ES1304558U

ES1304558U - Sistema para monitorizar el revestimiento refractario interior de un recipiente adaptado para contener materiales fundidos

Info

Publication number: ES1304558U
Application number: ES202331421U
Authority: ES
Inventors: Jose Javier Lecuona; Iker Jauregui; Joseba Rodríguez
Original assignee: Magnesitas Navarras SA
Current assignee: Magnesitas Navarras SA
Priority date: 2023-08-01
Filing date: 2023-08-01
Publication date: 2023-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: ES1304558Y

Abstract

Sistema (100) para monitorizar un revestimiento refractario interior (101) de un recipiente (102) adaptado para contener metal fundido, que comprende: al menos un dispositivo LiDAR (103) orientable hacia el revestimiento refractario (101) a través de una embocadura del recipiente, una estructura externa (301) al recipiente (102) sobre la que se monta el al menos un dispositivo LiDAR (103); y donde el al menos un dispositivo LiDAR (103) comprende: una fuente láser configurada para generar un haz láser pulsado (105), un codificador rotatorio óptico configurado para proyectar el haz láser (105) sobre una pluralidad de puntos (201) de una superficie del revestimiento refractario (101) a través de la embocadura del recipiente (102); un receptor configurado para recibir el haz láser reflejado en la pluralidad de puntos (201) de la superficie del revestimiento refractario (102); y un controlador configurado para calcular una distancia entre el al menos un dispositivo LiDAR (103) y cada uno de la pluralidad de puntos (201) de la superficie de revestimiento refractario (101).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema para monitorizar el revestimiento refractario interior de un recipiente adaptado para contener materiales fundidos

Campo técnico

En general, la presente invención se refiere a sistemas para supervisar/monitorizar el desgaste del revestimiento refractario interior de los recipientes que hace uso de dispositivos LiDAR para medir dicho desgaste, preferentemente, en los sectores de fabricación de acero y metal.

Estado de la técnica

Los recipientes o contenedores que están diseñados para contener materiales a temperaturas elevadas, por ejemplo, a temperaturas por encima del punto de fusión del material, están hechos de metal y están revestidos interiormente con material refractario para proteger la parte metálica del recipiente de los materiales a alta temperatura que contiene. Sin embargo, debido a los efectos combinados de la oxidación, corrosión y abrasión mecánica generada por los materiales a alta temperatura, parte de la superficie refractaria en contacto con el material fundido puede ir desgastándose y deteriorándose gradualmente. Debido a esto se deben realizar inspecciones periódicas del recipiente, así como reparaciones que eviten daños catastróficos, tales como la rotura del recipiente. También se busca con las inspecciones evitar llevar a cabo reparaciones periódicas programadas que puedan resultar innecesarias. Además, los costes asociados a la reparación del revestimiento refractario son elevados. Es más, la reparación del revestimiento refractario implica la parada de los procesos productivos (tiempo muerto de fabricación), lo que reduce la eficiencia de los procesos de fabricación y aumenta los costes.

Por lo general, la inspección del estado del revestimiento refractario de los recipientes se ha venido realizado visualmente por un operador experimentado en busca de manchas oscuras en el revestimiento refractario que indiquen altas tasas de transferencia de calor al material refractario y al recipiente o la existencia de un desgaste significativo en un área particular del revestimiento. A partir de dicha inspección visual, el operador puede determinar la necesidad de reparar el revestimiento. Estas técnicas manuales no pueden ser automatizadas y sistematizadas, requieren parar los procesos de fabricación durante mucho tiempo ya que se debe dejar que el recipiente se enfríe antes de que pueda llevarse a cabo la inspección, exponen al operador a riesgos y carecen de la precisión deseada ya que estas técnicas se basan en la experiencia y la opinión subjetiva del operador.

Los sistemas de medición convencionales basados en el uso de cámaras de tiempo de vuelo (TOF, por sus siglas en inglés), que proyectan un haz de luz sobre la superficie del revestimiento y generan mapas de profundidad basados en la detección de luz a través de caparas RGB estándar, normalmente recogen un número limitado de mediciones correspondientes a un número limitado de puntos en la superficie interna del recipiente, lo que puede dar como resultado un desgaste no detectado en los espacios entre los puntos medidos en el revestimiento refractario. Por otra parte, los sistemas de medición convencionales que usan fuentes de luz normalmente emplean sistemas de coordenadas espaciales complejos y predefinidos para referenciar los cabezales de medición (que incorporan las fuentes de luz y eventualmente los detectores de luz) en relación con los recipientes y viceversa. Cualquier desplazamiento de los cabezales de medición o del recipiente puede dar como resultado la obtención de mediciones no válidas, ya que el sistema de coordenadas espaciales predefinido ya no es válido.

Por lo tanto, hay una necesidad de sistemas que sean capaces de minimizar o eliminar las inconsistencias en los datos medidos con respecto al desgaste (es decir, el espesor) del revestimiento refractario de los recipientes que están configurados para transportar materiales a temperaturas superiores al punto de fusión del metal. Esto permitirá la detección e inspección temprana de desgastes excesivos o pequeños agujeros en el revestimiento, aumentando así la seguridad operativa del recipiente y reduciendo los costes operativos asociados con las costosas operaciones de reparación del revestimiento refractario mediante gunitado. Estos sistemas también deberían evitar el uso de sistemas de referencia complejos y proporcionar medidas de desgaste fiables de forma eficiente.

