BR122019000064B1

BR122019000064B1 - método e aparelho de medição de espessura de refratários

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Publication number: BR122019000064B1
Application number: BR122019000064A
Authority: BR
Inventors: Yamanaka Hironobu; Nakamura Hitoshi; Kawashima Ryouji; Uehara Takuo
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2020-01-14
Also published as: JP2009162652A; CN101910786A; BRPI0906943B1; KR20100100948A; BRPI0906943A2; JP4392449B2; KR101205594B1; CN101910786B; WO2009088091A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um método de medição de espessura de refratário incluindo: irradiação de um material de tubo com radiação; detecção da radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através do refratário que reveste o material de tubo; detecção da temperatura de superfície em uma posição de irradiação na superfície do material de tubo na qual o material de tubo tenha sido irradiado com a radiação e uma temperatura de superfície na posição de detecção na superfície do material de tubo na qual a radiação atenuada tenha sido detectada; cálculo da intensidade da radiação atenuada através do refratário pela subtração da intensidade da radiação atenuada através do material de tubo da radiação atenuada detectada; cálculo da espessura do refratário a partir da intensidade de radiação atenuada através do refratário; e cálculo, a partir da espessura do refratário, da espessura do refratário no lado de irradiação da radiação e da espessura do refratário no lado de detecção da radiação pelo uso da temperatura de superfície da posição de irradiação e da temperatura de superfície da posição de detecção.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E APARELHO DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA DE REFRATÁRIOS.

[001] Dividido do PI0906943-7, de 06.01.2009.

CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção refere-se a um método de medição da espessura de um refratário e um aparelho para isso, e é particular para um método e para um aparelho para medição, usando radiação, da espessura de um refratário em um lado de irradiação de radiação e a espessura de um refratário em um lado de detecção de radiação. ANTECEDENTES DA TÉCNICA [003] Uma chaminé de um forno de sinterização ou de coque, etc., ou de alto forno, aparelho de forno de ar quente, etc., em uma usina siderúrgica tem um revestimento refratário no lado interno de sua carcaça, porque o forno e o aparelho são expostos a uma atmosfera de temperatura extremamente alta para produzir ferro gusa a partir de minério de ferro. Uma vez que o alto forno opera continuamente sem mesmo uma parada desde que é colocado em operação, o interior do forno não pode ser inspecionado diretamente para delaminação do refratário, e portanto a inspeção é feita por testagem não destrutiva usando, por exemplo, radiação de fora do forno.

[004] É, portanto, importante detectar exatamente quaisquer imperfeições no revestimento refratário do material de tubo pela testagem não destrutiva e reparar tais imperfeições para evitar a ocorrência de um acidente e estender a vida útil do forno.

[005] Como um método para cálculo, usando-se radiação, a espessura reduzida do material de tubo e a espessura de uma substância a ele aderida, é descrito um método no qual são usados pelo menos dois tipos de fontes de radiação tendo diferentes razões de absorção para o material de tubo e a substância aderida, em que a mesma

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2/24 porção do tubo é irradiada com a radiação, a intensidade da radiação transmitida é medida, e a espessura do tubo e a espessura da substância aderida são calculadas a partir das quantidades de atenuação da radiação (Publicação de Patente Japonesa Não Examinada N° S63210707).

[006] Além disso, como método para calcular a espessura do refratário no material de tubo usando-se múons de raios cósmicos, é descrito um método no qual a espessura do refratário a partir da quantidade de atenuação dos raios cósmicos é calculada (Publicação de Patente Japonesa Não Examinada N° H08-261741).

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [007] A atenuação da radiação ou dos raios cósmicos usados para a medição ocorre através da carcaça e do refratário tanto nos seus lados de irradiação quanto nos de detecção, mas os métodos propostos tiveram o problema de que a espessura do refratário no lado de irradiação e a espessura do refratário no lado de detecção não podem ser discriminadas entre si.

[008] Em vista do problema acima, é um objetivo da presente invenção calcular a espessura do refratário no lado da irradiação e a espessura do refratário no lado da detecção, respectivamente, transmitindo-se a radiação através do refratário para o interior do material de tubo.

[009] Para resolver o problema acima, é usado um método de medição de espessura do refratário compreendendo: irradiar um material de tubo com radiação; detectar a radiação atenuada que foi atenuada pela transmissão através do material de tubo e através de um refratário que reveste o material de tubo; detectar a temperatura de superfície a uma posição de irradiação na superfície do material de tubo na qual o material de tubo tenha sido irradiado com a radiação e a temperatura da superfície em uma posição de detecção na superfície

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3/24 do material de tubo em que a radiação atenuada tenha sido detectada; calcular a intensidade da radiação atenuada através do refratário pela subtração da intensidade de radiação atenuada através do material de tubo da intensidade de radiação atenuada detectada; calcular a espessura do refratário a partir da intensidade de radiação atenuada através do refratário; e calcular, da espessura do refratário, a espessura do refratário em um lado de irradiação de radiação e a espessura do refratário em um lado de detecção de radiação usando-se a temperatura da superfície da posição de irradiação e a temperatura da superfície da posição de detecção.

[0010] A intensidade da radiação atenuada através do material de tubo é calculada com base na espessura do material de tubo detectada por uma medição ultrassônica.

[0011] A posição de irradiação de radiação e a posição de detecção da radiação atenuada fiquem no mesmo plano horizontal.

