CN101240997A - 评估高炉内喷浆效果的方法及测量高炉炉壁残厚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评估高炉内喷浆效果的方法及测量高炉炉壁残厚的方法。所述评估高炉内喷浆效果的方法包括以下步骤：(a)测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉内壁的外形；(b)对所述高炉内壁进行喷浆作业；(c)测量取得一第二次三维点群，所述第二次三维点群是相对于所述高炉内壁喷浆后的外形；及(d)对比所述步骤(a)的第一次三维点群及所述步骤(c)的第二次三维点群，以得到喷浆厚度。藉此，可以检验喷浆质量是否有厚薄不均的情形。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量高炉内壁的外形的方法，具体而言，涉及一种评估高炉内喷浆效果的方法及测量高炉炉壁残厚的方法。
背景技术
三维激光扫描仪由于取样速度快(25000点/秒)、准确(约20mm)及测量范围广(大于100m)等特性，已逐渐被应用在许多领域，如土木、建筑及古迹维护等领域，如文献[曾义星、史天元，“三维激光扫描仪-新一代测量利器”，科学发展，2003年5月，365期]所揭示。在钢铁制程则可应用在转炉的炉衬厚度(如美国专利第6,922,251号所揭示)，以及料面外形上(如文献[E.Meller and J.Hellmich，″Full Automation of Stacker andReclaimers″，Bulk Solids Handling，Vol 21，No，5，2001]所揭示)。
参考图1，显示常规高炉的示意图。所述高炉1为炼铁技术中重要的反应器。所述高炉1包括炉顶11、炉喉12、炉身13、炉腰14、炉腹15及炉床16。所述炉顶11为圆锥状，所述炉喉12为圆柱状，且所述炉顶11及所述炉喉12的材质为钢。所述炉顶11具有复数个人孔(Manhole)111，所述人孔111可打开以暴露出所述高炉1内部。所述炉身13、所述炉腰14、所述炉腹15及所述炉床16的炉壁的材质为耐火材料，用以容纳液态铁17。所述液态铁17具有一料面171。
参考图2，显示常规高炉在长时间运转后炉身炉壁被侵蚀的示意图，其中T1代表所述炉身13炉壁的原始厚度，T2代表所述炉身13炉壁被侵蚀后的残余厚度。由于所述高炉1长年累月在高温高压的恶劣环境下运转，炉壁的耐火材料会逐渐被侵蚀，其主要原因有：所述液态铁17料层下降所造成的机械性磨耗、化学侵蚀及热侵蚀等，如文献[赖凤成，“中钢高炉内衬砖使用探讨”，技术与训练，21卷，二期，pp.57-66]所揭示。因此，所述高炉1经过一段时间运转后必须停炉以进行所述炉身13的喷浆作业，以增加所述高炉1的寿命。
参考图3，显示常规高炉在进行喷浆作业示意图。所述喷浆作业将一机具2悬吊至所述高炉1内，以液体状的耐火材料21对所述炉身13炉壁进行喷附以形成一喷浆厚度T3。由于受限于环境以及设备等因素，一直无法对炉壁上的所述喷浆厚度T3进行测量与评估，而无法评估喷浆作业的质量。此外，由于所述机具2所喷出的耐火材料21为液体状，所以在喷浆过程中会经由炉壁回弹至底部的料面171而形成一回弹量厚度T4，经过一段时间后位于所述料面171上的耐火材料会凝固成相当坚硬的外壳，而阻隔所述高炉1在开炉后底部高温气体向上流动的路径，如此对开炉程序影响很大，甚至造成危险。然而，同样地，受限于环境以及设备等因素，一直无法对所述料面171上的回弹量厚度T4进行测量与评估。
因此，有必要提供一种创新且具有进步性的评估高炉内喷浆效果的方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种评估高炉内喷浆效果的方法，包括以下步骤：(a)测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉内壁的外形；(b)对所述高炉内壁进行喷浆作业；(c)测量取得一第二次三维点群，所述第二次三维点群是相对于所述高炉内壁喷浆后的外形；及(d)对比所述步骤(a)的第一次三维点群及所述步骤(c)的第二次三维点群，以得到喷浆厚度。藉此，可以检验喷浆质量是否有厚薄不均的情形。
本发明的另一目的在于提供一种测量高炉炉壁残厚的方法，包括以下步骤：(a)测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉内壁的目前外形；(b)取得一机械尺寸模型，所述机械尺寸模型是相对于所述高炉内壁的原始外形；及(c)对比所述步骤(a)的第一次三维点群及所述步骤(b)的机械尺寸模型，以得到所述高炉的炉壁残厚。藉此，可评估所述高炉的炉代寿命。另外，也可以依照所述炉壁残厚的分布情形标示出侵蚀量较严重部分的位置，以规划喷浆的程序。
附图说明
图1显示常规高炉的示意图；
图2显示常规高炉在长时间运转后炉身炉壁被侵蚀的示意图；
图3显示常规高炉在进行喷浆作业示意图；
图4显示本发明评估高炉内喷浆效果的方法的优选实施例的流程图；
图5显示所述第一次三维点群所对应的所述高炉内壁喷浆前及所述第二次三维点群所对应的所述高炉内壁喷浆后的外形；
图6显示图5中二曲线叠合后的示意图；
图7显示本发明测量高炉炉壁残厚的方法的优选实施例的流程图；