Descripción de la invención

El objeto de la invención es un sistema para monitorizar un revestimiento refractario interior de un recipiente adaptado para contener metal fundido. Tal como se usa en el presente documento, el término "recipiente" puede referirse indistintamente a cualquier tipo de contenedor, por ejemplo, cucharones de hierro y acero, hornos de oxígeno básico (BOF), recipientes de descarburación de argón-oxígeno (AOD), hornos de arco eléctrico (EAF), recipientes de fundición de aluminio y cobre, hornos de fundición, vagones torpedo (cucharas con forma sobre raíles, utilizadas para transferir hierro fundido desde el alto horno a la acería) y hornos de soplado de fondo (Q-BOP), o cualquier otro tipo de recipientes, adaptado para contener materiales a alta temperatura, por ejemplo, materiales a temperaturas superiores al punto de fusión del material, tales como los metales fundidos.

El término “revestimiento refractario” puede referirse a una capa protectora hecha de material refractario que generalmente se instala dentro del recipiente para proteger las paredes del recipiente frente al calor, presiones y ataques químicos generados por el material contenido en dicho recipiente. El revestimiento refractario se puede instalar en forma de ladrillo que recubre la superficie interna del recipiente o se puede moldear directamente sobre la superficie interna del recipiente. A su vez, el término “material refractario” puede referirse a materiales con alta resistencia térmica y resistencia a altas temperaturas. Por ejemplo, el material refractario que se suele instalar como capa protectora interna de los recipientes puede ser materiales refractarios a base de magnesia (MgO) que incorporan diferentes agregados de magnesia y eventualmente algunos aglutinantes, materiales a base de andalucita (AhSiO⁵), magnesia combinada con materiales refractarios a base de carbono, etc. La temperatura de trabajo de los materiales refractarios puede alcanzar los 2000 °C o incluso más. En concreto, la temperatura de trabajo de los materiales refractarios en la industria siderúrgica puede oscilar entre 1500-1800 °C. Más particularmente, el material refractario de gunitado usado para proyectarse sobre las superficies internas del recipiente para reparar el desgaste del revestimiento refractario puede estar hecho de cualquier tipo de material refractario, por ejemplo, materiales que comprenden agregados de magnesia sinterizada y aglutinantes o aditivos. Este material refractario de gunitado puede revestir la línea de escoria refractaria del recipiente o cualquier otra área interior del recipiente donde el revestimiento refractario necesite ser reparado o reforzado.

El sistema objeto de la invención comprende al menos un dispositivo LiDAR orientable hacia el revestimiento refractario a través de una embocadura del recipiente y una estructura externa al recipiente sobre la que se monta el al menos un dispositivo LiDAR. El al menos un dispositivo LiDAR comprende a su vez una fuente láser configurada para generar un haz láser pulsado y un codificador rotatorio óptico configurado para proyectar el haz láser sobre una pluralidad de puntos de una superficie del revestimiento refractario a través de la embocadura del recipiente y un receptor configurado para recibir el haz láser reflejado en la pluralidad de puntos de la superficie del revestimiento refractario. El dispositivo LiDAR comprende también un controlador configurado para calcular una distancia entre el al menos un dispositivo LiDAR y cada uno de la pluralidad de puntos de la superficie de revestimiento refractario. El controlador puede ser una Unidad Central de Procesamiento (CPU), microprocesador o cualquier otro dispositivo de procesamiento de hardware o software adecuado.

Tal y como se usa en el presente documento, un dispositivo LiDAR (acrónimo del inglés, Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging) es un dispositivo que permite determinar la distancia desde un emisor láser a un objeto o superficie utilizando un haz láser generalmente pulsado. La distancia al objeto se determina midiendo el tiempo de retraso entre la emisión del pulso y su detección a través de la señal reflejada.

El haz láser proyectado por el dispositivo LiDAR sobre la superficie de revestimiento refractario crea una pluralidad de puntos láser sobre la superficie de revestimiento refractario. La pluralidad de puntos genera una malla de puntos que representan al menos parcialmente la superficie de revestimiento refractario. Esta malla (también conocida como nube de puntos) puede representar una porción o la totalidad de la superficie de revestimiento refractario del recipiente, dependiendo de la porción del revestimiento refractario que se esté monitorizando. En concreto, la malla de puntos puede corresponder a una representación en 3D de la porción de la superficie de revestimiento refractario sobre la que se ha proyectado el haz láser. Los dispositivos LiDAR capturan los haces láser respectivos después de reflejarse en la pluralidad de puntos en la superficie de revestimiento refractario y calculan la distancia correspondiente entre cada dispositivo LiDAR y cada uno de la pluralidad de puntos en la superficie de revestimiento refractario. Más específicamente, el controlador del dispositivo LiDAR mide el tiempo que ha tardado el haz láser en viajar desde la fuente de láser del dispositivo LiDAR hasta la superficie de revestimiento refractario y de vuelta al dispositivo LiDAR. Estos dispositivos LiDAR son capaces de generar mallas con muchos más puntos en un mismo periodo temporal que otras soluciones del estado del arte como son las cámaras de tiempo de vuelo. Este mayor número de puntos da como resultado mallas mucho más precisas y exactas por lo que se mejora la resolución de la representación 3D del revestimiento obtenido.