[0012] Para resolver o problema acima, é usado um método de medição da espessura do refratário compreendendo: irradiar um material de tubo com radiação; detectar inicialmente a radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através de um refratário que reveste o material de tubo; mudar a posição de irradiação na qual o material de tubo deve ser irradiado com a radiação ou a posição de detecção na qual a radiação deve ser detectada; irradiar o material de tubo com a radiação; detectar a segunda radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através do refratário que reveste o material de tubo; e identificar uma porção anormal na espessura do refratário pela comparação da intensidade transmitida ou atenuada da primeira radiação atenuada com a intensidade transmitida ou atenuada da segunda radiação atenuada.

[0013] Para resolver o problema acima, é usado um aparelho de

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4/24 medição de espessura compreendendo: uma unidade de irradiação de radiação que irradia um material de tubo com radiação; uma unidade de detecção de radiação que detecta a radiação atenuada pela transmissão através do material de tubo e através de um refratário que reveste o material de tubo; uma unidade de detecção de temperatura que detecta a temperatura da superfície em uma posição de irradiação em uma superfície do material de tubo na qual o material de tubo foi irradiado com a radiação e a temperatura da superfície em uma posição de detecção em uma superfície do material de tubo na qual a radiação atenuada tenha sido detectada; e uma unidade de processamento que calcula a espessura do material de tubo e do refratário a partir da intensidade de radiação atenuada, calcula a espessura do refratário pela subtração da espessura do material de tubo da espessura calculada do material de tubo e do refratário, e calcula, a partir da espessura do refratário, a espessura do refratário no lado da irradiação de radiação e a espessura do refratário em um lado de irradiação de radiação e a espessura do refratário em um lado de detecção de radiação usando-se a temperatura da superfície da posição de irradiação e a temperatura da superfície da posição de detecção.

[0014] A intensidade da radiação atenuada através do material de tubo é calculada com base na espessura do material de tubo detectada pela medição ultrassônica.

[0015] A unidade de irradiação da radiação e a unidade de detecção da radiação estão localizadas no mesmo plano horizontal.

[0016] Para resolver o problema acima, é usado um aparelho de medição de espessura do refratário compreendendo: uma unidade de irradiação de radiação que irradia um material de tubo com radiação; uma unidade de detecção de radiação que detecta inicialmente a radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através de um refratário que reveste o material de

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5/24 tubo, e que detecta a segunda radiação atenuada pela mudança da posição da superfície de irradiação na qual o material de tubo deve ser irradiado com a radiação ou da posição da superfície de detecção na qual a radiação atenuada deve ser detectada; e a unidade de identificação que identifica um uma porção anormal na espessura do refratário pela comparação das intensidade transmitida ou atenuada da primeira radiação atenuada com a intensidade transmitida ou atenuada da segunda radiação atenuada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0017] A presente invenção será descrita abaixo em relação aos desenhos anexos, em que:

[0018] A Figura 1 é uma vista plana de topo ilustrando um exemplo de um aparelho de medição de espessura de refratários;

[0019] A Figura 2 é uma vista lateral ilustrando um exemplo do aparelho de medição de espessura de refratários;

[0020] A Figura 3 é um diagrama ilustrando um exemplo da configuração detalhada do aparelho de medição;

[0021] A Figura 4 é um diagrama para explicar um exemplo de um fluxo de processo para a medição da espessura do refratário executada pelo aparelho de medição de espessura de refratários;

[0022] A Figura 5 é um diagrama ilustrando a intensidade atenuada da radiação atenuada detectada por uma unidade de detecção de radiação;

[0023] A Figura 6 é um diagrama ilustrando a relação entre a intensidade atenuada e a espessura do refratário;

[0024] A Figura 7 é um diagrama explicando um exemplo de um fluxo de processo para a medição da espessura de refratários executada pelo aparelho de medição de espessura de refratários;

[0025] A Figura 8 é um diagrama ilustrando a relação entre posição de irradiação de radiação e posição de detecção;

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6/24 [0026] A Figura 9 é um diagrama ilustrando gráficos descrevendo as intensidades da radiação atenuada; e [0027] A Figura 10 é um diagrama ilustrando a radiação atenuada pela eliminação do ruído da radiação atenuada ilustrada na Figura 9. MELHOR FORMA DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO [0028] As modalidades da presente invenção serão descritas abaixo em relação aos desenhos.

[0029] A Figura 1 é uma vista plana de topo ilustrando um exemplo de um aparelho de medição de espessura de refratários. Uma chaminé de sinterização 1 de um alto forno para produção de ferro-gusa pela fusão de minério de ferro é construída de um recipiente cilíndrico ou material de tubo cuja carcaça espessa 3 é revestida com um refratário 5. O aparelho de medição 10 inclui: uma unidade de irradiação de radiação 11, montada na chaminé de sinterização 1, para irradiar a radiação conforme indicado pela seta 7; uma unidade de detecção de radiação 14 incorporando um dispositivo semicondutor de sensibilidade 14 para detectar a radiação atenuada pela transmissão através da carcaça 3a no lado de irradiação de radiação 50 e o refratário 5a que reveste a carcaça 3a e através do refratário 5b e da carcaça 3b no lado de detecção de radiação 60; uma unidade de entrada/saída 15; e um computador 16.

