CN112098071A - 对冶金设施中的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统 - Google Patents

Abstract

用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，包括：a)多个可识别的冶金容器(1)，例如钢包，其中所述可识别的冶金容器中的每一个包括可移除的耐火元件(1p)例如滑动闸阀板；b)多个备用耐火元件(1r)，其中每个备用耐火元件包括机器可读取的识别标签(1t)，该机器可读取的识别标签包括耐火元件识别数据；c)读取站(2)，例如RFID工作台，以读取定位在该读取站(2)的读取区(21)内的备用耐火元件(1d)的机器可读取的识别标签(1t)；d)耐火元件状况工具(3)，以便对与所述冶金容器(1)中的任何一个联接的耐火元件的状况进行评估；e)监测单元(4)，该监测单元可连接至读取站(2)和耐火元件状况工具(3)。

Description

对冶金设施中的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统

技术领域

本发明涉及一种用于对冶金设施(包括冶金容器例如钢包)中的可更换的耐火元件例如滑动闸阀板的状况进行跟踪和评估的系统。

背景技术

在冶金设施中，许多耐火元件是在苛刻条件下进行操作的，并且随着时间的推移而磨损，因此必须对其进行频繁更换。这种要频繁更换的耐火元件的一个示例是滑动闸阀板。

滑动闸阀是本领域众所周知的。滑动闸阀用于控制从上游冶金容器向下游容器浇注的熔融金属的流量。例如，从熔炉到钢包，从钢包到中间包，或者从中间包到铸锭模。例如，US-A-0311902或US-A-0506328公开了布置在浇铸钢包底部的滑动闸阀，其中使设有通孔的成对的耐火滑动闸阀板相对于彼此滑动。当浇注孔口对齐或部分重叠时，熔融金属可以流过滑动闸阀(“浇铸通道”打开)，而当浇注孔口之间没有重叠时，熔融金属的流动完全停止(“浇铸通道”关闭)。浇注孔口的部分重叠允许通过对熔融金属流进行节流来调节熔融金属的流量。尽管滑动闸阀在过去的几十年中已经有了相当大的改进，但原理保持不变，即一块板相对于另一块板滑动以控制两块板的通孔之间的重叠水平。

JP 2008221271公开了一种用于对冶金容器中的滑动闸阀板的磨损状态进行评估的设备。这种设备允许检查滑动闸阀板中是否有过度磨损的迹象，从而向操作者提供关于滑动闸阀是否必须通过更换其滑动闸阀板来进行翻新的指示。然而，该现有技术的设备不能实现一旦已将滑动闸阀板放置在冶金容器中就对其进行跟踪。尽管这种滑动闸阀板可以具有载有识别号的标签，但是一旦将熔融金属浇注到冶金容器中，这种标签就会被破坏或变得几乎无法读取。因此，现有技术的这种设备允许做出关于是否必须更换一组滑动闸阀板的及时决定，但是不能实现收集和存储每个滑动闸阀板的历史磨损数据，并且例如将这些历史数据与滑动闸阀板的制造特征相关联、典型地与滑动闸阀板的批号或识别号相关联。为了增加对耐火元件的生产过程对其使用性能的影响的了解，期望有一种允许将耐火元件的历史状况数据与其制造特征和金属生产参数(与耐火元件在金属铸造过程中的使用有关)相关联的系统。

文件WO 2005/007325公开了不同的方法，用于例如通过对滑动闸阀的孔口的理论节流率和实际节流率进行比较来客观地确定滑动闸阀的耐火板是否可以重复使用或应当进行处置。然而，所描述的方法难以实施，这是因为其需要在金属铸造过程中对若干参数例如熔融金属通过滑动闸阀的瞬时流量进行测量，以便推断滑动闸阀的孔口的实际节流率。所述方法还需要根据物理定律来计算熔融金属的理论瞬时流量，因此需要在冶金容器、滑动闸阀和熔融金属之间的力学相互作用的精确物理模型。由于在金属铸造过程中的物理测量不完善以及用于对穿过滑动闸阀的理论熔融金属流量进行计算的模型的近似性，因此在该现有技术文件中描述的方法同时难以实施并且准确性有限。此外，没有公开用于使不同板组的状况数据的收集以及将所述状况数据存储在计算机存储器中自动化的方法或系统。

文件WO 2010/057656公开了一种用于对冶金系统的系统或部件的特定数据进行主动跟踪的监测系统和方法。该方法使用RFID标签，该标签固定于冶金设施的各个部件或系统，因此不适用于耐火元件例如滑动闸阀板，所述耐火元件要承受由熔融金属引起的热应力、机械应力和化学应力。放置在滑动闸阀板上的RFID标签确实不能抵抗金属铸造操作，因此不能用于跟踪使用中的滑动闸阀板。此外，该文件没有公开用于对耐火元件例如滑动闸阀板的状况进行实际评估的任何系统或方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，以便洞悉耐火元件的历史磨损数据，该历史磨损数据与所述耐火元件的制造特征和金属生产参数相关联，与在金属铸造过程中耐火元件的使用有关。