Preferentemente, las medidas del espesor del material refractario mediante el sistema objeto de la invención se llevan a cabo durante los períodos de inactividad del recipiente, en otras palabras, cuando el recipiente está vacío o cuando únicamente queda algo de material en el fondo (pie de baño) tras el vaciado del recipiente.

En algunas realizaciones, el sistema también comprende al menos una memoria y al menos un procesador, de manera que la al menos una memoria está configurada para, con el al menos un procesador, llevar a cabo la generación, con la pluralidad de puntos de la superficie del revestimiento refractario, de una malla que represente al menos parcialmente la superficie de revestimiento refractario; y la determinación de un espesor actual del revestimiento refractario en la pluralidad de puntos de la superficie a partir de las distancias calculadas y unas distancias preestablecidas correspondientes entre el al menos un dispositivo LiDAR y la pluralidad de puntos de la superficie del revestimiento refractario. El procesador puede ser una Unidad Central de Procesamiento (CPU), microprocesador o cualquier otro dispositivo de procesamiento de hardware o software adecuado. Las distancias preestablecidas son las distancias entre los dispositivos LiDAR y los puntos láser proyectados sobre la superficie de revestimiento refractario medidas antes de que el recipiente entre en funcionamiento y, por tanto, antes de que el revestimiento refractario se desgaste. Dado que se conoce el espesor del revestimiento refractario (sin estar sometido a desgaste), y por tanto, la distancia entre la el dispositivo LiDAR y la superficie de revestimiento refractario en cualquier punto de dicha superficie, determinando las distancias actuales entre el dispositivo LiDAR y la superficie desgastada del revestimiento refractario, se puede derivar el espesor actual del revestimiento refractario en esos puntos. El al menos un procesador y la al menos una memoria se pueden ubicar de forma remota con respecto al dispositivo LiDAR de modo que la radiación térmica, electromagnética y luminosa emitida por el recipiente no afecten a estos componentes.

En algunas realizaciones, la estructura externa es un brazo robótico movible desde una primera posición situada alejada de la embocadura del recipiente hasta una segunda posición situada a una altura sobre la embocadura del recipiente. Preferentemente, el sistema comprende un único dispositivo LiDAR montado en un extremo libre del brazo robótico. Por ejemplo, el brazo robótico puede ser un brazo telescópico extensible o un brazo pivotante que solo se extiende y coloca sobre la embocadura del recipiente cuando el recipiente está vacío y se va a realizar la operación de monitorización. Por ejemplo, el extremo libre del brazo robótico se puede colocar a 3 metros sobre la embocadura del recipiente para garantizar que el calor del recipiente no dañe los dispositivos LiDAR. El extremo libre del brazo robótico también se puede colocar centrado en relación con la embocadura del recipiente para garantizar que los haces láser proyectados por los dispositivos LiDAR puedan cubrir toda la superficie de revestimiento refractario.

En algunas realizaciones, la estructura externa es una estructura fija situada en proximidad a la embocadura del recipiente. Preferentemente, la estructura fija estará situada al menos parcialmente a una distancia predeterminada sobre la embocadura del recipiente.

En algunas realizaciones, el sistema comprende dos dispositivos LiDAR montados sobre la estructura fija, donde cada dispositivo LiDAR está orientado para barrer con el haz láser una mitad correspondiente del revestimiento refractario interior del recipiente.

En algunas realizaciones, el sistema comprende un primer dispositivo LiDAR que es orientable sobre una primera porción de la superficie de revestimiento refractario y que está configurado para proyectar un primer haz láser sobre la primera porción generando una primera malla que represente la primera porción. Además, el sistema comprende un segundo dispositivo LiDAR que es orientable sobre una segunda porción de la superficie y que está configurado para proyectar un segundo haz láser sobre la segunda porción generando una segunda malla que represente la segunda porción. La segunda porción de la superficie del revestimiento será diferente a la primera porción. La al menos una memoria estará también configurada para, con el al menos un procesador, combinar la primera malla y la segunda malla creando una tercera malla que representa una combinación de la primera y segunda porciones. Por ejemplo, el primer dispositivo LiDAR puede configurarse para proyectar su haz láser sobre la mitad de la superficie de revestimiento refractario para generar una primera malla que representa dicha media porción de la superficie de revestimiento refractario y el segundo dispositivo LiDAR puede configurarse para proyectar su haz láser sobre la otra mitad de la superficie de revestimiento refractario para generar una segunda malla que representa dicha otra media porción de la superficie de revestimiento refractario. Combinando dicha primera y segunda malla, se obtiene una tercera malla que representa toda la superficie de revestimiento refractario. En algunas otras realizaciones, un número diferente de dispositivos LiDAR que proyectan haces láser respectivos en la superficie de revestimiento refractario del recipiente, barriendo dichos haces láser sobre porciones de la superficie de revestimiento refractario que tienen la misma o diferente geometría, forma o tamaño, puede usarse para obtener mallas correspondientes que pueden combinarse para generar mallas más grandes que representan porciones combinadas del revestimiento refractario del recipiente. Para combinar dichas mallas, el procesador puede usar un sistema de referencia previamente definido para colocar correctamente una malla en relación con las otras mallas.