[0030] A unidade de irradiação de radiação 11 é conectada a um recipiente fonte de radiação 12, que contém uma fonte de radiação, tal como irídio (Ir-192) ou similar tendo uma alta taxa de dosagem, por meio de um tubo de transmissão para transmitir radiação tal como raios gama ou raios x a partir do recipiente fonte de radiação 12, e o recipiente fonte de radiação 12 é conectado através de um fio de liberação ou similar para uma unidade de operação 13 que é operada a partir de uma área de controle para controlar a irradiação da radiação. Operando-se a unidade de operação 13 a partir da área de controle

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7/24 para abrir ou fechar o obturador do recipiente fonte de radiação 12, e a radiação é aplicada à carcaça 3a a partir da unidade de irradiação de radiação 11 montada na carcaça 3a da chaminé de sinterização 1; a radiação é transmitida através da chaminé de sinterização 1 conforme indicado pela seta 7, e a radiação atenuada é detectada pela unidade de detecção da radiação 14 montada na carcaça 3b. A unidade de detecção da radiação 14 detecta a voltagem provocada pela ionização da radiação. A unidade de operação 13 é diretamente conectada à unidade de entrada/saída 15 por um cabo serial ou similar de forma que possa ser conectada através da unidade de entrada/saída 15 para se comunicar com o computador 16 para ser descrito mais tarde. Isto torna possível operar a unidade de operação 13 a partir do computador 16. A unidade de detecção de radiação 14 converte a voltagem detectada em dados digitais, e pode transmitir os dados de voltagem para o computador 16 através da unidade de entrada/saída 15 à qual a unidade de detecção 14 é conectada por um cano serial ou similar.

[0031] A Figura 2 é uma vista lateral ilustrando um exemplo do aparelho de medição de espessura do refratário. A carcaça 3 de uma chaminé de sinterização 1 é revestida com um refratário 5. O aparelho de medição 10 inclui uma unidade de irradiação de radiação 11, montada na chaminé de sinterização 1, para irradiar radiação conforme indicado pela seta 7, e uma unidade de detecção de radiação 14 incorporando um dispositivo semicondutor de sensibilidade para detectar a radiação atenuada pela transmissão através da carcaça 3a no lado de irradiação de radiação e do refratário 5a que reveste a carcaça 3a e através do refratário 5b e da carcaça 3b no lado de detecção de radiação 60.

[0032] A Figura 3 é um diagrama ilustrando um exemplo da configuração detalhada do aparelho de medição. O aparelho de medição 10 inclui uma unidade de irradiação de radiação 11, montada na cha

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8/24 miné de sinterização 1, para irradiar radiação em uma unidade de detecção 14 para detectar a radiação transmitida conforme indicado pela seta 7 e atenuada pela transmissão através da carcaça 3 e do refratário 5 não ilustrados.

[0033] A unidade de irradiação de radiação 11 pode ser equipada com uma unidade de detecção de temperatura 36a para medição da temperatura na posição de irradiação na superfície do material de tubo na qual o material de tubo foi irradiado com a radiação, e uma unidade de medição ultrassônica 38a para medir a espessura da carcaça pela transmissão de uma onda ultrassônica. A unidade de irradiação de radiação 11 inclui uma unidade de controle 31a, que pode armazenar dados concernentes à temperatura da carcaça 3 detectada pela unidade de medição de temperatura 36a e pode transmitir vários tipos de dados de detecção gravados para o computador 16 por meio de comunicações com ou sem fio. A unidade de controle 31a pode armazenar os dados em um meio de armazenagem e transferir os dados carregando o meio de armazenagem no computador 16.

[0034] A unidade de detecção de radiação 14, que é montada de maneira móvel em um trilho 35b, inclui um uma unidade de varredura 37 equipada com um dispositivo semicondutor de sensibilidade; uma unidade de detecção de temperatura 36b para medir a temperatura na posição de detecção na superfície do material de tubo na qual a radiação atenuada tenha sido detectada pode ser montada próxima à periferia dessa unidade de varredura 37. A unidade de detecção de radiação 14 inclui uma unidade de medição ultrassônica 38b que é montada próxima à periferia da unidade de varredura 37. A unidade de detecção de radiação 14 inclui uma unidade de controle 31b, que armazena dados concernentes à radiação detectada pela unidade de detecção de radiação 14, dados concernentes à energia ultrassônica medida pela unidade de medição ultrassônica 38b, e dados concernentes à

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9/24 temperatura da carcaça 3 detectada pela unidade de detecção de temperatura 36b, e transmite os vários tipos de dados de detecção para o computador 16 por meio de comunicações com ou sem fio. A unidade de controle 31b pode armazenar os dados em um meio de armazenagem e transferir os dados pelo carregamento do meio de armazenagem no computador 16.

[0035] As unidades de detecção de temperatura 36a e 36b podem ser construídas, cada uma, a partir de um dispositivo de sensibilidade que detecte a temperatura pela sensação de radiação próxima da infravermelha, etc. A unidade de irradiação de radiação 11 pode também ser tornada móvel pela sua montagem de maneira móvel em um trilho 35a, embora não ilustrado aqui.

[0036] As unidades de medição ultrassônica 38a e 38b transmitem, cada uma, uma onda ultrassônica na carcaça 3 e detectam a espessura da carcaça 3 com base em tais características como a mudança na quantidade de atenuação da energia ultrassônica, reflexão, absorção, e na diferença no tempo de percurso. As unidades de medição ultrassônica 38a e 38b podem ser implementadas, cada uma, usando-se um medidor de espessura ultrassônica conhecido. O medidor de espessura ultrassônica calcula a espessura da carcaça 3 com base no tempo (tempo de propagação) que a onda ultrassônica emitida por um sensor conhecido como transdutor (sonda) ligado à carcaça 3 leva para retornar ao ser refletida na superfície oposta do objeto a ser medido.