所附的独立权利要求限定了本发明。从属权利要求限定了优选实施例。具体地，本发明涉及一种用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，该系统包括：

a)多个可识别的冶金容器，例如钢包，其中所述可识别的冶金容器中的每一个包括可移除的耐火元件例如滑动闸阀板；

b)多个备用耐火元件，其中每个备用耐火元件包括机器可读取的识别标签，该机器可读取的识别标签包括耐火元件识别数据；

c)读取站，例如RFID工作台，以便读取定位在读取站的读取区内的备用耐火元件的机器可读取的识别标签；

d)耐火元件状况工具，以便对与所述冶金容器中的任何一个联接的耐火元件的状况进行评估；

e)监测单元，该监测单元可连接至该读取站和该耐火元件状况工具，其中该监测单元被配置为：

i.从该耐火元件状况工具接收与所述冶金容器之一联接的至少一个耐火元件的状况数据；

ii.接收所述冶金容器的识别数据；

iii.将所述状况数据与所述冶金容器的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中；

iv.基于所述状况数据(“通过或不通过”)决定是否必须更换该耐火元件，并且在必须更换该耐火元件(“不通过”)的情况下，该监测单元被配置为：

a.确定从该读取站接收的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件进行更换的备用耐火元件的识别数据；

b.在该耐火状况数据库中将所述耐火元件识别数据与所述冶金容器(1)的识别数据相关联。

在有利的实施例中，该监测单元包括人机接口或HMI，所述HMI被配置为通知操作人员是否必须更换该耐火元件。

在有利的实施例中，当必须更换耐火元件时，该HMI被配置为请求操作人员确认该读取站接收到的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件进行更换的备用耐火元件的识别数据。

在有利的实施例中，每个冶金容器包括机器可读取的标签，并且该监测单元被配置为当该冶金容器处于该监测单元的检测区中时读取这种机器可读取的标签。

在有利的实施例中，

i.该监测单元被配置为在默认情况下在该耐火状况数据库中将放置在该读取站的读取区中的备用耐火元件的耐火元件识别数据与位于该监测单元的检测区中的冶金容器的识别数据相关联；

ii.该HMI被配置为以便该操作人员可以修改默认关联。

在有利的实施例中，该监测单元操作机器人系统，该机器人系统被配置为执行至少一些以下操纵：操纵备用耐火元件，将备用耐火元件放置在该读取站的读取区中，从该冶金容器中移除用过的耐火元件，将备用耐火元件联接至该冶金容器，将该耐火元件状况工具与该冶金容器联接和解除联接。

在有利的实施例中，该读取站是RFID工作台，并且备用耐火元件包括RFID标签。

在有利的实施例中，在放置在钢包闸上的二维条形码上包括该冶金容器的识别数据，所述监测单元被配置为读取这种二维条形码。

在有利的实施例中，该监测单元被配置为将所述耐火制造数据与所述耐火识别数据相关联地存储在所述耐火状况数据库中，所述耐火制造数据包括以下数据中的至少一项：

·耐火材料；

·耐火制造过程参数，例如各种制造步骤的温度、压力以及持续时间；

·耐火制造日期。

在有利的实施例中，该监测单元被配置为将金属生产数据与所述冶金容器的识别数据相关联地存储在所述耐火状况数据库中，所述金属生产数据包括以下数据中的至少一项：

·在所述冶金容器中铸造的金属的类型和金属品级；

·在该冶金容器中使用的不同耐火材料的类型；

·该冶金容器的一次或多次停机的频率和/或持续时间；

·该金属生产过程的最终产品特征；

·铸造时间；

·铸造温度；

·热化学；

·一个或多个新的耐火元件的安装日期/时间；

·具有相同的一个或多个耐火元件的铸件的数量；

在有利的实施例中，根据本发明的系统包括计算单元，所述计算单元被配置为计算针对所述耐火状况数据的机器学习预测模型的系数，其中所述计算单元被配置为：

i.基于所述耐火状况数据库的数据而生成多个训练实例，其中每个训练实例包括：

1.以从该耐火制造数据中提取的至少一个参数和/或从该金属生产数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输入；

2.以从该耐火状况数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输出；

ii.基于所述训练实例来训练该机器学习预测模型。

在有利的实施例中，该耐火元件状况工具是板状况工具，用于对与冶金容器例如钢包的滑动闸阀联接的滑动闸阀板的状况数据进行测量，所述滑动闸阀包括从所述滑动闸阀的外壁突出的下水口，所述滑动闸阀能够通过使至少两个滑动闸阀板相对于彼此滑动而在打开构型与关闭构型之间切换，当所述滑动闸阀处于打开构型时，所述下水口与所述冶金容器的铸造通道处于流体连通，所述板状况工具包括：