En algunas realizaciones, el al menos un dispositivo LiDAR tiene un campo de visión circular que se extiende al menos 70° vertical y horizontalmente.

En algunas realizaciones, el al menos un dispositivo LiDAR tiene un rango de detección máximo de 5 cm.

En algunas realizaciones, el dispositivo LiDAR se integra en el interior de un cabezal de medición y donde el cabezal de medición comprende medios de aislamiento térmico.

En algunas realizaciones, la al menos una memoria está configurada para, con el al menos un procesador, generar un mapa 3D que representa el desgaste de la superficie de revestimiento refractario. Este mapa 3D se basa en el resultado de la comparación entre la malla generada y la malla predefinida. El mapa 3D representa el desgaste de la superficie del revestimiento en función de las diferencias entre las distancias obtenidas para los puntos de la malla generada y las distancias obtenidas para los puntos correspondientes de la malla predefinida. Este mapa 3D puede representar el perfil de la superficie de revestimiento refractivo con diferentes colores según el desgaste medido. Para mostrar una representación más precisa del perfil de la superficie de revestimiento refractivo, el procesador podrá interpolar los valores de las diferencias obtenidas para los puntos correspondientes obteniendo otros valores intermedios que también se usarán para generar el mapa 3D. El mapa 3D también puede comprender un código de colores que advierte sobre el grado de desgaste que sufre la superficie de revestimiento refractario. Por ejemplo, se puede asignar un color rojo a aquellas áreas del mapa 3D que tengan un desgaste superior a un umbral predefinido, p. ej., 5 cm, y se puede asignar un color verde a aquellas zonas del mapa 3D que tengan un desgaste inferior a otro umbral predefinido, p. ej., 2 centímetros. Se pueden asignar otros colores, tal como amarillo o naranja, a áreas del mapa 3D que tengan un desgaste que oscila entre 5 y 2 cm, dependiendo de otros umbrales predefinidos. De esta forma, el mapa 3D proporciona una representación intuitiva y visual del estado de integridad del revestimiento refractario y un usuario puede decidir fácilmente en qué áreas del revestimiento refractario se recomienda o requiere una operación de gunitado. De forma similar, el procesador puede determinar automáticamente en qué áreas del revestimiento refractario se puede recomendar o requerir una operación de gunitado en función de los umbrales citados u otros.

En algunas realizaciones, los dispositivos LiDAR pueden comprender filtros físicos, tal como filtros de dióxido de circonio, para filtrar y apantallar las radiaciones electromagnéticas y luminosas que pueda recibir del recipiente durante la operación de supervisión. Los dispositivos LiDAR pueden comprender además filtros digitales, centrados en sus picos de frecuencia de emisión de láser, para reducir el ruido espectral recibido y filtrar mediciones desviadas generadas por, por ejemplo, partículas metálicas suspendidas dentro del recipiente y en el área que rodea la embocadura del recipiente.

En algunas realizaciones, el cabezal de medición puede comprender un sistema de guiado que permita orientar el cabezal de medición respecto del recipiente. Preferentemente, el sistema de guiado estará coordinado con el codificador rotatorio óptico para llevar a cabo el barrido con el haz laser pulsado de la superficie del revestimiento refractario de interés. Este sistema de guiado puede ser un motor paso a paso con un eje rotatorio entre otros sistemas de guiado del estado de la técnica.

En algunas realizaciones, el cabezal de medición puede estar refrigerado. El cabezal de medición refrigerado asegura que la electrónica de los dispositivos LiDAR y el sistema de guiado no se dañen debido al calor proveniente del recipiente. Esto permite además colocar dicho cabezal más cerca de la embocadura del recipiente mejorando la calidad de la medición obtenida y la eficiencia de la supervisión del revestimiento refractario.

En algunas otras realizaciones, puede haber tres dispositivos LiDAR colocadas a una altura y equidistantes entre sí alrededor de la embocadura del recipiente. Por ejemplo, los tres dispositivos LiDAR pueden integrarse en tres cabezales de medición respectivos, que pueden acoplarse a una estructura externa al recipiente o a un brazo robótico móvil. Los tres dispositivos LiDAR se colocarán a una altura que asegure que el calor proveniente del recipiente no dañe sus ópticas ni electrónica. Los tres dispositivos LiDAR se colocan equidistantes entre sí alrededor de la embocadura del recipiente para garantizar que el láser proyectado pueda barrer, de manera complementaria (cada láser cubre aproximadamente un tercio de la superficie total), toda la superficie de revestimiento refractario.

La solución descrita en el presente documento puede usarse en las industrias siderúrgica integrada, siderurgia, vidrio, metalúrgica, cementera, tratamiento de residuos, cerámica y petroquímica, entre muchas otras. Es decir, se puede usar en cualquier industria que haga uso de recipientes en los que el material que contienen se funda o al menos se alcancen temperaturas lo suficientemente elevadas como para que se haga necesario la existencia de un revestimiento refractario interior.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran una realización de la invención, que no deben interpretarse como que restringen el alcance de la invención, sino solo como un ejemplo de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 muestra un sistema para monitorizar un revestimiento refractario interior de un recipiente, de acuerdo con una realización particular de la invención.