[0037] As unidades de detecção de temperatura 36a e 36b e as unidades de medição ultrassônica 38a e 38b podem transmitir dados para o computador 16 através da unidade de entrada/saída 15 conectada por um cabo serial ou por um cabo Ethernet (marca registrada).

[0038] As unidades de detecção de temperatura 36a e 36b e as unidades de medição ultrassônica 38a e 38b não precisam ser neces

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10/24 sariamente incorporadas na unidade de detecção da radiação 14 ou na unidade de irradiação de radiação 11, mas um operador pode medir as temperaturas das superfícies da posição de irradiação e da posição de detecção, respectivamente, usando um traçador térmico portátil conhecido, e as temperaturas assim medidas podem ser gravadas usando-se uma unidade de entrada/saída 24 ou uma unidade de armazenagem 21 ou o computador 16.

[0039] O computador 16 inclui uma unidade de processamento 25, a unidade de armazenagem 21 que armazena vários tipos de dados e um programa que define a operação da unidade de processamento 25, uma unidade de comunicação 22 que transmite e recebe dados por meio de comunicações com ou sem fio, a unidade de entrada/saída 24, e uma unidade de display 23.

[0040] O computador 16 pode obter a intensidade atenuada de radiação correspondente à espessura da carcaça 3 detectada pelas unidades de medição ultrassônica 38a e 38b, de acordo com a Lei de Lambert (equação 1) ilustrada abaixo.

I — 1₀ ^e ... (Equação 1) onde α é o coeficiente de atenuação linear. Aqui, x é a espessura da chapa. Io é a intensidade de radiação antes de a radiação entrar na carcaça, e I é a intensidade de radiação após a radiação ter viajado a distância x através da carcaça. Isto é, uma vez que x é dado como um valor conhecido pela unidade de medição ultrassônica 38, a intensidade I da radiação após a transmissão através da carcaça pode ser calculada. Então o computador 16 subtrai a intensidade atenuada devido à carcaça, calculada usando-se a equação (1), da intensidade atenuada da radiação detectada. A intensidade atenuada assim calculada pela subtração representa a intensidade atenuada devida apenas à espessura do refratário nos lados de irradiação e de detecção.

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11/24 [0041] O computador 16 então calcula a espessura do refratário correspondente à intensidade atenuada devido à espessura do refratário de uma curva analítica (a ser descrita mais tarde em relação à Figura 6) representando a relação entre a intensidade atenuada de radiação e a espessura do refratário.

[0042] Da espessura do refratário assim calculada, o computador 16 calcula a espessura do refratário no lado de irradiação e a espessura do refratário no lado de detecção usando-se a temperatura da superfície da posição de irradiação e a temperatura da superfície da posição de detecção, respectivamente. Para o cálculo, são usadas as equações a seguir que assumem que a quantidade de condução de calor do refratário e a quantidade de transferência de calor radiativo e a convecção de calor a partir da superfície da carcaça estão em equilíbrio. Aqui, a condução de calor da carcaça é ignorada porque a sua condutividade térmica é extremamente alta e a resistividade térmica é extremamente baixa. Além disso, a chaminé de sinterização tem forma cilíndrica, mas a curvatura da superfície da carcaça é tão pequena que pode ser aplicado um modelo de parede plana; portanto, para o cálculo da quantidade de condução de calor, uma equação para uma parede cilíndrica não é usada, mas é usada uma equação para uma parede plana.

qⁱ = ^-(tü - ti) = 5.67 χεχ + hc(t0 - ti)... (Equação 2) bi (iüü) (iüü) bi q2 = — (tü -12) = 5.67χεχ

+ hc(t ü -12)... (Equação 3) onde q1 representa a quantidade de calor, devido à transferência de calor radiativo e à convecção térmica, a partir da carcaça no lado de irradiação em equilíbrio. Da mesma forma, q2 representa a quantidade de calor, devida à transferência de calor radiativo e à convecção térmica, a partir da carcaça no lado de detecção em equilíbrio.

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Além disso, t0 é a temperatura interna do forno, t1 é a temperatura externa do forno (no lado de irradiação), t2 é a temperatura externa do forno (no lado de detecção), b1 é a espessura do material isolante térmico no lado de irradiação, b2 é a espessura do material isolante térmico no lado de detecção, ε é a constante Stefan-Boltzmann (por exemplo, no caso de um alto forno ou chaminé, é de cerca de 0,7) e λ é a condutividade térmica.

[0043] O lado esquerdo da Equação 2 indica a quantidade de condução de calor determinada pela lei de Fourier, o primeiro termo no lado direito da equação 2 indica a transferência de calor radiativo determinada pela lei de Stefan-Boltzmann, e o segundo termo no lado direito da equação 2 indica a quantidade de convecção de calor (hc pode ter valores diferentes dependendo da forma, isto é, hc = 2,2 no caso de uma parede vertical, hc = 2,8 no caso de uma parede inclinada para cima, e hc = 1,5 no caso de uma parede inclinada para baixo). A equação 3 é definida similarmente.