·主体，该主体包括封闭器以至少部分地封闭该下水口；

·包括压力调节器的气体注入装置，用于在目标压力下通过该封闭器将气体注入到该下水口中；

·气体流量测量装置，以便对由该气体注入装置注入的气体的流量进行测量；

·控制器，该控制器通信地连接至该气体流量测量装置，并且被配置为接收与该滑动闸阀板的相对位置有关的输入数据。

在有利的实施例中，该控制器被配置为将达到该目标压力所需的气体流量(GF)及所述滑动闸阀板的相对位置(RP)作为时间变量的函数存储在所述控制器的存储器中。

在有利的实施例中，该控制器被配置为对气体流量(GF)函数进行处理，从而通过计算所述函数的导数来提取第一指标，并且通过计算所述函数的积分来提取第二指标。

附图说明

本发明的这些方面和进一步的方面将通过举例方式并参考附图进行更详细的解释，在附图中：

图1a)和图1b)分别示出了根据本发明的系统的第一实施例和第二实施例；

图2a)和图2b)表示图1a)和图1b)的实施例中的监测单元与其他部件之间的交互；

图3示出了展示如何可以通过监测单元来更新耐火状况数据库的示例；

图4a)和图4b)分别示出了冶金容器的(a)两板式滑动闸阀和(b)三板式滑动闸阀；

图5是在根据本发明的系统中使用的板状况工具的示例的主要部件的示意图；

图6示出了钢包的底部的透视图，该钢包包括与根据本发明的系统的板状况工具联接的滑动闸阀；

图7a)和图7b)示出了通过根据本发明的系统的板状况工具进行监测的参数的曲线图；

附图没有按比例绘制。

具体实施方式

图1(a)表示根据本发明的系统的第一实施例。钢包1侧置于车间中，在该车间中对其进行磨损元件检查并翻新。

根据本发明的一个基本特征，钢包1属于冶金容器系列，其中每个冶金容器都是可识别的，这意味着该系列中的每个冶金容器都可以彼此区分。在图1(a)所展示的实施例中，钢包1的外壁上载有唯一识别号N°###，以便该钢包可以例如被操作人员11识别。替代性地，冶金容器可以载有RFID标签或条形码例如QR码。

根据本发明的另一个基本特征，钢包1包括可移除的耐火元件例如滑动闸阀板1p。由于滑动闸阀板1p在机械约束和热约束下进行操作，该滑动闸阀板需要在短时间间隔内进行更换。因此，通过可逆的机械联接，使得滑动闸阀板1p有利地安装在钢包1的滑动闸阀上。滑动闸阀板1p例如可以被夹紧在滑动闸阀的托架中，从而可以由操作人员或操作机器人不时地对其进行更换。滑动闸门的其他耐火元件例如下水口或内部水口在需要时也可以进行更换。

在图1(a)中，操作人员11站在一堆备用耐火元件1r旁边。每个备用耐火元件1r载有机器可读取标签(未示出)例如RFID标签或条形码。操作人员11与读取站2进行交互，该读取站被配置为读取备用耐火元件1d的定位在读取站2的读取区21中的机器可读取识别标签。根据本发明的系统还包括耐火元件状况工具3以便于对冶金容器1的耐火元件例如滑动闸阀板1p的状况进行评估。耐火元件状况工具3有利地被配置为测量物理参数，从所述物理参数中可以推断出耐火元件1p的磨损状况。具体地，耐火元件状况工具3必须能够检测耐火元件何时处于过度磨损的状态，以至于其必须被替换。文件JP 2008221271公开了例如这种耐火元件状况工具3，以便对冶金容器的滑动闸阀板的磨损状况进行评估。将在本文中进一步介绍耐火元件状况工具的更多示例。

根据本发明的另一个基本特征，该系统包括监测单元4。监测单元4可连接至读取站2和耐火元件状况工具3。监测单元4被配置为从耐火元件状况工具3接收与冶金容器1联接的至少一个耐火元件的状况数据。在已接收到状况数据之后，通过监测单元4将该状况数据与冶金容器1的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中。监测单元4还被配置为基于所述状况数据来确立是否必须更换耐火元件1p，并且相应地发出“通过”或“不通过”的决定。监测单元4包括至少一个处理器，并且优选地包括存储器。这种处理器可以位于冶金设施的车间中，与根据本发明的系统的其他部件例如读取站2和耐火元件状况工具3直接相邻。耐火元件状况工具3然后有利地使用如图1a)所示的有线连接或使用如图1b)所示的无线连接(天线“c”)而通信地连接至监测单元4。

替代性地，由于通信协议(例如TCP/IP)，所以监测单元4可以位于远距离处，并且可以通过有线或无线连接通过计算机网络而与根据本发明的系统的其他部件进行通信。该监测单元还可以包括多个处理器，其中这些处理器中的至少一些嵌入到系统的其他部件例如读取站2或耐火元件状况工具3中。耐火状况数据库可以存储在监测单元4的存储器中。替代性地，耐火状况数据库可以是托管在远程服务器上的中央数据库，并且从不同的冶金设施收集耐火状况数据。

在图1(a)的实施例中，耐火元件状况工具3和备用耐火元件1r由操作人员11操纵。在本实施例中，操作人员11负责将备用耐火元件1r放置在读取站2的读取区21中。在监测单元4做出“不通过”决定的情况下，还由操作人员11手动地从冶金容器1中取出用过的耐火元件1p并将备用耐火元件联接在冶金容器1中。因此，在本实施例中，监测单元4有利地包括人机接口41(HMI)以便对根据本发明的系统与操作人员11之间的交互进行管理。然后，HMI 41有利地被配置为通过例如在屏幕上显示消息来通知操作人员11是否必须更换耐火元件1p。如图1a)所示，HMI 41有利地以有线连接方式通信地连接至监测单元4。替代性地，HMI 41可以与监测单元4无线连接。在又一实施例中，HMI 41可以被集成到监测单元4，以便它们共享至少一个公共电子处理器。

