；

20、vi.確定與該實(shí)驗(yàn)頻譜最佳擬合的模擬頻譜，以及

21、vii.使用與該最佳擬合模擬頻譜相關(guān)的已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)來估計(jì)爐中的耐火材料的厚度和狀態(tài)。

22、該方法還可以具有單獨(dú)地考慮或組合地考慮到的下面列出的可選特征：

23、-步驟v和步驟vi通過順序地進(jìn)行下述來實(shí)施：

24、a.確定實(shí)驗(yàn)頻譜中諧振頻率峰的位置；

25、b.利用檢測到的諧振頻率峰從數(shù)據(jù)庫中過濾模擬頻譜，并且選擇包括該諧振頻率峰的減少的相應(yīng)一組模擬頻譜，以及

26、c.從減少的相應(yīng)一組中確定唯一的模擬頻譜，該唯一的模擬頻譜的諧振頻率峰在高度上與實(shí)驗(yàn)頻譜的諧振頻率峰最接近，該唯一的模擬頻譜是最佳擬合模擬頻譜。

27、-步驟vii通過至少下述來實(shí)施：估計(jì)耐火材料的總厚度以及至少其中該耐火材料被異常弱化的層的位置和厚度，該層被稱為脆性層。

28、-生成多個(gè)沖擊波，對(duì)多個(gè)反射沖擊波進(jìn)行感測并且將所述多個(gè)反射沖擊波記錄為時(shí)域信號(hào)，并且將所述時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。

29、-確定實(shí)驗(yàn)頻譜中諧振頻率峰的位置遵循以下步驟來實(shí)施：

30、a.對(duì)實(shí)驗(yàn)頻譜進(jìn)行算術(shù)平均并且選擇第一組代表性峰；

31、b.對(duì)實(shí)驗(yàn)頻譜進(jìn)行幾何平均并且選擇第二組代表性峰，以及

32、c.選擇在第一組和第二組兩者中都被選擇的最終一組峰，該最終一組峰是諧振頻率峰。

33、-在第一組峰的寬度大于包括在十赫茲與二十赫茲之間的閾值的情況下選擇該第一組峰。

34、-利用使用至少數(shù)值色散曲線模型檢測到的諧振頻率峰來過濾來自數(shù)據(jù)庫的模擬頻譜，以確定模擬沖擊波的傳播模式，以利用檢測到的該諧振頻率峰對(duì)所述傳播模式進(jìn)行過濾，并且選擇減少的相應(yīng)一組模擬頻譜。

35、-使用至少數(shù)值瞬態(tài)模型從減少的相應(yīng)一組中確定唯一的模擬頻譜。

36、-通過實(shí)施以下步驟中的至少一個(gè)步驟，來選擇減少的相應(yīng)一組中的頻譜，然后將該頻譜與實(shí)驗(yàn)頻譜進(jìn)行比較：

37、·進(jìn)行模擬頻譜與實(shí)驗(yàn)頻譜之間的直接差異；

38、·比較該模擬頻譜的整體形狀與該實(shí)驗(yàn)頻譜的整體形狀；

39、·確定該模擬頻譜和該實(shí)驗(yàn)頻譜各自的最大高度峰位置之間的差異；

40、·進(jìn)行該模擬頻譜與該實(shí)驗(yàn)頻譜之間的互相關(guān)。

技術(shù)特征：

1.一種用于估計(jì)冶金爐(12)中的耐火材料(1)的厚度和磨損狀態(tài)兩者的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)至少包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理裝置被配置成順序地進(jìn)行下述：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述沖擊波生成裝置包括器械錘，所述器械錘被配置成錘擊所述冶金爐的壁(11)，以至少生成聲學(xué)沖擊波，所述聲學(xué)沖擊波傳播并反射到所述耐火材料(1)中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述沖擊波傳感器至少包括加速度計(jì)，所述加速度計(jì)被配置成測量由所生成的沖擊波的反射導(dǎo)致的所述耐火材料(1)的機(jī)械反應(yīng)。

5.一種用于使用根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)來估計(jì)冶金爐(12)中的耐火材料(1)的厚度和磨損狀態(tài)兩者的方法，所述方法至少包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，步驟v和步驟vi通過順序地進(jìn)行下述來實(shí)施：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟vii通過至少下述來實(shí)施：估計(jì)所述耐火材料(1)的總厚度(l)以及至少其中所述耐火材料被異常弱化的層的位置和厚度(l2)，所述層被稱為脆性層(5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，生成多個(gè)沖擊波，對(duì)多個(gè)反射沖擊波進(jìn)行感測并且將所述多個(gè)反射沖擊波記錄為時(shí)域信號(hào)，并且將所述時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。

9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的方法，其中，確定所述實(shí)驗(yàn)頻譜中諧振頻率峰(9)的位置遵循以下步驟來實(shí)施：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述第一組峰的寬度大于包括在十赫茲與二十赫茲之間的閾值的情況下選擇所述第一組峰。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明主要涉及用于估計(jì)冶金爐中的耐火材料的厚度和磨損狀態(tài)兩者的系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括：處理裝置，該處理裝置包括模擬頻域數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，該模擬頻域數(shù)據(jù)被稱為模擬頻譜、表示反射在已知狀態(tài)和厚度的模擬耐火材料中的模擬沖擊波，每個(gè)模擬頻譜與已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)兩者的所考慮的模擬耐火材料相關(guān)，其中，該處理裝置被配置成將反射的沖擊波記錄為時(shí)域信號(hào)，并且將該時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，所述頻域數(shù)據(jù)被稱為實(shí)驗(yàn)頻譜，并且該處理裝置還被配置成將實(shí)驗(yàn)頻譜與來自數(shù)據(jù)庫的至少多個(gè)模擬頻譜進(jìn)行比較，以確定與實(shí)驗(yàn)頻譜最佳擬合的模擬頻譜并且使用與最佳擬合模擬頻譜相關(guān)的已知狀態(tài)和厚度數(shù)據(jù)來估計(jì)爐中的耐火材料的厚度和狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：巴勃羅·戈麥斯加西亞,何塞·保利諾·費(fèi)爾南德斯阿爾瓦雷斯,伊格納西奧·巴奎特岡薩雷斯,何塞·托馬斯·西馬羅,伊格納西奧·埃雷羅布蘭科,埃諾·費(fèi)爾南德斯迭格斯,卡洛斯·雅維耶·蘇亞雷斯拉扎爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安賽樂米塔爾公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19