[0044] Para λ, o valor é tomado para ser o mesmo tanto para o lado de detecção quanto para o de irradiação. A razão é que a posição de detecção e a posição de irradiação são ajustadas no mesmo plano horizontal. Isto é, geralmente a condutividade térmica varia de tempos em tempos à medida que o ambiente interno do forno muda devido a tais fenômenos como a infiltração de um fluido e a evaporação de componentes do refratário mas, no caso de um ambiente tal como um alto forno ou uma chaminé, o ambiente interno do forno é o mesmo à mesma altura no forno; portanto, se as posições estão no mesmo plano horizontal, a propriedade física do refratário pode ser considerada a mesma para ambas as posições. Além disso, conforme representado na Figura 2, no caso de um refratário sólido, tal como um tijolo, ou um refratário moldado de um material líquido, tal como concreto, uma vez que o material da mesma forma ou das mesmas propriedades é usado

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13/24 à mesma altura, a propriedade é também a mesma antes das mudanças de propriedades. Consequentemente, quando se calcula a espessura do refratário no lado de irradiação pelo uso das respectivas temperaturas de superfície, do ponto de vista de aumentar a precisão do cálculo é preferível ajustar as posições de detecção e irradiação de modo a ficarem no mesmo plano horizontal onde a condutividade térmica é considerada a mesma tanto para o lado de detecção quanto para o de irradiação. A equação 4 para calcular b1 (a espessura do material isolante térmico no lado de irradiação) e a equação 5 para calcular b2 (a espessura do material isolante térmico no lado de detecção) podem ser derivadas pelas equações de transformação 2 e 3.

b1 =

5.67 χεχ (ti Ί⁴

1100 J + hc(t 0 — ti) (Equação 4) b2 = — 12) (Equação 5)

5.67 χεχ + hc(t 0 — 12) [0045] Dessa forma, o computador 16 pode calcular b1 (a espessura do material isolante térmico no lado de irradiação) e b2 (a espessura do material isolante térmico no lado de detecção) usando-se as equações que assumem que a condução térmica, convecção térmica, e transferência de calor radiativo estão em equilíbrio. Entretanto, com as equações de transferência de convecção térmica e de calor radiativo dadas pelos denominadores das equações 4 e 5, é frequentemente o caso que os resultados calculados não concordem com os valores reais devido à forma da superfície e ao ambiente externo (temperatura, umidade, pressão atmosférica, e vento). Como resultado, as espessuras b1 e b2 assim calculadas não são suficientemente precisas, de forma que dificilmente é possível usá-las como estão.

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[0046]

Por outro lado, com as medições usando a radiação, valo-

res precisos podem ser calculados. Entretanto, com esse método, apenas a espessura combinada dos lados de irradiação e detecção podem ser calculados. Em vista disso, na presente configuração, as espessuras b1 e b2 calculadas pelas equações 4 e 5 são usadas para calcular uma razão para o valor medido usando a radiação.

	A1-AO- b1 . b 2 ^— b1 + b2' b1 + b2 - ^{(Equação 6)}
[0047]	A Equação 6 é uma equação que indica a razão obtida de

b1 e b2. Usando-se a Equação (6) e a espessura L obtida como valor de medição por radiação, L1 (a espessura do material isolante térmico no lado de irradiação) e L2 (a espessura do material isolante térmico no lado de detecção) podem ser definidas conforme ilustrado abaixo usando-se a razão com base no valor de medição de radiação e no cálculo de transferência de calor.

_ΤΛ _ _T b1 ^L = ^LX _b1 _{+ b2} ^Equação 7) _ r b2

L 2 — L x------ (Equação 8) b1 + b2 ^{(Equação 8)} [0048] Nas equações 7 e 8, equações 4 e 5 tendo uma menor precisão de cálculo são usadas para produzir uma razão para obter a espessura do refratário no lado de irradiação e a espessura do refratário no lado de detecção. Dessa forma, a espessura do refratário obtida pela medição de radiação tendo um alto grau de precisão de cálculo pode ser dividida entre a espessura do refratário no lado da irradiação e a espessura do refratário do lado da detecção. O aparelho de medição 10 pode assim calcular a espessura do refratário no lado de irradiação e no lado da detecção pelo uso da temperatura de superfície da posição de irradiação e a temperatura da superfície da posição de detecção respectivamente.

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15/24 [0049] Além disso, o computador 16 pode detectar a espessura do refratário ou a anormalidade na espessura do refratário sem usar as temperaturas de superfície. Por exemplo, inicialmente fixando-se a posição de irradiação de radiação e a posição de detecção de radiação, o aparelho de medição 10 detecta a radiação atenuada pela transmissão através do material de tubo e o refratário do interior do material de tubo; A seguir, a posição de detecção é mudada movendo-se a unidade de detecção de radiação 14 em uma direção horizontal ou vertical, ou a posição de irradiação é mudada movendo-se a unidade de irradiação de radiação 11 em uma direção horizontal ou vertical, e nessa condição, uma segunda radiação atenuada é detectada.

[0050] Se houver uma diferença de intensidade entre as primeira e segunda radiações atenuadas, o computador 16 calcula a espessura do refratário correspondente à diferença entre as intensidades atenuadas; então, a diferença na espessura antes e após a mudança da posição de detecção (ou da posição de irradiação) pode ser obtida da curva analítica (a ser descrita mais tarde em relação à Figura 6) representando a relação entre a intensidade atenuada de radiação e a espessura do refratário.