La figura 2 muestra una porción de la superficie de revestimiento refractario sobre la que se proyecta un haz láser pulsado, de acuerdo con una realización particular de la invención.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva frontal de un cabezal de medición que incluye un dispositivo LiDAR para supervisar el desgaste de la superficie de revestimiento refractario de un recipiente, de acuerdo con una realización particular de la invención.

La figura 4 muestra una vista en explosión del cabezal de medición 300 mostrado en la figura 3.

Las figuras 5A y 5 B muestran un mapa 3D generado que representa el desgaste de una porción de la superficie de revestimiento refractario de un recipiente, de acuerdo con una realización particular de la invención.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra un sistema 100 para monitorizar un revestimiento refractario 101 interior de un recipiente 102. El recipiente 102 está hecho de un metal o una aleación de metal que puede soportar temperaturas muy altas y su superficie interna está revestida con una capa de material refractario 101 que puede instalarse en forma de ladrillo revistiendo la superficie interna del recipiente 102 o puede moldearse o proyectarse directamente sobre la superficie interna del recipiente 102. Esta capa de material refractario 101 protege el recipiente 102 del calor, presiones y ataques químicos provenientes de los materiales fundidos depositados en el mismo. La capa de material refractario 101 cubre sustancialmente la superficie interna del recipiente 102.

El sistema 100 comprende un dispositivo LiDAR 103 que se ubica centrado a una altura (h) relativa a la embocadura 104 del recipiente 102, por ejemplo, a 3 metros sobre el plano definido por la embocadura 104 del recipiente 102. Esta posición del dispositivo LiDAR con respecto a la embocadura 104 del recipiente 102 permite que el dispositivo LiDAR 103 proyecte su haz láser 105 sobre toda la superficie de la capa de material refractario 101. El dispositivo LiDAR 103 comprende una fuente láser que emite un haz láser con una longitud de onda en el espectro infrarrojo, preferente entre los 800 nm y 1 mm y más preferentemente en el entorno de los 905 nm y emite una potencia promedia de aproximadamente 8 W. El dispositivo LiDAR 103 estará configurado para procesar hasta 200.000 puntos por segundo. Emitir en el espectro infrarrojo y con esta potencia promedia garantiza que los haces láser proyectados sobre el material de revestimiento refractario 101 no queden ocultos (enmascarados) por la intensa radiación luminosa generada dentro del recipiente, de modo que el dispositivo LiDAR 103 es capaz de reunir los haces láser reflejados. A modo de ejemplo, el dispositivo LiDAR 103 puede proyectar su haz láser sobre la superficie de revestimiento refractario durante aproximadamente 7 segundos y puede proyectar aproximadamente 1.400.000 puntos sobre la superficie de revestimiento refractario por ciclo de supervisión. Al exponer el dispositivo LiDAR 103 al recipiente vacío durante períodos de aproximadamente 7 segundos, la óptica y la electrónica del dispositivo LiDAR 103 no se ven afectadas por la radiación térmica, electromagnética y luminosa emitida por el recipiente 102.

El dispositivo LiDAR 103 está cableado a un procesador 106 que puede estar ubicado en una sala de control ubicada dentro de la instalación industrial. La conexión por cable 107 entre el dispositivo LiDAR 103 y el procesador 106 minimiza el efecto de las perturbaciones magnéticas generadas por el material fundido dentro del recipiente o por el calor irradiado por el recipiente incluso cuando está vacío. De forma adicional, la conexión por cable 107 puede comprender un blindaje electromagnético para mejorar la calidad y fiabilidad de las señales recibidas en el procesador 106. El dispositivo LiDAR 103 comprende un filtro de dióxido de molibdeno (no mostrado en esta figura) para filtrar y apantallar la radiación luminosa y electromagnética recibida del recipiente 102. Además, el dispositivo LiDAR 103 comprende un filtro digital centrado en la frecuencia de emisión del láser, por ejemplo, la frecuencia correspondiente a la longitud de onde de emisión 905 nm, para reducir el ruido espectral recibido.

El dispositivo LiDAR 103 puede colocarse con respecto al recipiente 102 por medio de un brazo robótico (no mostrado en la figura) durante los períodos de inactividad del recipiente 102 para luego separarse del recipiente durante los períodos de producción. Como alternativa, el dispositivo LiDAR 103 puede acoplarse a una estructura fija (no mostrada) externa al recipiente 102.

La figura 2 muestra una porción de la capa de revestimiento refractario 200 sobre la que se proyecta un haz láser pulsado 201, de acuerdo con una realización particular de la invención. La capa de revestimiento refractario 200 está formada por una pluralidad de ladrillos 202 hechos de material refractario. Por ejemplo, los ladrillos 202 pueden estar hechos de un material refractario a base de magnesia (MgO). El dispositivo LiDAR (no mostrado en esta figura) está configurado para proyectar un haz láser 201 que genera tres puntos láser 203 en la superficie de cada ladrillo 202 de la capa de revestimiento refractario 200. En tal realización, los ladrillos 202 tienen 20 cm de largo y 5 cm de ancho, de manera que la distancia entre los puntos láser 203 es de aproximadamente 5 cm. La pluralidad de puntos láser 203 proyectados sobre puntos respectivos de los ladrillos 202 genera una malla 204 que representa la porción de la superficie de la capa de revestimiento refractario 200 sobre la que se proyecta el haz láser 201.El haz láser 201 se mueve dibujando un patrón de serpentina en 2D sobre la superficie de revestimiento refractario.