图8显示所述第一次三维点群所对应的所述高炉内壁的外形及所述高炉的原始机械尺寸模型；及
图9显示图8中二曲线叠合后的示意图。
具体实施方式
参考图4，显示本发明评估高炉内喷浆效果的方法的优选实施例的流程图。本实施例所测量及评估的高炉1为图1的高炉1。所述方法包括以下步骤。步骤S401架设一个三维激光扫描仪于所述高炉1内。在本实施例中，是以一型号为RIEGL LMS-Z210i的三维激光扫描仪为例，其为以飞行时间(time of flight)为原理的激光测距系统。测量时，激光光点由所述三维激光扫描仪发射至待测物并反射至所述三维激光扫描仪，由光点在空间中的飞行时间计算出待测物与所述三维激光扫描仪之间的距离。所述三维激光扫描仪通过一旋转机构扫描光点的方式来实现大面积的测量，其所产生的测量结果为一具有三维座标的点群(point cloud)。所述旋转机构有两个自由度，分别是水平角度φ的旋转(0～330度)以及垂直角度θ(50～130度)的旋转。旋转角度的分辨率最高为0.05度，相对应的测量时间约为数分钟。
在本实施例中，所述三维激光扫描仪经由所述高炉1的炉顶11的人孔111而架设于所述高炉1内位于所述人孔111附近。
步骤S402启动所述三维激光扫描仪，以利用所述三维激光扫描仪测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉1内壁的外形，如图5中曲线51所示。
步骤S403取出所述三维激光扫描仪，以方便所述喷浆作业的机具2(图3)从所述人孔111进入所述高炉1进行喷浆。
步骤S404是对所述高炉1内壁进行喷浆作业，如图3所示。待喷浆作业完成后再将所述机具2(图3)从所述人孔111吊出。
步骤S405再架设所述三维激光扫描仪于所述高炉1内。在本实施例中，所述三维激光扫描仪经由所述步骤S401的同一个人孔111而架设于所述高炉1内的同一位置。为了得到准确的测量结果，使喷浆前后两次三维激光扫描仪的架设位置与角度不会相差过大，且不会导致数据定位困难，本实施例在所述步骤S401及S405的架设过程中利用一电子式水平仪的辅助，在架设过程中进行倾斜度的调整，使两次三维激光扫描仪在架设时的角度不会相差过大，以减少误差。在本实施例中，所述电子式水平仪的型号为TESAclinobevel 2。
步骤S406启动所述三维激光扫描仪，以利用所述三维激光扫描仪测量取得一第二次三维点群，所述第二次三维点群是相对于所述高炉1内壁喷浆后的外形，如图5中曲线52所示。
步骤S407对比所述步骤S402的第一次三维点群及所述步骤S406的第二次三维点群，以得到喷浆厚度T3，如图6所示。在本实施例中，对所述第一次三维点群及所述第二次三维点群进行一迭代选取最近点(Iterative Closest Point，ICP)算法。所述迭代选取最近点算法的功能将二个三维点群进行定位，使其中一个三维点群所属的座标系统经过旋转及平移后，与另一个三维点群所属的座标系统叠合。在本实施例中，由于所述炉喉12以下的部分因耐火材料的喷附而有明显的变化，所以不适合选取作为所述迭代选取最近点算法的特征点。所述炉喉12以上的部分由于在喷浆前后均属于不变的结构，因此所述迭代选取最近点算法选取所述高炉1的炉喉12以上外形所对应的点群作为特征点。所述喷浆厚度T3可由叠合后的点群加以计算而得。所述喷浆厚度T3的测量可以检验喷浆质量是否有厚薄不均的情形。
在本实施例中，是在同一个人孔111于喷浆前后各进行一次测量，然而可以理解的是，也可以进一步在其它位置的人孔进行测量，即在二个或三个人孔进行测量，如此当所有测量结果合并后可以呈现所述高炉1炉壁的360度完整全貌。
在另一实施例中，所述步骤S402的第一次三维点群进一步包括相对于所述高炉1内料面171的外形，且所述步骤S406的所述第二次三维点群进一步包括相对于所述高炉1内喷浆后的料面的外形。同样地，利用所述步骤S407的对比方式后进一步可以得到回弹量厚度T4(图3)。所述回弹量厚度T4的评估可提供有利数据以协助现场人员与喷浆设备厂商进行责任归属与划分。
参考图7，显示本发明测量高炉炉壁残厚的方法的优选实施例的流程图。本实施例所测量的高炉1为图1的高炉1。所述方法包括以下步骤。步骤S701架设一个三维激光扫描仪于所述高炉1内。与上述图4的步骤S401相同，在本实施例中，是以一型号为RIEGLLMS-Z210i的三维激光扫描仪为例，且所述三维激光扫描仪经由所述高炉1的炉顶11的人孔111而架设于所述高炉1内位于所述人孔111附近。
步骤S702启动所述三维激光扫描仪，以利用所述三维激光扫描仪测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉1内壁的外形，如图8中曲线81所示。要注意的是，本实施例的第一次三维点群与上述步骤的步骤S402的第一次三维点群相同，且图8的曲线81与图5的曲线51相同。
步骤S703取得一机械尺寸模型，所述机械尺寸模型是相对于所述高炉1内壁的原始外形(即所述高炉1未运转前的原始外形)。在本实施例中，经由所述高炉1的原始机械图取得所述机械尺寸模型(CAD model)，如图8曲线82所示。