[0051] Dessa forma, mudando-se a posição de detecção ou a posição de irradiação, a diferença na intensidade de radiação e a diferença na espessura do refratário podem ser obtidas. Então, se a quantidade de diferença for grande, a posição de detecção ou a posição de irradiação podem ser determinadas como sendo a posição onde a anormalidade foi detectada. Além disso, tomando-se o valor médio da pluralidade de intensidades atenuadas detectadas como uma espessura média do refratário avL e ajustando-se a espessura média do refratário avL para representar a espessura do refratário julgada como sendo normal e livre de variações no valor da diferença, é possível obter a espessura do refratário pela adição ou subtração

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16/24 do valor da diferença AL para a ou da espessura média do refratário avL.

[0052] Um exemplo de um fluxo de processo para a medição da espessura refratária executada pelo aparelho de medição da espessura do refratário será descrito em relação à Figura 4. Inicialmente, a radiação é projetada da unidade de irradiação de radiação 11 na superfície posterior da carcaça da chaminé de sinterização 1 que é um recipiente cilíndrico formado a partir de um material de tubo (etapa 101). Quando passa através da chaminé de sinterização 1, a radiação é atenuada devido à interação com a carcaça 3a e o refratário 5a no lado de irradiação e também atenuada devido à interação com a carcaça 3b e o refratário 5b no lado de detecção. A radiação assim atenuada pela transmissão através do refratário 5a, 5b e da carcaça 3a, 3b da chaminé de sinterização 1, um recipiente cilíndrico formado a partir de um material de tubo é detectado pela unidade de detecção de radiação 14 (etapa 102).

[0053] A Figura 5 ilustra a intensidade atenuada da radiação atenuada detectada pela unidade de detecção de radiação 14. A intensidade atenuada ilustrada aqui foi medida pela unidade de detecção de radiação 14 localizada a 180 graus da unidade de irradiação de radiação 11 em torno da chaminé de sinterização tendo um diâmetro de 6600 mm. Os dados medidos representam a intensidade atenuada da radiação detectada enquanto se move a unidade de detecção de radiação 14 e a unidade de irradiação de radiação 11 ao longo dos trilhos de 1 mm a 750 mm na direção da altura.

[0054] Referindo-nos de volta à Figura 4, são detectadas a temperatura da superfície da posição de irradiação na superfície do material de tubo na qual o material de tubo tenha sido irradiado com a radiação e a temperatura de superfície da posição de detecção na superfície do material de tubo na qual a radiação atenuada tenha sido detectada

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17/24 (etapa 103). Nessa etapa, a unidade de detecção de temperatura 36a no lado de irradiação e a unidade de detecção de temperatura 36b no lado de detecção medem as respectivas temperaturas de superfície pela detecção, por exemplo, dos raios infravermelhos que irradiam das porções de superfície designadas da chaminé de sinterização, e os dados medidos são transferidos através da unidade de entrada/saída 15 para o computador 16 para armazenagem na unidade de armazenagem 21. Alternativamente, nessa etapa, um operador pode medir as temperaturas das superfícies usando um traçador térmico e pode entrar os dados medidos através da unidade de entrada/saída 15 no computador 16 para armazenagem na unidade de armazenagem 21.

[0055] A seguir, a intensidade atenuada devida ao refratário é calculada pela subtração da intensidade atenuada devida ao material de tubo da intensidade atenuada da radiação detectada (etapa 104).

[0056] Nessa etapa, a unidade de processamento 25 no computador 16 recebe a espessura da carcaça 3 detectada pela unidade de medição ultrassônica 38. A seguir, a unidade de processamento 25 no computador 16 calcula a intensidade de radiação atenuada devida à carcaça 3 que corresponde à espessura da carcaça 3.

[0057] Por exemplo, suponha que a espessura da carcaça 3 detectada pela unidade de medição ultrassônica 38 seja 11 mm no lado de irradiação e 11 mm no lado de detecção, totalizando 22 mm, e que a intensidade de radiação seja 300 keV e o coeficiente de atenuação linear seja 0,864; então usando-se a equação 1 dada anteriormente, a unidade de processamento 25 no computador 16 pode calcular a intensidade atenuada devida à carcaça 3 como 300 x e (-0,864 x 2,22) = 45 [qSv/s]. A seguir, a intensidade atenuada devida à carcaça 3 é subtraída da intensidade atenuada de radiação detectada conforme ilustrado na Figura 5. Uma vez que a intensidade atenuada devida à carcaça 3 é assim subtraída da intensidade atenuada devida à espessura

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18/24 combinada da carcaça e do refratário, a intensidade atenuada devida ao refratário é calculada.

[0058] A seguir, a espessura do refratário é calculada a partir da intensidade atenuada devida ao refratário (etapa 105).

[0059] A Figura 6 é um diagrama ilustrando a relação entre a intensidade atenuada e a espessura do refratário. Utilizando-se a relação intensidade atenuada versus espessura do refratário obtida previamente em experiências, conforme ilustrado, a espessura do refratário pode ser calculada a partir da intensidade atenuada detectada. Na etapa 105, portanto, a espessura do refratário é calculada, com base na curva analítica ilustrada na Figura 6, a partir da intensidade atenuada obtida subtraindo-se a intensidade atenuada devida à carcaça.

