ES2244945T3 - Un metodo para reparar un revestimiento protector de una cuba de transporte o de reaccion industrial. - Google Patents

Un metodo para reparar un revestimiento protector de una cuba de transporte o de reaccion industrial.

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ES2244945T3 ES03755110T ES03755110T ES2244945T3 ES 2244945 T3 ES2244945 T3 ES 2244945T3 ES 03755110 T ES03755110 T ES 03755110T ES 03755110 T ES03755110 T ES 03755110T ES 2244945 T3 ES2244945 T3 ES 2244945T3
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Dieter Blissenbach
Stefan Kirchhoff
Rolf Lamm
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Specialty Minerals Michigan Inc
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Abstract

Un método para reparar un revestimiento protector de un recipiente de reacción o transporte industrial que incluye los pasos de identificar zonas del revestimiento con un grosor inferior a un valor umbral predeterminado por medio de un dispositivo de medición, cuyo dispositivo de medición mide el grosor residual del revestimiento y una unidad de tratamiento, la cual, en un primer paso, transforma los datos de grosor residual en datos binarios, por comparación de los datos de grosor residual medidos con el valor umbral predeterminado para el grosor del revestimiento, y que asigna el valor binario "1" a zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y el valor binario "0" a zonas del revestimiento con grosor igual o superior al valor umbral predeterminado, o viceversa, en un segundo paso combina zonas aisladas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado para formar zonas combinadas del revestimiento a las que se asigna el valor binario para zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y, en un tercer paso, calcula la posición y la secuencia de reparación de cada una de las zonas combinadas y transmite estos datos a un dispositivo de reparación, y aplicar material de revestimiento monolítico en las zonas combinadas calculadas mediante la unidad de tratamiento por medio de un dispositivo de reparación.

Description

Un método para reparar un revestimiento protector de una cuba de transporte o de reacción industrial.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un método para reparar un revestimiento protector de un recipiente de reacción o transporte industrial, tal como un recipiente convertidor, un horno de arco eléctrico o una cuchara para colada, por ejemplo, una cuchara para colada de acero, una cuchara para arrabio, una cuchara torpedo o una cuchara para escoria. En particular, la presente invención se refiere a un método para reparar un revestimiento protector de un recipiente de reacción o transporte industrial, en el que se identifican zonas del revestimiento con grosor inferior a un valor umbral predeterminado y se aplica material de revestimiento monolítico en esas zonas.
Los recipientes de reacción o transporte industriales, tales como altos hornos, hornos de arco eléctrico, cucharas para colada o convertidores, por ejemplo, se utilizan para fines metalúrgicos tales como para producir acero. En general, estos recipientes cuentan con un revestimiento protector en su superficie interior, que protege la superficie metálica exterior del recipiente de daños por el calor o las condiciones de reacción dentro del recipiente. Pero el revestimiento protector está sometido a desgaste durante el uso de los recipientes y debe ser reparado de vez en cuando para garantizar una seguridad de funcionamiento elevada.
Con este fin, el grosor residual del revestimiento protector se mide entre fases individuales de uso del recipiente, cuando el recipiente está vacío. Los datos de grosor residual obtenidos merced a esta medición se usan para determinar las zonas del revestimiento que hayan de ser reparadas.
La solicitud de patente internacional WO 01/
38900 A1 describe un procedimiento de medición, sin contacto, para medir el grosor residual del revestimiento refractario de un recipiente metalúrgico. El método comprende barrer, mediante un haz láser de un dispositivo de medición, la superficie interior del recipiente metalúrgico, es decir, la superficie del revestimiento refractario, y medir el ángulo que forma el dispositivo de medición con la superficie interior del recipiente, y la distancia entre ellos, en varios puntos. Preferiblemente, el dispositivo de medición incluye un diodo láser que funcione en modo de impulsos como dispositivo transmisor y un fotodiodo como dispositivo receptor. Los datos obtenidos de ese modo permiten generar una imagen de la estructura de la superficie del revestimiento refractario en forma de perfil tridimensional del grosor. El documento WO 01/38900 A1 propone que el dispositivo de medición esté asociado físicamente con un dispositivo que aplique material de revestimiento nuevo a la superficie interior del recipiente.