如上文所述，冶金容器1的识别数据是与冶金容器1相关联的数据，该数据允许将这种冶金容器1与金属铸造设施中的其他冶金容器区分开。如图1a)所示，该识别数据可以对应于冶金容器1的外壁上的唯一标识号N°###。在本实施例中，HMI 41可以被配置为从操作者11接收当前在车间中的冶金容器1的标识号N°###。替代性地，冶金容器1可以载有机器可读取标签，例如图1b)所展示的RFID标签(天线“a”)。在本实施例中，监测单元4被配置为当冶金容器1位于监测单元4的检测区42中时，读取冶金容器1的RFID标签以获得其识别数据。重要的是要注意，贯穿本文，唯一识别号或机器可读取标签可以位于从冶金容器1可移除的部分例如滑动闸阀1v上，前提是这种可移除的部分在冶金容器1上的使用寿命比耐火元件1p之一的使用寿命高至少一个数量级。当根据本发明实施该系统时，则这种可移除的部分的识别号可以被视为冶金容器识别数据。

如果监测单元4确定必须更换耐火元件1p，或者换言之，该监测单元已发出了“不通过”决定，则监测单元4将确定从读取站2接收的耐火元件识别数据对应于对至少一个耐火元件1p进行更换的备用耐火元件的识别数据。然后，监测单元4被配置为在耐火状况数据库中将这种耐火元件识别数据与冶金容器1的识别数据相关联。

本发明还涉及由监测单元4的至少一个处理器实施的方法，其中该方法包括以下步骤：

i.从耐火元件状况工具3接收与可识别的冶金容器1联接的耐火元件1p的状况数据；

ii.接收冶金容器1的识别数据；

iii.将所述状况数据与所述冶金容器1的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中；

iv.基于所述状况数据(“通过或不通过”)而确定是否必须更换该耐火元件1p，并且在必须更换该耐火元件1p(“不通过”)的情况下，该监测单元4被配置为实施以下步骤：

a.确定从读取站2接收的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件1p进行更换的备用耐火元件的识别数据；

b.在该耐火状况数据库中将所述耐火元件识别数据与所述冶金容器1的识别数据相关联。

有利地，对多个可识别的冶金容器1执行上述方法，并且以规律的时间步长重复该方法。

当操作人员负责操纵备用耐火元件1r并将其联接至各种冶金容器时，将请求来自该操作人员11的输入来确定从读取站2接收到的耐火元件识别数据对应于对耐火元件1p进行更换的备用耐火元件的识别数据。

HMI 41有利地被配置为在必须更换耐火元件1p时请求操作人员11确认从读取站2接收到的耐火元件识别数据对应于对用过耐火元件1p进行更换的备用耐火元件的识别数据。在一个实施例中，HMI 41可以被配置为在必须更换耐火元件1p时请求操作人员11确认当前放置在读取站2的读取区21中的备用耐火元件1d对应于要联接至冶金容器1以对用过的耐火元件1p进行更换的耐火元件。例如可以请求操作人员11按下键盘上的按钮，以确认读取站2刚从读取区21中的备用耐火元件1d接收到的耐火元件识别数据对应于将由操作人员联接至冶金容器1的耐火元件的识别数据。

在另一个实施例中，当冶金容器载有RFID标签，并且监测单元4被配置为从这种RFID标签中提取冶金容器识别数据时，监测单元4可以被配置为在默认情况下在耐火状况数据库中将放置在读取站2的读取区21中的备用耐火元件1d的耐火元件识别数据与位于监测单元4的RFID检测区42中的冶金容器1的识别数据相关联。在这种配置中，仅在监测单元4已对冶金容器1发出“不通过”决定之后，才对操作人员11进行训练以放置备用耐火元件1d。在本实施例中，将备用耐火元件1d放置在读取站2的读取区21中确实被监测单元4视为由操作者确认耐火元件1d正在更换冶金容器1中的耐火元件1p。然而，HMI 41有利地被配置为以便操作人员11可以修改默认关联。这将允许操作人员11纠正默认关联，以防该操作人员无意地将备用耐火元件1d放置在读取区21中，而监测单元4最终为当前在车间中的冶金容器1发出“通过”决定。

图1b)示出了本发明的实施例，其中该系统被配置为在有限的人员干预下或者甚至没有任何操作人员11的情况下在自动化配置下进行工作。在这种情况下，监测单元4可以操作机器人系统5。这种机器人系统5有利地被配置为执行图1a)的实施例中操作者11必须管理的至少一些操纵，包括：操纵备用耐火元件1r，将备用耐火元件1r放置在该读取站2的读取区21中，从该冶金容器1中移除用过的耐火元件1p，将备用耐火元件1r联接至该冶金容器1，将该耐火元件状况工具3与该冶金容器1联接和解除联接。