步骤S704对比所述步骤S702的第一次三维点群及所述步骤S703的机械尺寸模型，以得到所述高炉1的炉壁残厚T5，如图9所示。与上述图4的步骤S407相同，在本实施例中，对所述第一次三维点群及所述机械尺寸模型进行所述迭代选取最近点算法。同样地，所述迭代选取最近点算法选取所述高炉1的炉喉12以上外形所对应的点群作为特征点。所述炉壁残厚T5可由叠合后的所述第一次三维点群及所述机械尺寸模型加以计算而得。所述炉壁残厚T5的测量可用于评估所述高炉1的炉代寿命。另外，也可以依照所述炉壁残厚T5的分布情形标示出侵蚀量较严重部分的位置，以规划喷浆的程序。
然而，上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，所属领域的技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利范围应如所附的权利要求书所列。
Claims (13)
1. 一种评估高炉内喷浆效果的方法，包括以下步骤：
(a)测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉内壁的外形；
(b)对所述高炉内壁进行喷浆作业；
(c)测量取得一第二次三维点群，所述第二次三维点群是相对于所述高炉内壁喷浆后的外形；及
(d)对比所述步骤(a)的第一次三维点群及所述步骤(c)的第二次三维点群，以得到喷浆厚度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(a)包括：
(a1)架设一个三维激光扫描仪于所述高炉内；及
(a2)利用所述三维激光扫描仪测量取得所述第一次三维点群。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述步骤(b)之前进一步包括一取出所述三维激光扫描仪的步骤。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述步骤(c)包括：
(c1)再架设所述三维激光扫描仪于所述高炉内；及
(c2)利用所述三维激光扫描仪测量取得所述第二次三维点群。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述步骤(a1)及(c1)的架设过程中利用一水平仪的辅助以减少误差。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(c)包括：
(c1)架设一个三维激光扫描仪于所述高炉内；及
(c2)利用所述三维激光扫描仪测量取得所述第二次三维点群。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(d)对所述第一次三维点群及所述第二次三维点群进行一迭代选取最近点(Iterative Closest Point，ICP)算法。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述迭代选取最近点算法选取所述高炉的炉喉以上外形所对应的点群作为特征点。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(a)的所述第一次三维点群进一步相对于所述高炉内料面的外形，所述步骤(c)的所述第二次三维点群进一步相对于所述高炉内喷浆后的料面的外形，所述步骤(d)对比后进一步包括得到回弹量厚度。
10. 一种测量高炉炉壁残厚的方法，包括以下步骤：
(a)测量取得一第一次三维点群，所述第一次三维点群是相对于所述高炉内壁的目前外形；
(b)取得一机械尺寸模型，所述机械尺寸模型是相对于所述高炉内壁的原始外形；及
(c)对比所述步骤(a)的第一次三维点群及所述步骤(b)的机械尺寸模型，以得到所述高炉的炉壁残厚。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述步骤(a)包括：
(a1)架设一个三维激光扫描仪于所述高炉内；及
(a2)利用所述三维激光扫描仪取得所述第一次三维点群。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中所述步骤(b)经由所述高炉的原始机械图取得所述机械尺寸模型。
13. 根据权利要求10所述的方法，其中所述步骤(c)是对所述第一次三维点群及所述机械尺寸模型进行一迭代选取最近点(Iterative Closest Point，ICP)算法。
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|---|---|---|---|---|
| CN104034278A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-09-10 | 北京必可测科技股份有限公司 | 进行锅炉检测的方法及装置 |
| CN106568389A (zh) * | 2015-10-12 | 2017-04-19 | 华电宁夏灵武发电有限公司 | 一种空冷岛框架变形监测方法 |
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2007
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