CN107076723B - 耐火部件的非破坏性测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试耐火部件的内部结构的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过发射天线将至少一个称为“脉冲”的电磁波发射到待测试的耐火部件中；b)在脉冲被耐火部件的反射区反射之后，通过接收天线接收所述脉冲；和c)分析前述两个步骤之间的时移，以推导出反射区在耐火部件中的位置，所述脉冲具有小于或等于0.5纳秒的持续时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检查耐火部件的内部结构的非破坏性方法。
背景技术
耐火制品具有各种常见的高温应用。它们通常采用大部件的形式，并且可以例如用在玻璃熔炉中。
耐火部件可以特别地通过熔铸制造。该方法包括在非常高的温度下在电弧炉中熔化原材料，然后将其浇注到模具中。然后将模制部件冷却并固化。在该冷却步骤期间，会发生收缩效应并在耐火部件的内部产生空腔(缺陷)。
选择合适的原材料组成且控制其制造方法和质量允许适合于各种熔炉区域的高质量耐火部件，该高质量耐火部件可被放置在该熔炉区域中来制造。
然而，耐火部件经受磨损，特别是在某些关键的高应力区域中，例如与熔融玻璃浴的表面接触的那些区域。已知部件的内部结构使得可以确保其在这些关键区域中不包含缺陷。因此，非破坏性检查方法被用来评估耐火部件的内部缺陷。
超声方法包括：通过浸没在水中的耐火部件测量超声信号的衰减。这种方法是非常有效的，但是其经常通过将每个耐火部件定位在充水箱中来实现。
此外，FR 2 689 245公开了探地雷达(GPR)的使用。
然而，存在盲区(其直接位于雷达的天线下方)，其尺寸为数十毫米，并且在该盲区内不可能检测到任何缺陷。因此，该方法对于所有厚度小的耐火部件(例如板坯)是无效的，因为潜在缺陷的区域和盲区重叠。
因此，需要一种不具有这些缺点的非破坏性检查方法，特别是对于适用于厚度小于200mm的耐火部件的非破坏性检查方法。
本发明的一个目的是至少部分地满足这种需要。
发明内容
本发明涉及一种用于检查耐火部件的内部结构的方法，所述方法包括以下步骤：
a)通过发射天线将至少一个被称为“脉冲”的电磁波发射到待检查的耐火部件中；
b)在所述脉冲已经被耐火部件的反射区反射之后，通过接收天线接收所述脉冲；和
c)分析前述两个步骤之间的时移，以便从中推导出所述反射区在耐火部件中的位置，
所述脉冲具有小于或等于0.5纳秒的持续时间。
发明人已经观察到，这样的持续时间有利地允许评估被检查的耐火部件的内部结构，即使该耐火部件具有小于200mm的厚度。
优选地，根据本发明的方法还具有以下可选特征中的一个或多个特征：
-所述持续时间小于0.3纳秒、优选小于0.2纳秒或者甚至小于0.15纳秒或小于0.10纳秒；
-在步骤a)中，每秒发射超过1000个脉冲；
-两个脉冲发射之间的时间间隔大于100纳秒；
-所述脉冲是波列，其中心频率优选地包括在2GHz和10GHz之间，并且优选地高于3GHz；
-发射天线和接收天线定位成彼此相距至少20cm，或者甚至彼此相距小于10厘米，或者甚至彼此相距小于5厘米；
-耐火部件具有小于300毫米、小于200毫米或甚至小于100毫米的厚度；
-耐火部件由烧结材料或熔融材料制成；
-耐火部件由对于其重量的大于90％是由一种或多种选自由ZrO2、Al2O3、SiO2、Cr2O3、Y2O3和CeO2构成的组的氧化物组成的材料制成。
该方法优选用于检查耐火部件的从所述耐火部件的表面延伸到小于200mm的深度的区域的内部结构。
本发明还涉及一种用于制造熔炉(特别是玻璃熔炉或冶金熔炉)的方法，所述方法包括以下步骤：
A)制造耐火部件；和
B)使用根据本发明的检查方法，检查耐火部件；和