Pero, en general, el material de revestimiento es aplicado de modo manual a la superficie interior del recipiente, por un operario que emplea un dispositivo de reparación o mediante un dispositivo de reparación manipulado por un operario por control remoto. En ambos casos el operario tiene que poder identificar visualmente las zonas a reparar y seguir los movimientos del dispositivo de reparación. Por tanto, el operario tiene que encontrarse relativamente cerca del extremo abierto del recipiente a reparar. Ello está asociado con varios inconvenientes. El operario se expone al calor, al fuego, al rebote de nuevo material de revestimiento y otras partes que caigan del recipiente. Además, hay riesgo de explosión en los recipientes si el material caliente se pone en contacto con agua, lo que puede resultar peligroso para el operario si éste se encuentra cerca del recipiente.
Además, de modo inherente, el método manual está asociado con errores humanos. Por ejemplo, si el operario se desvía del punto correcto a reparar, por ejemplo, en algunos centímetros, existe el riesgo de provocar una denominada "brecha", que es un agujero en la pared del recipiente, y puede resultar peligroso para el operario o dañar los equipos asociados con el recipiente o, incluso, dar lugar a explosiones si el material que sale del recipiente se pone en contacto con agua. Ello puede ser un problema, porque es difícil identificar visualmente las zonas a reparar si el revestimiento protector es completamente monolítico, y el operario solamente puede obtener una guía aproximada merced a la medición del perfil de grosor realizada con anterioridad.
Si el operario maneja realmente el dispositivo de reparación, en general, la salida de nuevo material de revestimiento está limitada. Además, a causa del calor, el tiempo de reparación cuando el control lo realiza un operario está limitado, en general, a entre 10 y 15 minutos.
En consecuencia, sería muy deseable ofrecer un método para reparar un revestimiento refractario de un recipiente metalúrgico que sea más preciso que los métodos de acuerdo con el estado de la técnica, que use menos material y que elimine los riesgos operativos mencionados anteriormente.
Compendio de la invención
Un objeto de la presente invención consiste en ofrecer un método para reparar un revestimiento monolítico de un recipiente de reacción o transporte industrial que pueda realizarse automáticamente, con alta velocidad y gran precisión.
Otro objeto de la presente invención es ofrecer un método para reparar un revestimiento monolítico de un recipiente de reacción o transporte industrial en el que se eliminen los riesgos operativos.
Otro objeto de la presente invención es ofrecer un método para reparar un revestimiento monolítico de un recipiente de reacción o transporte industrial que use material de revestimiento de modo más efectivo.
Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un método para reparar un revestimiento monolítico de un recipiente de reacción o transporte industrial que pueda adaptarse con facilidad a los requisitos operativos.
En su aspecto más amplio, la presente invención proporciona un método para reparar un revestimiento protector de un recipiente de reacción o transporte industrial que incluye los pasos de
identificar zonas del revestimiento con grosor inferior a un valor umbral predeterminado mediante un dispositivo de medición, cuyo dispositivo de medición mide el grosor residual del revestimiento, y una unidad de tratamiento, cuya unidad de tratamiento, en un primer paso, transforma los datos de grosor residual en datos binarios, por comparación de los datos de grosor residual medidos con el valor umbral predeterminado para el grosor del revestimiento, y asignar el valor binario "1" a zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y el valor binario "0" a zonas del revestimiento con grosor igual o superior al valor umbral predeterminado, o viceversa, en un segundo paso combina zonas aisladas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado para formar zonas combinadas del revestimiento a las que se asigna el valor binario para zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y, en un tercer paso, calcula la posición y la secuencia de reparación de cada una de las zonas combinadas y transmite estos datos a un dispositivo de reparación,
y aplicar material de revestimiento monolítico en las zonas combinadas, calculadas merced a la unidad de tratamiento, por medio de un dispositivo de reparación.
Descripción detallada de la invención
Para efectuar la reparación en la práctica, está previsto un dispositivo de reparación que aplica material de revestimiento nuevo en las zonas dañadas del revestimiento y que, preferiblemente, incluye un brazo manipulador y una boquilla de proyección que está dispuesta en él y puede ser hecha girar, inclinada, movida verticalmente y, opcionalmente, movida horizontalmente. La posición y el funcionamiento del dispositivo de reparación se controla mediante una unidad de tratamiento que transmite los datos de grosor residual reales obtenidos mediante el dispositivo de medición al dispositivo de reparación, en forma de instrucciones de reparación. Preferiblemente, la unidad de tratamiento está conectada electrónicamente con el dispositivo de medición y el dispositivo de reparación.
