[发明专利]冶金容器中的裂缝检测和测量

说明书

公开了检测和测量容器内衬中的裂缝的设备、方法和系统。典型的设备包括扫描装置和控制器，扫描装置用于通过测量从扫描装置至内衬材料表面上多个点的距离获得数据点云，控制器用于通过数据点云来拟合多边形网格和最小表面，通过包含延伸越过最小表面超过阈值距离的连接的一组多边形的多边形网格的一部分来检测裂缝。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月18日提交的标题为“冶金容器中的裂缝检测和测量(Crack Detection and Measurement in Metallurgical Vessels)”、序列号为62/026,052的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本文所公开的主题的实施例总体上涉及用于检测并测量冶金容器中的裂缝的设备、方法和系统，更具体而言涉及用于检测并测量冶金容器中的裂缝的装置、过程、机制和技术。

相关领域

设计成保持熔融金属的各种尺寸和形状的冶金容器或冶金器皿广泛用于许多工业应用中。这些应用的实例包括(但不限于)：化工与动力生产中的气化过程，以及钢铁制造中的电弧炉(EAF)、碱性氧气转炉(BOF)、钢包(含铁包)、高炉、真空脱气炉、氩氧脱碳(AOD)炉。如本领域中已知的，这些容器通常内衬有耐火材料，耐火材料以砖块形式安装或者浇铸成整体块，以便保护容器的金属部分免于受到置于其中的高温内容物的损坏；然而，由于通过氧化、腐蚀和机械侵蚀的联合作用导致的耐火材料的正常侵蚀和破裂，与熔融金属接触的耐火表面的某些部分在工艺中损耗，从而要求频繁检查以通过进行早期局部修复确保延续使用，以便避免可能的灾难性故障以及对整个容器的耐火内衬不必要的或过早的翻新。

图1示出了包括壳体4、耐火材料的内衬6和开口8的常规冶金容器2。图1中的虚线7示出了容器投入使用前初始的耐火材料层。线7和线6之间的区别在于配置哪种现有系统进行检测以便操作员决定何时将容器停止运行进行修复。产生潜在危险的具体侵蚀模型是耐火材料6中的裂缝。裂缝使得熔融金属能够流动至更靠近容器的外部钢质壳体4，从而增加熔化壳体4的可能性。熔化壳体4通常被称作“漏钢(breakout)”，并且被有些人认为是能够引起重大损害和/或伤害的灾难性故障模式。

最初对冶金容器中耐火厚度的特性描述由有经验的操作员通过视觉完成。鉴于不利的环境和所需的较长停机时间，随着自动化系统的出现，那种方法很快被放弃。如本领域普通技术人员所理解的，已知传统的自动化过程用于测量局部厚度，即，耐火材料的内层6和容器壳体4之间的局部距离。广泛使用的测量冶金容器的所剩内衬厚度的常规方法是激光扫描。

图2示出了常规的激光扫描耐火内衬厚度测量系统10，该系统包括移动推车12、安装在其上的激光扫描系统16，以及位于移动推车12中的相关联的硬件和软件。当用于冶金容器中时激光扫描系统10的目标之一在于精确测量内衬厚度以允许容器保持尽可能长时间的使用，并且指示需要维修的区域。典型的激光扫描系统14包括激光器、扫描器、光学器件、光电探测器和接收器电子器件(未示出)。

这种激光器配置成在目标表面上发射快速的激光脉冲，一些高达500,000脉冲/秒。仪器上的传感器通过图2中给定的视野16测量每个脉冲从目标表面反弹回到扫描器所花费的时间。光以恒定的已知速度移动，使得激光扫描系统14能够以高精度计算其自身和目标之间的距离。通过快速连续的重复此过程，仪器建立其正在测量的表面的复杂“地图”。通过计算和/或比较耐火材料6内表面的所测量范围地图之间的变化和相同表面的参考测量值，可导致壳体4故障的可能变化检测和评估变化。单次测量可以在20至30秒内进行。能够在短时间(例如，小于10分钟)内完成由例如4到6次测量和大于2,000,000个数据点构成的容器内部的整个地图。激光扫描产生一个大的数据点集合，有时称作数据点云。