C)如果通过检查，则将耐火部件放置在熔炉中，特别是在放置在易于与熔融的金属或熔融的玻璃接触的区域中。
定义
-在此将耐火部件的厚度定义为其最小尺寸。
-除非另有说明，否则“包含一”或“包括一”意味着“包括至少一”。
具体实施方式
根据本发明的方法实现了熟知的脉冲雷达的原理。
所谓的“脉冲雷达”(法语是“radaràimpulsions”)必须与连续波雷达(法语是“radar à onde continue ou à émission continue”)加以区分。具体地，这些类型的雷达的操作原理是非常不同的：特别地，脉冲雷达发射脉冲并且等待其返回。相反，连续波雷达从第一天线连续地发射波，并且使用第二天线连续地接收反射波。
优选地，根据本发明的方法实现GPR技术，特别是在FR 2 689 245中描述的技术，其仅适于修改发送到耐火部件中的电磁波的性质。特别地，根据本发明，必要的是脉冲具有小于或等于0.5纳秒的持续时间，而FR 2 689 245仅提及具有1纳秒的宽度的脉冲。
脉冲可以由任何形状的信号组成，优选地是正弦、三角形、方形、矩形或锯齿形中的一种。优选地，脉冲是具有高于3千兆赫的中心频率的周期性波列，从而提高分辨率(即两个点之间需要的最小距离，以能够单独区分它们)。脉冲也可以是非周期波，例如狄拉克脉冲。
脉冲优选以规律的间隔发射。优选地，每秒发射超过1000个脉冲。脉冲的发射频率一定不能与构成脉冲的波的频率、例如3GHz混淆。
另外，脉冲的持续时间(或“宽度”)一定不能与构成脉冲的波的周期混淆。特别地，本发明人已经发现，对于波的给定周期，小的脉冲宽度使得可以改善耐火部件的表面区域的分析，特别是改进耐火部件的从所述耐火部件的表面延伸到小于200mm的深度的区域的分析。
优选地，从待检查的耐火部件上的各个位置相继地发射脉冲。优选地，发射天线在耐火部件的外表面上移动，例如在耐火部件的一个侧面上移动。因此，可以获得耐火部件的内部结构的图像。
当电磁波的传播介质的特性改变时，特别是在该介质的介电常数变化的情况下，这些波中的一些波被反射。特别地，耐火部件内部的空腔可以反射入射脉冲。反射的脉冲可以通过接收天线记录。
发射天线和接收天线可以相同或不同。
在一个优选实施方式中，发射天线和接收天线并排放置。“并排”是指发射天线和接收天线彼此接触或彼此隔开小于5厘米的距离。由此提高了测量装置的紧凑性。
发射天线和接收天线可以有利地放置在同一位置，即，反射的脉冲在发射天线发射入射脉冲之后立即通过入射脉冲经过的区域而到达接收天线。发射天线和接收天线也可以放置在不同的位置。
优选地，发射天线和接收天线放置成与待检查的耐火部件的外表面接触。优选地，发射天线垂直于耐火部件的所述外表面发射，并且更优选地，当耐火部件具有对称平面时，发射天线垂直于所述对称平面发射。
在步骤c)中，时移使得可以知道耐火部件的反射入射脉冲的区域的位置，容易确定脉冲在耐火部件中的速度。如果该位置对应于耐火部件的外表面，则没有检测到缺陷。否则，耐火部件包含可以被认为是缺陷的结构异质性。
在步骤c)中进行的分析允许对被检查的耐火部件的内部结构进行评估。优选地，步骤c)允许获得该内部结构的表征，特别是图像。
对于耐火部件的深部区域，通过步骤c)的分析获得的信息的精度与使用常规脉冲雷达获得的信息的精度相似。相反，在步骤c)中发送的关于表面区域的信息是可靠的，而不同于用常规脉冲雷达获得的信息。
如果识别出隐藏的缺陷，则耐火部件可以被拒绝，例如以便报废或回收。否则，耐火部件可被使用且例如被放置在玻璃熔炉中，特别是在临界区域中。
实施例
以下实施例出于说明的目的被提供，而不是限制本发明。
使用两个脉冲持续时间(1纳秒(“方法A”)和根据本发明的0.1纳秒(“方法B”))，通过实施GPR技术的方法分析尺寸为250mm×500mm×1200mm的块和尺寸为50mm×500mm×600mm的板坯，该块和板坯通过以下方法获得：将原材料在电弧炉中熔化，然后倒入模具中并固化。方法A代表现有技术。