图2a)和图2b)总结了图1a)和图1b)的实施例中的监测单元4与其他部件之间的交互。在这些图中，“RC Db”表示“耐火状况数据库”。如图1b)和图2b)所展示的，在根据本发明的系统的全自动化配置的情况下，不同的冶金容器有利地载有机器可读取的标签(天线“a”)，以便当冶金容器1是静态检测区42时，监测单元4可以读取在机器可读取标签中包含的冶金容器1的识别数据。替代性地，机器人系统5可以被配置为，通过集成到机器人系统5上的适当的读取系统，例如机器视觉系统或RFID读取站，来读取冶金容器1的机器可读取标签。

图3示出了展示如何可以通过监测单元4而对钢包(其识别数据为L1234)更新耐火状况数据库的示例。通过耐火元件状况工具3在不同时刻进行的连续耐火状况测试RCT 1-9而产生耐火状况数据，并且通过监测单元4做出“通过”或“不通过”决定。最初，具有识别数据R111的耐火元件联接至钢包L1234。如图所示，前两次耐火状况测试RCT1、RCT2得出“通过”决定，因为它们反映了耐火元件R111没有显示出过度磨损的迹象。另一方面，第三次耐火测试RCT 3得出“不通过”决定。该“不通过”决定触发了用备用耐火元件R344来更换耐火元件R111，该备用耐火元件的识别由监测单元4从读取站2获得。然后，监测单元4将随后的耐火状况测试RCT 4-7与该新的耐火元件R344相关联，直到耐火状况测试RCT 7为止，在此由于发出了“不通过”决定而确定必须更换耐火元件R344。监测单元4可以对冶金设施的不同的冶金容器1应用相同的更新过程。耐火状况数据库还可以从各自都包括根据本发明的系统的不同冶金设施收集耐火状况数据。

由至少一个监测单元4更新的耐火状况数据库允许因此跟踪在一个或若干冶金设施中使用的耐火元件，并且将每一个耐火元件与在连续时间步长处测量的耐火元件的状况数据链接。使用根据本发明的系统，一旦它们已经在冶金容器中进行了操作，尽管无法访问耐火元件载有的识别标签，或者甚至所述识别标签破坏了，仍可以建立这种有价值的数据库。

虽然该耐火状况数据库允许单独地跟踪冶金设施中的各种耐火元件，并且可以被集成到例如金属铸造设施的供应链管理应用中，但该耐火状况数据库还可以用于产生冶金设施中耐火元件1p、1r的活动方式的计算模型。为此，耐火制造数据，例如耐火材料或某些耐火生产过程参数，例如各种耐火制造步骤的温度、压力和持续时间，可以有利地通过监测单元4而与相应的耐火元件的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中。由于耐火识别数据和/或批次号和/或生产时间是与耐火元件相关联的，所以例如可以从耐火制造数据库中提取这种耐火制造数据。

金属生产数据也可以有利地通过监测单元4而存储在耐火状况数据库中。这种金属生产数据可以与相应的冶金容器1的识别数据相关联，并且有利地包括以下数据中的至少一项：冶金容器1中铸造的金属的类型，在冶金容器1中使用的不同耐火材料的类型，冶金容器停机的频率和/或持续时间，金属生产过程的最终产品特征。当要监测的耐火元件1p是滑动闸阀板时，金属生产数据还有利地包括处于磨损状况的板的使用时间。为此，可以从总浇铸时间中推断出滑动闸阀板的完全关闭的时间和完全打开的时间，因为在这两个位置，所述板受到少许磨损或没有磨损。替代性地，与由冶金容器1的滑动闸阀板所执行的相对运动的数量有关的数据也可以被存储，可以与相应的冶金容器1的识别数据相关联。

在有利的实施例中，根据本发明的系统包括计算单元，该计算单元被配置为针对耐火状况数据训练机器学习预测模型，例如(深度)神经网络模型或概率图形模型，其中所述计算单元被配置为：

i.基于所述耐火状况数据库的数据而生成多个训练实例，其中每个训练实例包括：

·以从该耐火制造数据中提取的至少一个参数和/或从该金属生产数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输入；

·以从该耐火状况数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输出；

ii.基于所述训练实例来训练该机器学习预测模型。

如上文已经解释的，耐火元件1r、1p可以是滑动闸阀板。这种滑动闸阀板1r、1p是冶金容器的滑动闸阀1v中的基本部分。滑动闸阀可以是两板式或三板式滑动闸阀。如图4a)所展示的，两板式滑动闸阀包括上滑动闸阀板1u和下滑动闸阀板1L，而如图4b)所展示的三板式滑动闸阀还包括夹在上滑动闸阀板1u与下滑动闸阀板1L之间的中间滑动闸阀板1m。

滑动闸阀板包括滑动表面1s，该滑动表面与第二表面1d相隔开滑动闸阀板的厚度并且通过外围边缘而彼此接合。该滑动闸阀板还包括在滑动表面的法线上延伸的通孔1b。中间滑动闸阀板1m的第二表面1d也是滑动表面。上滑动闸阀板、下滑动闸阀板和可选的中间-滑动闸阀板各自都与相应的上板支撑框架11t、下板支撑框架11L和可选的中间-板支撑框架11m的接收托架1c联接，并且一块板的至少一个滑动表面1s与第二块板的滑动表面1s滑动接触。