[0060] A seguir, a partir da espessura do refratário calculada na etapa 105, a espessura do refratário no lado de irradiação e a espessura do refratário no lado de detecção são calculadas usando-se a temperatura da superfície da posição de irradiação e a temperatura da superfície da posição de detecção (etapa 106). Os cálculos são executados pelo computador 16 usando as equações 7 e 8 conforme descrito previamente. Então, o fluxo de processo da medição de espessura do refratário é terminado.

[0061] A tabela 1 abaixo ilustra os resultados dos cálculos obtidos pelo fluxo de processo acima nas posições de medição a, b, c, d, e e ilustradas na Figura 5.

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Tabela 1 - Posição de Medição e Espessura do Refratário

Posição de medição	Valor medido da intensidade transmitida	Intensidade transmitida através do refratário	Espessura medida do refratário	Temperatura	Cálculo da espessura obtida por transferência de calor	Espessura medida dividida com base no cálculo de transferêcia de calor
Lado de irradiação	Lado de detecção	Forno	Lado de irradiação	Lado de de- tecção	Lado de irradiação	Lado de de- tecção
L	t1	t2	t0	b1	b2	L1
μ Sv/s	μ Sv/s	mm	°C	°C	°C	mm	mm	mm	Mm
a	1,19	46,19	164	60,6	58,4	80	49,9	61,0	73,8	90,2
b	6,36	51,36	150	60,6	58,4	80	49,9	61,0	67,5	82,5
c	-1,86	43,14	172	60,6	58,4	80	49,9	61,0	77,4	94,6
d	-11,36	33,64	198	60,6	58,4	80	49,9	61,0	89,1	108,9
e	1,34	46,34	164	60,6	58,4	80	49,9	61,0	73,8	90,2

19/24

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20/24 [0062] As espessuras dos refratários bl e b2 obtidas pelo cálculo da transferência de calor e as espessuras dos refratários L1 e L2 obtidas dividindo-se com base no cálculo da transferência de calor não são compatíveis entre si devido à precisão de cálculo da transferência de calor, conforme descrito previamente. Entretanto, calculando-se a razão usando as espessuras dos refratários b1 e b2 obtidas pelo cálculo da transferência de calor, é possível calcular as espessuras dos refratários L1 e L2 com precisão aumentada.

[0063] Um exemplo de um fluxo de processo para a medição da espessura do refratário executada pelo aparelho de medição de espessura do refratário será descrito em relação à Figura 7. Inicialmente, a radiação é projetada a partir da unidade de irradiação de radiação 11 na superfície frontal da carcaça 3 da chaminé de sinterização 1 que é um recipiente cilíndrico formado a partir de um material de tubo (etapa 201), e a unidade de detecção de radiação 14 detecta a radiação que foi atenuada pela transmissão através do material de tubo e do refratário fornecido no lado de dentro do material de tubo (etapa 202).

[0064] A Figura 8 é um diagrama ilustrando a relação entre a posição de irradiação de radiação e a posição de detecção. Na etapa 201, a radiação é projetada na posição de irradiação 50a localizada a 180 graus da posição de detecção 60a.

[0065] Em relação novamente à Figura 7, a posição de irradiação de radiação ou a posição de detecção de radiação é trocada (etapa 203). Isso significa que a posição de irradiação 50a ilustrada na Figura 8 é trocada com a posição de irradiação 50b pela movimentação da posição, por exemplo, através de 13.1 graus no sentido contrário ao sentido horário enquanto mantém a posição de detecção 60a fixa. Alternativamente, embora não ilustrado na Figura 8, a posição de detecção 60a pode ser movida de maneira semelhante enquanto se mantém a posição de irradiação 50a fixa.

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21/24 [0066] A seguir, a radiação é projetada de maneira similar a partir da unidade de irradiação de radiação 11 na superfície frontal da carcaça 3 da chaminé de sinterização cilíndrica 1 que é um recipiente cilíndrico formado a partir de um material de tubo (etapa 204), e a radiação que foi atenuada pela transmissão através do material de tubo e o refratário fornecido no interior do material de tubo é detectada (etapa 205).

[0067] A Figura 9 ilustra gráficos que descrevem as intensidades das radiações atenuadas detectadas. O numeral de referência 171 indica um gráfico da intensidade atenuada de radiação detectada antes da mudança da posição de radiação, e 172 indica um gráfico da intensidade atenuada de radiação detectada após a mudança da posição de irradiação. Nos gráficos 171 e 172, a ordenada representa a altura da chaminé, e a abscissa representa a intensidade atenuada. A forma de onda da intensidade atenuada indicada em 152a apresenta uma intensidade atenuada maior que as outras formas de onda, o que acontece presumivelmente porque a espessura do refratário é reduzida nas correspondentes altura e posição. Entretanto, uma vez que a intensidade de radiação detectada é a intensidade da radiação que foi atenuada pela transmissão através do refratário no lado de detecção bem como através do refratário no lado de irradiação, não é possível determinar em qual lado, de irradiação ou de detecção, a espessura reduzida do refratário está localizada.

[0068] Em vista disso, a intensidade de radiação é detectada mais uma vez mudando-se a posição de irradiação, conforme ilustrado no gráfico 172, e a forma de onda 152b é verificada na mesma altura, o que ilustra que a intensidade atenuada da radiação é reduzida. Uma vez que a intensidade atenuada é reduzida quando a posição de irradiação é mudada, pode ser determinado que a espessura de refratário reduzida está localizada na posição de irradiação 50a.