El perfil refractario del conjunto de puntos láser 205 se muestra en el gráfico 206 a continuación. En tal realización, el dispositivo LiDAR está colocado a 3 metros por encima de la embocadura del recipiente (como se muestra en la figura 1) y la porción que se está supervisando está a aproximadamente tres metros por debajo del plano definido por la embocadura del recipiente. Por lo tanto, la porción de la capa de revestimiento refractario 200 que se supervisa está a aproximadamente 6 metros por debajo del dispositivo LiDAR. A continuación, los puntos láser 203 de la malla preestablecida (malla generada antes del desgaste de la capa de revestimiento refractario) se proyectan sobre la superficie a una distancia del dispositivo LiDAR que oscila entre 600 y 602 cm. Una vez que la capa de revestimiento refractario 200 se ha sometido a desgaste, las distancias a las que se encuentran los mismos puntos de la capa de revestimiento refractario 200 del dispositivo LiDAR (que se ubica en la misma posición relativa al recipiente que cuando se obtuvieron las distancias preestablecidas) oscilan entre 601 y 607 cm. Por tanto, comparando las respectivas distancias preestablecidas y calculadas para cada punto, se puede obtener el desgaste de la capa de revestimiento refractario 200. Este desgaste va de 0 a 5 cm.

El número de líneas por malla o el número de puntos por línea se puede aumentar o reducir según el tiempo de exposición del dispositivo LiDAR al interior del recipiente o los requisitos de precisión. De forma adicional, la densidad de puntos puede variar según el área del recipiente que barren los dispositivos LiDAR. Por ejemplo, los dispositivos LiDAR pueden proyectar un mayor número de puntos láser en aquellas áreas de la capa de revestimiento refractario sometidas a un alto desgaste.

La figura 3 muestra una vista frontal en perspectiva de un cabezal de medición 300 que incluye un dispositivo LiDAR (no mostrados en esta figura) en su interior para monitorizar el desgaste de la superficie de revestimiento refractario de un recipiente, de acuerdo con una realización particular de la invención.

El cabezal de medición 300 está acoplado al extremo libre de un brazo robótico 301. El brazo robótico 301 puede ser un brazo telescópico extensible o un brazo pivotante, entre otros tipos de brazos, que está configurado para extenderse y colocarse sobre la embocadura del recipiente cuando el recipiente está vacío y se va a realizar la operación de monitorización. El extremo libre del brazo robótico 301 se puede colocar, por ejemplo, al menos a tres metros sobre la embocadura del recipiente para garantizar que el calor del recipiente no dañe los dispositivos LiDAR. La distancia a la que se coloca el cabezal de supervisión 300 sobre la embocadura del recipiente puede depender de la temperatura alcanzada por el recipiente durante el proceso de producción y, por tanto, su temperatura durante los periodos de inactividad. El extremo libre del brazo robótico 301 también se puede colocar centrado en relación con la embocadura del recipiente para garantizar que los haces láser proyectados por el dispositivo LiDAR pueda cubrir toda la superficie de revestimiento refractario. Como alternativa, el cabezal de medición 300 puede unirse a una estructura fija ubicado en las proximidades del recipiente y puede colocarse centrado o descentrado con respecto a la embocadura del recipiente.

El cabezal de medición 300 se acopla al extremo libre del brazo robótico 301 por medio de un adaptador en forma de U 302 donde las porciones laterales del adaptador en forma de U 302 se unen mediante, por ejemplo, tornillos o soldadura, al extremo libre del brazo robótico 301. Y la porción de fondo 303 del adaptador en forma de U 302 se acopla a una placa metálica 304 de mayores dimensiones que la porción de fondo 303 y que se proyecta hacia delante en la dirección de emisión del haz láser del dispositivo LiDAR. A la placa metálica 304 se acopla el cuerpo de medición 305 donde se aloja el dispositivo LiDAR. Este cuerpo de medición 305 está formado por una carcasa frontal 306 y una carcasa trasera 307 que se unen mediante sendos rebordes 308 que se atornillan el uno al otro. La carcasa frontal 306 del cuerpo de medición 305 presenta un orificio frontal 309 cerrado con un cristal a través del cual se proyecta el haz láser emitido por el dispositivo LiDAR. El cono 310 es una representación del campo de visión o abertura del haz de emisión del dispositivo LiDAR cuando está en funcionamiento.

Mientras que el cabezal de medición 300 que se muestra en la figura 3 comprende un único dispositivo LiDAR, otras realizaciones pueden comprender un número diferente de dispositivos LiDAR dispuestos en un ángulo u orientación específica entre ellos. Además, otras realizaciones pueden hacer uso de un cuerpo de medición 305 o varios cuerpos de medición, cada uno de ellos integrando uno o más dispositivos LiDAR. La geometría de los cuerpos de medición 305 puede variar de unas realizaciones a otras.