上板支撑框架11u相对于冶金容器被固定，并且上滑动闸阀板1u通常联接至冶金容器的内部水口。在两板式滑动闸阀中(参见图4a))，下板支撑框架11L是可移动的滑架，该可移动的滑架可以由气动或液压活塞17驱动而进行平移，以使得下滑动闸阀板的滑动表面抵靠接触着上滑动闸阀板的滑动表面并相对于其滑动。在三板式滑动闸阀中，下板支撑框架11L相对于上板支撑框架和冶金容器被固定。中间板支撑框架11m是可移动的滑架，该可移动的滑架适合于使中间-滑动闸阀板的两个滑动表面分别抵靠并相对于上滑动闸阀板和下滑动闸板阀的滑动表面滑动。如本领域所周知的，在三板式滑动闸阀中，滑动闸阀板的滑动表面相对于上滑动闸阀板的滑动表面的滑动平移，以及可选地相对于下滑动闸阀板的滑动表面的滑动平移，允许控制两块(或三块)板的通孔2b之间的重叠水平。

如上文所述，由于滑动闸阀板在机械约束和热约束下进行操作，该滑动闸阀板需要在短时间间隔内进行更换。具体地，在若干次铸造操作之后，滑动闸阀板的滑动表面1s可能被侵蚀和/或其通孔1b可能变大。为了确定是否必须更换滑动闸阀板，必需事先评估其磨损状况。在本发明中，耐火元件状况工具3可以是板状况工具，以便通过实施板状况测试来在板仍联接至冶金容器1的滑动闸阀时评估滑动闸阀板的磨损状况。

如图5所展示的，根据本发明的板状况工具3具有主体44，该主体包括封闭器9以至少部分地封闭冶金容器1中的滑动闸阀1v的下水口1n。封闭器9的功能是对抗气体试图从下水口1n中流出的位移的阻力，有时被不准确地称为“背压”。封闭器9可以包括密封件保持器，以保持由致动器压靠在下水口1n上的密封件。在另一个实施例中，封闭器可以包括拧在下水口1n的螺纹上的盖。在又一实施例中，封闭器可以包括盖，所述盖例如通过水泥而以化学方式密封到下水口1n。在优选的实施例中，封闭器被配置为下水口1n的完全气密性封闭件。然而，对于使用根据本发明的板状况工具实施板状况测试而言，完全气密性封闭不是必需的。实际上，例如即使在下水口1n损坏的情况下，也可以使用板状况工具3，而封闭器9不能再与该下水口气密地密封。

本发明的一个基本特征是一种包括压力调节器6的气体注入装置，以便在目标压力下通过该封闭器9将气体注入到该下水口1n中。压力调节器是控制阀，该控制阀被配置为在输入压力下接收气体并且将这种输入压力在其输出处减小至期望值(目标压力)。在本发明中，压力调节器6例如可以是电子比例压力调节器，该电子比例压力调节器被配置为从高压空气供应器接收6bar压力的压缩空气，并且调节在该电子比例压力调节器的输入与输出之间的气体流量，以在该电子比例压力调节器的输出处维持1.5bar的目标压力。气体注入装置有利地被配置为通过供应管道而将气体注入到封闭器9的通孔中。

本发明的另一个基本特征是存在气体流量测量装置7或流量计7，其被配置为测量由气体注入装置注入在下水口1n中的气体的流量。如图5所展示的，这种气体流量测量装置7有利地安装在压力调节器6与封闭器9之间，以便来自压力调节器6的输出的气体在进入下水口1n之前流过气体流量测量装置7。

本发明的第三个基本特征是控制器8，该控制器通信地连接至该气体流量测量装置7，并且被配置为接收与滑动闸阀板的相对位置有关的输入数据。这种控制器有利地是电子控制器(例如PLC)，该电子控制器被配置为在连续的时间步长处将(i)气体流量和(ii)滑动闸阀板的相对位置的值存储在所述控制器的存储器中。在有利的实施例中，控制器8通信地连接至压力调节器6。控制器8是中央单元，该中央单元监测由压力调节器6调节的压力、由流量计7测量的气体流量、以及滑动闸阀板1u、1L、1m的相对位置。在有利的实施例中，控制器8还被配置为通过对气动或液压活塞17进行致动来控制滑动闸阀板1u、1L、1m的相对滑动运动。在该配置中，控制器8能够自身启动实施全板状况测试所需的滑动闸阀板1u、1L、1m的相对滑动运动。在有利的实施例中，控制器8被配置为在使滑动闸阀1v从关闭构型移动到打开构型时实施板状况测试。

通过对气体流量测量数据和滑动闸阀板1u、1L、1m的相对位置数据进行处理，控制器8将能够对与滑动闸阀板1u、1L、1m的磨损状态有关的指标进行评估。在滑动闸阀板的相对位移期间由流量计7测量的气体流量确实与流过滑动闸阀1v的气体量强烈相关。如上文已经解释的，在滑动闸阀板处于理想状态(无磨损)的情况下，只有当滑动闸阀板1u、1L、1m的通孔1b之间存在至少部分重叠时，流体才能流过滑动闸阀。由于处于理想状态的滑动闸阀板的通孔1b具有已知的直径，因此气体流量的轮廓的形状在滑动闸阀板的已知相对位置处急剧变化。确实在通孔1b开始或停止的位置处观察到气体流量的这种急剧变化，这取决于滑动闸阀1v最初是处于闸门关闭构型(急剧上升)还是处于闸门打开构型(急剧下降)。