在两种方法的每一种方法中，通过脉冲雷达发射电磁波：对于方法A，来自GSSI公司的StructureScan MiniTM雷达；对于方法B，来自Utsi Electronics公司的Groundvue 5C雷达。信号的波是不完美的方波。每个脉冲是由大量正弦波组成的脉冲串，其频率可以围绕中心频率改变±60％至70％，例如对于方法B包括在2GHz和10GHz之间。在表1和表2中给出脉冲的持续时间和中心频率。
将块和板坯放置在它们的主面(分别为500mm×1200mm尺寸的表面和500mm×600mm尺寸的表面)上，并且雷达沿着相对的表面移动。然后在其主面的横向对称平面中锯开每个块和板坯，以允许目视观察缺陷，并允许将该观察与利用两种方法获得的图像进行比较。
表1和表2给出了观察结果。
表1
表2
可以看出，使用1.6GHz并且具有1纳秒的脉冲持续时间的雷达在块的图像的边缘上留下盲区ZA，并且对于板坯是无效的。特别地，在板坯的图像中根本不出现缺陷区域(与目视观察中的气孔相对应的黑斑)。
相反，使用方法B，看到对应于缺陷区域的白色区域出现。此外，可以注意，用该方法获得的图像的分辨率非常好。
如现在应很显而易见地，本发明提供一种易于实施的方法，并且特别地该方法不需要浸没待被检查的耐火部件，并且该方法在耐火部件的整个厚度上是有效的。该方法特别适合于检查诸如板坯的厚度小的耐火部件。
当然，本发明不限于所描述的实施方式，该实施方式是非限制性的并且作为说明而提供。
Claims (8)
1.一种用于检查由熔融材料制成的耐火部件的内部结构的方法，所述方法包括以下步骤：
a)通过发射天线将至少一个被称为“脉冲”的电磁波发射到待检查的所述耐火部件中；
b)在所述脉冲已经被所述耐火部件的反射区反射之后，通过接收天线接收所述脉冲；和
c)分析前述两个步骤之间的时移，以便从中推导出所述反射区在所述耐火部件中的位置，
所述脉冲具有小于或等于0.5纳秒的持续时间，所述脉冲是中心频率包括在2GHz和10GHz之间的波列，
所述耐火部件具有小于300毫米的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述持续时间小于0.2纳秒。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲是具有高于3千兆赫的中心频率的波列。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中，每秒发射超过1000个脉冲和/或其中两个相继的脉冲被分开大于100纳秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射天线和所述接收天线是并排的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述耐火部件具有小于200毫米的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述耐火部件由对于其重量的大于90％是由一种或多种选自由ZrO2、Al2O3、SiO2、Cr2O3、Y2O3和CeO2构成的组的氧化物组成的材料制成。
8.一种用于制造熔炉的方法，所述方法包括以下步骤：
A)制造耐火部件；和
B)使用如权利要求1至7中任一项所述的检查方法检查所述耐火部件；和
C)如果通过所述检查，则将所述耐火部件放置在所述熔炉中。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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