Tanto la porción de fondo 303 del adaptador en forma de U 302 como la pared superior 316 de la carcasa trasera 307 presentan sendos orificios 311 a través de los cuales pasan los cables de alimentación y de comunicación con el procesador (no mostrado en esta figura) así como cualquier otro cable que pueda ser necesario para el correcto funcionamiento del cuerpo de medición 305 como, por ejemplo, cables de refrigeración a través de los cuales fluye un líquido refrigerante para mantener refrigerado el dispositivo LiDAR, etc.

La carcasa trasera 307 dispone de una pared trasera 312 que se puede retirar para acceder al interior de dicha carcasa trasera 307 y poder acoplar/desacoplar el cuerpo de medición 305 de la placa metálica 304. Además, comprende una pared frontal 313 a modo de reborde que se extiende hacia su interior para acoplarse, mediante tornillos, a una pared intermedia 314 que delimita los espacios definidos por la carcasa trasera 307 y la carcasa delantera 306. Esta pared intermedia 314 presenta unas dimensiones que son ligeramente inferiores al perímetro exterior de la pared frontal 313 de manera que la pared intermedia 314 no sobresale de la carcasa trasera 307. La pared intermedia 314 presenta un orificio pasante 315 al que se enrosca un conector 319 que permite la conexión del cableado de alimentación y comunicaciones del dispositivo LiDAR 325, del motor neumático 328 y del circuito de refrigeración del cabezal de medición 325 a ambos lados de la pared intermedia 314. La tapa 312 también permite el acceso a estas conexiones desde la carcasa trasera 307 sin tener que desmontar el cuerpo de medición 305. En otras realizaciónes, la pared intermedia 314 podrá tener más de un orificio pasante con su conector correspondiente, cada uno de ellos para un cable distinto.

La pared superior 316 de la carcasa trasera 307 dispone de cuatro protuberancias 317 a modo de pines que se insertan en sendas guías longitudinales 318 situadas en la placa metálica 304 y que una vez fijadas mediante tornillos u otros medios de fijación permiten el desplazamiento y fijación del cabezal de medición 305 a lo largo de la longitud de dichas guías 318. La placa metálica 304 también tiene un orificio 320 que presenta un ancho que se corresponde con el diámetro de los orificios 311 pero que presenta un largo mayor para permitir el paso del cableado a través de los citados orificios 311 cuando el cuerpo de medición 305 se desplace hacia delante y hacia atrás a lo largo de las guías 318. La placa metálica 304 presenta además unas guías transversales 321, donde alternativamente se pueden insertar y acoplar las protuberancias 317 de la carcasa trasera 307 y un orificio 322 correspondiente, para permitir el paso del cableado, que permite que el cabezal de medición 305 se pueda desplazar transversalmente a lo largo de dichas guías 321. Estas guías 318,321 con sus respectivos orificios 320,322 permiten que el cuerpo de medición 305 se pueda acoplar al extremo libre del brazo robótico 301 permitiendo correcciones de posición tanto en la dirección longitudinal como transversal.

La carcasa delantera 306 esta formada por un cuerpo interior 323 donde se aloja el dispositivo LiDAR 325 y el motor neumático 328 que se usa para accionar una tapa de protección 329 que se abre en el momento de hacer las mediciones y se cierra cuando el dispositivo LiDAR está inactivo, evitándose así que el que calor y la radiación electromagnética alcancen el cristal colocado en el orificio 309 durante más tiempo del necesario. El interior del cuerpo interior 323 estará refrigerado con los cables de refrigeración para alargar la vida útil tanto del dispositivo LiDAR 325 como del motor neumático 328. El dispositivo LiDAR 325 se inserta en el orificio 324 de manera que solo la parte delantera del mismo sobresale de dicho orificio 324. El cuerpo exterior 326 de la carcasa delantera 306 presenta unas dimensiones ligeramente mayores que el cuerpo interior 323 de manera que se define una cavidad entre ambos donde se puede insertar algún medio de protección térmica, como por ejemplo una manta térmica. Tanto el cuerpo interior 323 como el cuerpo exterior 326 de la carcasa delantera 306 se atornillan a la pared frontal 313 de la carcasa trasera 307 a través de los correspondientes rebordes 308. El taco de nivelación 327 se usa para facilitar el acople de la pared superior 316 de la carcasa trasera 307 con la placa metálica 304.

La figura 5A muestra una vista lateral de un mapa 3D 400 correspondiente a una porción de un recipiente, por ejemplo, una vasija de un horno de fundición, obtenido con el sistema 100 para monitorizar un revestimiento refractario, objeto de la presente invención. El mapa 3D 400 representa el desgaste de una porción de la superficie de revestimiento refractario del recipiente, de acuerdo con una realización particular de la invención. Este mapa se genera a partir de las mediciones de espesor del material refractario obtenidas por el sistema 100. La figura 5B muestra una vista en planta de esa misa vasija de un horno de fundición.