El presente método incluye varios pasos de tratamiento para transmitir los datos de grosor residual reales obtenidos mediante el dispositivo de medición al dispositivo de reparación, en forma de instrucciones de reparación. Preferiblemente, los datos de grosor residual se ordenan de acuerdo con una retícula regular que refleje la simetría del recipiente. Como los recipientes metalúrgicos preferidos tienen una configuración básica sustancialmente en forma de cilindro, los datos de grosor residual se convierten, preferiblemente, en matrices y coordenadas cilíndricas. Si el recipiente tiene sección transversal horizontal rectangular, los datos de grosor residual se convierten, preferiblemente, en matrices y coordenadas cartesianas.
Los pasos de tratamiento incluyen transformar los datos de grosor residual en datos binarios, por comparación de los datos de grosor residual con el valor umbral predeterminado para el grosor del revestimiento, y por ejemplo, asignar el valor binario "1" a zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y el valor binario "0" a zonas del revestimiento con grosor igual a superior al valor umbral predeterminado, en lo que, en adelante, se denomina "binarización".
Con el fin de reducir la cantidad de datos a tratar, antes de la binarización, los datos de grosor residual en tres dimensiones, obtenidos mediante el dispositivo de medición, de un cierto número de puntos del recipiente pueden, de preferencia, promediarse en la unidad de tratamiento, en un primer paso de tratamiento denominado "determinación de promedio".
Después de la binarización, las zonas aisladas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado se combinan para formar zonas adyacentes combinadas del revestimiento a las que se asigna el valor binario para zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, cuyo paso de tratamiento se denomina en lo que sigue "desfragmentación". Para lograrlo, los valores binarios de un cierto número de zonas se comparan, preferiblemente, entre sí y, si el número de zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado supera una proporción preseleccionada, se asigna a toda la zona comparada el valor binario para zonas con grosor inferior al valor umbral predeterminado. En consecuencia, se acepta el hecho de que a las zonas del revestimiento con grosor igual o superior al valor umbral predeterminado adyacentes a zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado se les aplique por pulverización, también, material de revestimiento nuevo, aunque esas zonas no requieran reparación todavía. Una proporción preferida oscila, por ejemplo, entre aproximadamente 30% y aproximadamente 80%, de modo más preferido entre aproximadamente 50% y aproximadamente 60%.
La desfragmentación puede realizarse utilizando diferentes grados. Preferiblemente, el grado de desfragmentación se varía en función de las condiciones límite relacionadas con la producción, tales como la uniformidad en la reconstitución del revestimiento refractario, la masa del compuesto de revestimiento adicional y el tiempo de reparación.
Finalmente, se calculan la posición y la secuencia de reparación de cada una de las zonas combinadas y, en un paso de tratamiento adicional, se convierten en instrucciones de reparación para el dispositivo de reparación. Por tanto, cada zona en la que se haya determinado el valor binario de zonas con grosor inferior al valor umbral predeterminado se asocia con un número consecutivo, que representa la secuencia de pasos de aplicación de material de revestimiento monolítico. Este paso de tratamiento se denomina en lo que sigue "determinación de secuencia". Preferiblemente, la secuencia es escoge teniendo en cuenta las características estáticas y el comportamiento en curado del material de reparación que se aplica sobre la superficie interior del revestimiento monolítico, en particular el tiempo de curado del material de reparación. En particular, la secuencia preferida tiene en cuenta que el revestimiento refractario ha de ser reparado a partir de las secciones inferiores del recipiente metalúrgico y hacia sus secciones superiores. En consecuencia el material de reparación, si se aplica en forma de bandas horizontales a las zonas de reparación, está soportado por el compuesto de revestimiento adicional aplicado anteriormente a partes inferiores adyacentes.
De acuerdo con un aspecto particularmente preferido de la invención, los datos de grosor residual se tratan para obtener datos de reparación de tal manera que la configuración de cada zona a reparar, cuando se mira hacia la superficie del revestimiento refractario, esté ampliada de modo que se obtenga una configuración geométrica básica simple, preferiblemente un rectángulo. De ese modo la velocidad de funcionamiento del dispositivo de reparación puede aumentarse adicionalmente.