在图7a)中展示了气体流量的这种急剧变化，该图示出了当滑动闸阀板的相对位置RP从闸门关闭构型变为打开构型时气体流量相对于时间变量的曲线GF。初始峰值S1对应于使下水口1n中的压力升高所需的气体流量。气体流量的急剧上升S2对应于滑动闸阀1v的使通孔2b开始重叠时的相对位置。曲线NP示出了通过压力调节器6监测的气体压力，该气体压力在初始气体流量峰值S1之后达到其目标值1.5bar。

图7b)示出了与图7a)相同的曲线图，但是这次是针对磨损的板。磨损的板的特征在于侵蚀的滑动表面1s和/或扩大的通孔1b。在表面1s侵蚀的情况下，在气体流量的急剧上升S2之前是轻度增加M1，这反映了当通孔1b在其开始重叠之前处于流体连通时发生了泄漏。当磨损的板具有扩大的通孔1b时，也可以观察到急剧上升S2向左偏移。板状况工具3及其控制器8将允许检测并量化GF曲线的这些变化。

在一个实施例中，控制器8可以被配置为通过对气体流量曲线图GF下方的面积进行计算，或者换言之，通过对气体流量相对于时间变量的积分来量化由于滑动表面1s的侵蚀而引起的泄漏。为了产生与由于侵蚀引起的泄漏有关的有意义的物理指标，有利地将这种积分放在透视图上，例如在测试过程中将移动的滑动闸阀板的滑动速度归一化。另一方面，可以通过评估急剧上升S2的偏移来量化所述板的通孔1b的扩大。在一个实施例中，可以通过对气体流量曲线图GF的导数进行计算并寻找该导数的局部最大值来找到急剧上升S2的位置。然后，通过使用曲线图RP，可以将滑动闸阀板1u、1L、1m的相对位置与该急剧上升S2相关联。

为了生成滑动闸阀板1u、1L、1m的相对位置的曲线图RP并提取上述物理指标，控制器8必须接收与所述相对位置有关的电子信号。在一个实施例中，这种电子信号可以由测距仪提供，该测距仪被配置为对移动的滑动闸阀板1L、1m的位移进行测量。替代性地，可以从气动或液压活塞17的控制系统直接获得这种电子信号，该气动或液压活塞对滑动闸阀11的可移动的滑架11L、11m进行致动。然而，仅当控制系统可以以足够的准确度确定移动的滑动闸阀板1L、1m的位置时，该实施方式才是有利的。

Claims (14)

1.一种用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，所述系统包括：

a)多个可识别的冶金容器(1)，例如钢包，其中所述可识别的冶金容器中的每一个都包括可移除的耐火元件(1p)例如滑动闸阀板；

b)多个备用耐火元件(1r)，其中每个备用耐火元件都包括机器可读取的识别标签(1t)，所述机器可读取的识别标签包括耐火元件识别数据；

c)读取站(2)，例如RFID工作台，以读取定位在所述读取站(2)的读取区(21)内的备用耐火元件(1d)的所述机器可读取的识别标签(1t)；

d)耐火元件状况工具(3)，以便对与所述冶金容器(1)中的任何一个联接的耐火元件的状况进行评估，其中所述耐火元件状况工具是板状况工具，以便对与冶金容器(1)例如钢包的滑动闸阀(1v)联接的滑动闸阀板(1u，1L，1m)的状况数据进行测量，所述滑动闸阀(1v)包括从所述滑动闸阀(1v)的外壁突出的下水口(1n)，所述滑动闸阀(1v)能够通过使至少两个滑动闸阀板相对于彼此滑动而在打开构型与关闭构型之间切换，当所述滑动闸阀(1v)处于所述打开构型时，所述下水口(1n)与所述冶金容器(1)的铸造通道处于流体连通状态，所述板状况工具包括：

i.主体(44)，所述主体包括封闭器(9)至少部分地封闭所述下水口(2n)；

ii.包括压力调节器(6)的气体注入装置，以便在目标压力下通过所述封闭器(9)将气体注入到所述下水口(1n)中；

iii.气体流量测量装置(7)，以便对由所述气体注入装置注入的气体的流量进行测量；

iv.控制器(8)，所述控制器通信地连接至所述气体流量测量装置(7)，并且被配置为接收与所述滑动闸阀板(1u，1L，1m)的相对位置有关的输入数据；

e)监测单元(4)，所述监测单元包括至少一个电子处理器，并且能够连接至所述读取站(2)和所述耐火元件状况工具(3)，其中所述监测单元(4)被配置为：

i.从所述耐火元件状况工具(3)接收与所述冶金容器(1)之一联接的至少一个耐火元件(1p)的状况数据；

ii.接收所述冶金容器(1)的识别数据；

iii.将所述状况数据与所述冶金容器(1)的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中；

iv.基于所述状况数据(“通过或不通过”)确定是否必须更换所述耐火元件(1p)，并且在必须更换所述耐火元件(1p)(“不通过”)的情况下，所述监测单元(4)被配置为：

a.确定从所述读取站(2)接收的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件(1p)进行更换的所述备用耐火元件的所述识别数据；

b.在所述耐火状况数据库中将所述耐火元件识别数据与所述冶金容器(1)的所述识别数据相关联。

2.根据权利要求1所述的用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，其中所述监测单元(4)包括人机接口或HMI(41)，其中所述HMI(41)被配置为通知操作人员(11)是否必须更换所述耐火元件(1p)。