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22/24 [0069] As intensidades de radiação atenuadas detectadas conforme ilustrado pelos gráficos 171 e 172 são armazenadas na unidade de armazenagem 31b da unidade de detecção de radiação. Então, os dados da radiação atenuada são transferidos, por meios tais como meios de gravação ou de comunicação sem fio não ilustrados, da unidade de armazenagem 31b para o computador 16 para armazenar na unidade de armazenagem 21.

[0070] Em relação novamente à Figura 7, a unidade de processamento no computador 16 executa a eliminação de ruído nos dados de radiação atenuada assim armazenados (etapa 206). Uma vez que os dados de radiação atenuada são construídos a partir de sinais amostrados na direção vertical, a eliminação de ruído é executada pela média dos valores dos dados amostrados, por exemplo, em aumentos de um milímetro na direção vertical.

[0071] O gráfico 173 ilustrado na Figura 10 descreve as radiações atenuadas obtidas pela eliminação do ruído das radiações atenuadas ilustradas nos gráficos 171 e 172 da Figura 9. O numeral de referência 174 na Figura 10 indica o gráfico construído pela superposição dos dois gráficos 173, isto é, das duas radiações atenuadas, em relação à direção da altura. Uma vez que as radiações atenuadas se tornam claramente identificáveis pela eliminação do ruído, os dados ilustrados nos gráficos 173 e 174 podem ser comparados usando-se o computador 16.

[0072] Em relação novamente à Figura 7, é feita uma comparação entre as intensidades atenuadas das duas radiações atenuadas detectadas em diferentes posições de irradiação (etapa 207). Superpondose as formas de onda 152a e 152b conforme ilustrado em 152c na Figura 10, é claramente visto que o pico indicado em 152a foi eliminado mudando-se a posição de irradiação. É, portanto, visto que a intensidade atenuada é reduzida na posição de irradiação 50a, isto é, há de

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23/24 laminação ou similar do refratário nessa posição. A unidade de processamento 25 no computador 16 detecta a diferença AL entre as intensidades atenuadas das duas radiações atenuadas e, quando a diferença AL excede um limite inferior dado, pode determinar a localização da falha que provoca a delaminação do refratário (etapa 208). Aqui, a avaliação pode ser feita com base na diferença AL entre as intensidades de radiação transmitidas, não entre as intensidades atenuadas.

[0073] As intensidades atenuadas da radiação detectada em múltiplos pontos são armazenadas na unidade de armazenagem 21 do computador 16; então, tomando-se o valor médio da pluralidade de intensidades atenuadas detectadas como a espessura média do refratário avL e ajustando-se a espessura média do refratário avL para representar a espessura do refratário julgada como sendo normal e livre de variações no valor de diferença, é possível obter a espessura do refratário pela adição ou subtração do valor da diferença AL à ou da espessura média do refratário avL.

[0074] O fluxo de processo de medição da espessura do refratário é, assim, determinado.

[0075] Embora a descrição acima tenha sido dada tomando-se a chaminé de sinterização como exemplo, será notado que a presente invenção não é limitada em sua aplicação à chaminé de sinterização 1. A presente invenção pode ser amplamente aplicada aos vários tipos de recipientes cilíndricos e/ou materiais de tubo, tais como altos fornos, um material de tubo tendo um revestimento refratário, e um forno de aquecimento, que precisa inspeção por testagem não destrutiva. Além disso, embora a descrição acima tenha sido dada tomando-se um refratário como exemplo, será reconhecido que a presente invenção pode ser amplamente aplicada a vários tipos de materiais tais como materiais isolantes térmicos ou materiais retentores de calor usa

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24/24 dos para materiais de revestimento de tubo que precisam inspeção por testagem não destrutiva.

[0076] As configurações acima descritas são dadas apenas como exemplos típicos, e será aparente para aqueles versados na técnica que os elementos componentes das configurações podem ser combinados de várias maneiras, e que modificações e variações podem ser feitas às configurações; é também aparente que qualquer pessoa perita na técnica pode fazer várias modificações às configurações acima sem sair do princípio e do escopo da presente invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de medição da espessura do refratário, caracterizado pelo fato de que compreende:

irradiação de um material de tubo com radiação;

detecção inicialmente da radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através do refratário que reveste o material de tubo;

mudança da posição de irradiação na qual o material de tubo deve ser irradiado com a radiação ou da posição de detecção na qual a radiação deve ser detectada;

irradiação do material de tubo com a radiação;

detecção da segunda radiação atenuada que tenha sido atenuada pela transmissão através do material de tubo e através do refratário que reveste o material de tubo; e identificação de uma porção anormal na espessura do refratário pela comparação de uma intensidade transmitida ou atenuada da primeira radiação atenuada com uma intensidade transmitida ou atenuada da segunda radiação atenuada.
2. Aparelho de medição da espessura do refratário, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma unidade de irradiação de radiação que irradia o material de tubo com radiação;

uma unidade de detecção de radiação que detecta inicialmente a radiação que foi atenuada por transmissão através do material de tubo e através do refratário que reveste o material de tubo, e que detecta a segunda radiação atenuada pela troca da posição da superfície de irradiação na qual o material de tubo deve ser irradiado com a posição da superfície de radiação ou de detecção na qual a radiação atenuada deve ser detectada; e uma unidade de identificação que identifica uma porção

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2/2 anormal na espessura do refratário pela comparação da intensidade transmitida ou atenuada da primeira radiação atenuada com a intensidade transmitida ou atenuada da segunda radiação atenuada.