En otro aspecto particularmente preferido de la invención, la orientación y la forma de la configuración geométrica básica se adaptan, en la unidad de tratamiento, a los ejes de movimiento existentes del dispositivo de reparación, que es, preferiblemente, un dispositivo de pulverización, proyección, proyección en húmedo o similar. Mediante esta adaptación, el dispositivo de reparación puede moverse a lo largo de sus ejes de movimiento existentes a fin de realizar la reparación del revestimiento refractario. De ese modo, la velocidad de funcionamiento del dispositivo de reparación se aumenta y el dispositivo de reparación resulta más fácil de controlar. Preferiblemente, este paso de tratamiento se realiza después de la desfragmentación, y se denomina en lo que sigue "segmentación".
De acuerdo con otro aspecto preferido de la presente invención, antes de determinar la secuencia de pasos de aplicación de material de revestimiento monolítico, se realizan de nuevo los pasos de binarización, desfragmentación y, opcionalmente, segmentación, con un valor umbral modificado, de modo que puedan ser reparados agujeros más profundos mediante múltiples pasos de reparación por aplicación de una pluralidad de capas de material de revestimiento monolítico.
En todavía otro aspecto preferido de la presente invención, antes de la transmisión de los datos de reparación al dispositivo de reparación, el resultado de la reparación se representa en la unidad de tratamiento mediante una simulación que considere parámetros operativos específicos tales como el tiempo de reparación y la cantidad de compuesto de reparación. De ese modo, el operario de la unidad de tratamiento puede adaptar fácilmente el procedimiento de reparación a condiciones variables.
Es particularmente preferido que, a la conclusión del paso de pulverizar, se mida, de nuevo, el grosor residual del revestimiento refractario mediante el dispositivo de medición, y los datos de grosor residual así obtenidos se comparen con datos obtenidos mediante una simulación relativa a la reconstitución factible del revestimiento refractario, y en caso de desviación entre los datos de grosor residual medidos nuevamente y los datos de simulación, la unidad de control del dispositivo de reparación se calibre en consecuencia. Alternativamente, puede iniciarse otro paso de reparación.
La invención se describirá ahora ilustrativamente con más detalle, en relación con las figuras adjuntas, en las que
la figura 1 muestra una vista esquemática de un recipiente metalúrgico en forma de horno de arco eléctrico, un dispositivo de medición para la determinación del desgaste y un dispositivo de proyección para reparar el revestimiento refractario,
la figura 2 muestra un corte de la matriz binaria que refleja el revestimiento refractario de un horno de arco eléctrico,
la figura 3 muestra un corte de la matriz desfragmentada del revestimiento refractario de un horno de arco eléctrico,
la figura 4 muestra un corte de la matriz segmentada del revestimiento refractario de un horno de arco eléctrico,
la figura 5 muestra un corte de la matriz secuencial del revestimiento refractario de un horno de arco eléctrico.
En particular, la figura 1 muestra una vista esquemática de un recipiente metalúrgico 1 en forma de horno de arco con un revestimiento refractario 2 que requiere reparación. Está previsto un dispositivo 3 de reparación para la reparación del revestimiento 2 y está formado por un dispositivo de proyección con una cabeza 4 de proyección y un manipulador 5. El dispositivo de proyección transporta, neumáticamente, una mezcla refractaria seca a lo largo de una boquilla 4b de la cabeza 4 de proyección, y en la boquilla 4b se añade agua a la mezcla refractaria. Es posible, también, que el dispositivo de reparación sea un dispositivo de proyección en húmedo. A diferencia del dispositivo de proyección antes mencionado, el dispositivo de proyección en húmedo transporta una mezcla refractaria húmeda a lo largo de la cabeza de proyección en húmedo con aire y un compuesto reactivo añadidos a la mezcla refractaria húmeda en la boquilla 4b. El manipulador 5 incluye, sustancialmente, una columna estacionaria 52, que puede ser hecha girar en torno a un eje vertical, en cuyo extremo superior está abisagrado un brazo 5b de extensión angular. La cabeza 4 de proyección está suspendida del extremo del brazo 5b de extensión angular, mirando en dirección contraria a la columna 5a. El brazo 5b de extensión está soportado, a pivotamiento en torno a un eje horizontal, en el extremo superior de la columna 5a. La cabeza 4 de proyección está soportada a pivotamiento en torno a otro eje sustancialmente vertical y corre en paralelo con la columna 5a. Además, la cabeza 4 de proyección tiene un brazo 4a de proyección con una boquilla 4b montada a pivotamiento en la cabeza 4 de proyección. De ese modo, el dispositivo 3 de reparación tiene cuatro grados de libertad en rotación, con el fin de permitir un desplazamiento a las zonas individuales que requieran reparación dentro del recipiente metalúrgico 1. Hay previstos accionamientos (no mostrados), que se activan mediante una unidad 6 de control en el proceso de reparación, para efectuar los movimientos simples de rotación y pivotamiento del dispositivo 3 de reparación. Los datos de control, denominados datos de reparación, para realizar el proceso de reparación son recibidos por la unidad 6 de control a partir de una unidad 7 de tratamiento, que evalúa y trata información relevante proveniente de un dispositivo 8 de medición. El dispositivo 8 de medición sirve para determinar el desgaste del revestimiento refractario 2 e incluye, sustancialmente, un láser que funcione en modo de no-contacto. En el proceso de medición, el dispositivo 8 de medición, dispuesto en el extremo libre de un brazo portador 9, es desplazado a través de la abertura 10 del recipiente metalúrgico 1 caliente.