3.根据权利要求2所述的用于对冶金设施中的可更换的耐火元件的状况进行跟踪和评估的系统，其中，当必须更换耐火元件(1p)时，所述HMI被配置为请求操作人员(11)确认所述读取站(2)接收到的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件(1p)进行更换的所述备用耐火元件的所述识别数据。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中每个冶金容器(1)包括都机器可读取的标签，并且其中所述监测单元(4)被配置为当所述冶金容器(1)处于所述监测单元(4)的检测区(42)中时读取这种机器可读取的标签。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，

i.所述监测单元(4)被配置为在默认情况下在所述耐火状况数据库中将放置在所述读取站(2)的所述读取区(21)中的所述备用耐火元件(1d)的所述耐火元件识别数据与位于所述监测单元(4)的所述检测区(42)中的所述冶金容器(1)的所述识别数据相关联；

ii.所述HMI(41)被配置为以便所述操作人员可以修改默认关联。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述监测单元(4)操作机器人系统(5)，所述机器人系统被配置为执行至少一些以下操纵：操纵备用耐火元件(1r)，将备用耐火元件(1r)放置在所述读取站(2)的所述读取区(21)中，从所述冶金容器(1)中移除用过的耐火元件(1p)，将备用耐火元件(1r)联接至所述冶金容器(1)，将所述耐火元件状况工具(3)与所述冶金容器(1)联接和解除联接。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述读取站(2)是RFID工作台，并且备用耐火元件(1r)包括RFID标签。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中在放置在钢包闸上的二维条形码上包括所述冶金容器(1)的所述识别数据，所述监测单元(4)被配置为读取这种二维条形码。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述监测单元(4)被配置为将所述耐火制造数据与所述耐火识别数据相关联地存储在所述耐火状况数据库中，所述耐火制造数据包括以下数据中的至少一项：

a)耐火材料；

b)耐火制造过程参数，例如各种制造步骤的温度、压力以及持续时间；

c)耐火制造日期。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述监测单元(4)被配置为将金属生产数据与所述耐火容器(1)的所述识别数据相关联地存储在所述耐火状况数据库中，所述金属生产数据包括以下数据中的至少一项：

a)在所述冶金容器(1)中铸造的金属的类型；

b)在所述冶金容器(1)中使用的不同耐火材料的类型；

c)所述冶金容器(1)的一次或多次停机的频率和/或持续时间；

d)所述金属生产过程的最终产品特征；

e)铸造时间；

f)铸造温度；

g)热化学；

h)一个或多个新的耐火元件的安装日期/时间；

i)具有相同的一个或多个耐火元件的铸件的数量。

11.根据权利要求9或10中的任一项所述的系统，其中所述系统包括计算单元，所述计算单元被配置为针对所述耐火状况数据训练机器学习预测模型，其中所述计算单元被配置为：

i.基于所述耐火状况数据库的数据而生成多个训练实例，其中每个训练实例包括：

·以从所述耐火制造数据中提取的至少一个参数和/或从所述金属生产数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输入；

·以从所述耐火状况数据中提取的至少一个参数为基础的训练实例输出；

ii.基于所述训练实例来训练所述机器学习预测模型。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述控制器(8)被配置为将达到所述目标压力所需的气体流量(GF)及所述滑动闸阀板(1u，1L，1m)的所述相对位置(RP)作为时间变量函数存储在所述控制器(8)的存储器中。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述控制器(8)被配置为对气体流量(GF)函数进行处理，从而通过计算所述函数的导数来提取第一指标，并且通过计算所述函数的积分来提取第二指标。

14.一种通过根据前述权利要求中的任一项所述的系统中的所述监测单元(4)的所述至少一个处理器来实施的方法，其中所述方法包括以下步骤：

i.从所述耐火元件状况工具(3)接收与可识别的冶金容器(1)联接的耐火元件(1p)的状况数据；

ii.接收所述冶金容器(1)的识别数据；

iii.将所述状况数据与所述冶金容器(1)的识别数据相关联地存储在耐火状况数据库中；

iv.基于所述状况数据(“通过或不通过”)确定是否必须更换所述耐火元件(1p)，并且在必须更换所述耐火元件(1p)(“不通过”)的情况下，所述监测单元(4)被配置为实施以下步骤：

a.确定从读取站(2)接收的耐火元件识别数据对应于对所述至少一个耐火元件(1p)进行更换的备用耐火元件的识别数据；

b.在所述耐火状况数据库中将所述耐火元件识别数据与所述冶金容器(1)的所述识别数据相关联。

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