Se muestra en diferentes colores los grados de desgaste obtenidos para una vasija después de su medición en un tiempo de parada del horno. Así, se ve como las zonas de la vasija más cercanas al fondo presentan desgastes en el material refractario interior del entorno de los 30cm mientras que en las zonas más superiores de esta porción de la vasija los desgastes se sitúan entre los 0 y los 10 cm. El fondo de la vasija en la figura 5A se muestra en un color más oscuro porque se corresponde con e pie de baño, es decir en el momento de la medición queda un resto de material fundido en el fondo de la vasija que imposibilita la medición en esa zona. En la Figura 5B este pie de baño que aparece al fondo de la vasija aparece con un color verde que se corresponde con un desgaste de 0 cm.

En base a este mapa, el sistema de forma automática o bien un operario de forma manual tomará la decisión sobre la necesidad de gunitar determinas zonas del material refractario. En algunas realizaciones, se podrían establecer determinados umbrales de desgaste, por ejemplo 20 cm, de manera que un sistema autónomo de gunitado mediante un brazo robótico, que se introduzca en la vasija y que sea controlado por un procesador al que se le provee del mapa 3D 400 generado, pueda realizar el gunitado de forma automática de aquellas zonas que presenten desgastes iguales o superiores a los 20 cm.

En el presente texto, el término "comprende" y sus derivados (tal como "comprendiendo", etc.) no deberían entenderse en un sentido excluyente, es decir, no debería interpretarse que estos términos excluyen la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir otros elementos, etapas, etc. El término "otro", como se usa en el presente documento, está definido como al menos un segundo o más. El término "acoplado", como se usa en el presente documento, está definido como conectado, ya sea directamente sin ningún elemento que intervenga o indirectamente con al menos un elemento que intervenga, a menos que se indique lo contrario. Dos elementos se pueden acoplar mecánicamente, eléctricamente o vincularse comunicativamente a través de un canal de comunicación, ruta, red o sistema.

La invención, obviamente, no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser contemplada por los expertos en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de los materiales, las dimensiones, los componentes, la configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema (100) para monitorizar un revestimiento refractario interior (101) de un recipiente (102) adaptado para contener metal fundido, que comprende:

al menos un dispositivo LiDAR (103) orientable hacia el revestimiento refractario (101) a través de una embocadura del recipiente,

una estructura externa (301) al recipiente (102) sobre la que se monta el al menos un dispositivo LiDAR (103); y

donde el al menos un dispositivo LiDAR (103) comprende:

una fuente láser configurada para generar un haz láser pulsado (105),

un codificador rotatorio óptico configurado para proyectar el haz láser (105) sobre una pluralidad de puntos (201) de una superficie del revestimiento refractario (101) a través de la embocadura del recipiente (102);

un receptor configurado para recibir el haz láser reflejado en la pluralidad de puntos (201) de la superficie del revestimiento refractario (102); y

un controlador configurado para calcular una distancia entre el al menos un dispositivo LiDAR (103) y cada uno de la pluralidad de puntos (201) de la superficie de revestimiento refractario (101).

2. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende al menos una memoria y al menos un procesador.

3. Sistema (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura externa es un brazo robótico (301) movible desde una primera posición situada alejada de la embocadura del recipiente (102) hasta una segunda posición situada a una altura sobre la embocadura del recipiente (102).

4. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende un único dispositivo LiDAR (103) montado en el brazo robótico (301).

5. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 1o 2, donde la estructura externa es una estructura fija situada en proximidad a la embocadura del recipiente (102), preferentemente estando situada la estructura fija al menos parcialmente a una distancia predeterminada sobre la embocadura del recipiente (102).

6. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 5, donde el sistema comprende dos dispositivos LiDAR (103) montados sobre la estructura fija, donde cada dispositivo LiDAR (103) está orientado para barrer con el haz láser pulsado (105) una mitad correspondiente del revestimiento refractario (101) interior del recipiente (102).

7. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 6, donde:

un primer dispositivo LiDAR (103) es orientable sobre una primera porción de la superficie de revestimiento refractario (101); y

un segundo dispositivo LiDAR (103) es orientable sobre una segunda porción de la superficie.

8. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende tres dispositivos LiDAR (103) montados sobre la estructura fija y colocados a una altura y equidistantes entre sí alrededor de la embocadura del recipiente (102).

9. Sistema (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un dispositivo LiDAR (103) tiene un campo de visión circular que se extiende al menos 70° vertical y horizontalmente.

10. Sistema (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un dispositivo LiDAR (103) tiene un rango de detección máximo de 5 cm.

11. Sistema (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo LiDAR (103) se integra en el interior de un cabezal de medición (300) y donde el cabezal de medición (300) comprende medios de aislamiento térmico.

12. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 11, donde el cabezal de medición (300) comprende medios de refrigeración.

13. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 12, donde el cabezal de medición (300) comprende un sistema de guiado (304,306) para el posicionamiento del cabezal de medición (300) respecto del recipiente (102).

14. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 13, donde el sistema de guiado está configurado para trabajar coordinadamente con el codificador rotatorio óptico del al menos un dispositivo LiDAR (103).

15. Sistema (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un dispositivo LiDAR (103) comprende filtros físicos (307), preferentemente filtros de dióxido de circonio o dióxido de molibdeno, para filtrar y apantallar las radiaciones electromagnéticas y luminosas procedentes del recipiente (102).