Los datos de grosor residual determinados mediante el dispositivo 8 de medición son transmitidos desde el dispositivo 8 de medición a una unidad 7 de tratamiento. La unidad 7 de tratamiento efectúa los pasos descritos en este documento antes de tratar los datos de grosor residual recibidos a partir del dispositivo 8 de medición, a fin de generar instrucciones de reparación para el dispositivo 3 de reparación.
En la figura 2 se muestra una matriz binaria, a modo de ejemplo, abarcando la matriz binaria el margen de profundidades T entre 2 y 3,6 m y el margen w de ángulos completo (entre 0º y 360º). El valor lógico "1", que corresponde a zonas que requieren reparación, se representa en forma de zonas negras, y el valor lógico "0", que corresponde a zonas que no requieren reparación, se representa en forma de zonas blancas.
Un ejemplo de matriz desfragmentada del mismo corte se muestra en la figura 3. Esta matriz se ha generado por comparación de los valores binarios de un cierto número de zonas en una sección cuadrada mayor y determinando si el número de zonas negras dentro de esa sección supera una proporción del 60%. Si el número supera la proporción del 60%, entonces, se asigna el valor binario "1" a toda la zona; si el número no supera la proporción del 60%, entonces, se asigna el valor binario "0" a toda la zona. Este proceso se aplicó en toda la matriz binaria, y se repitió 6 veces, aumentándose, cada vez, el tamaño de las secciones ampliadas.
La figura 4 muestra la misma matriz en forma segmentada. Los límites de los segmentos se muestran como líneas en torno a los campos con el valor binario "1". El método empleado para la segmentación analizó una pluralidad de series de campos adyacentes en la matriz desfragmentada. Cuando se encontró una serie de campos adyacente con el valor binario "1" en la línea efectivamente atravesada, se determinaron sus bordes. La zona así identificada se transformó en un rectángulo regular y se asignó a dicha zona un número consecutivo.
La figura 5 muestra la secuencia del proceso de reparación, que empieza por la zona a la que se ha asignado el número consecutivo 1. La secuencia se ha determinado teniendo en cuenta que las zonas adyacentes verticalmente se reparan de abajo hacia arriba, y que la distancia total recorrida por el manipulador debe ser mínima.

Claims (15)

1. Un método para reparar un revestimiento protector de un recipiente de reacción o transporte industrial que incluye los pasos de identificar zonas del revestimiento con un grosor inferior a un valor umbral predeterminado por medio de un dispositivo de medición, cuyo dispositivo de medición mide el grosor residual del revestimiento y una unidad de tratamiento, la cual, en un primer paso, transforma los datos de grosor residual en datos binarios, por comparación de los datos de grosor residual medidos con el valor umbral predeterminado para el grosor del revestimiento, y que asigna el valor binario "1" a zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y el valor binario "0" a zonas del revestimiento con grosor igual o superior al valor umbral predeterminado, o viceversa, en un segundo paso combina zonas aisladas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado para formar zonas combinadas del revestimiento a las que se asigna el valor binario para zonas del revestimiento con grosor inferior al valor umbral predeterminado, y, en un tercer paso, calcula la posición y la secuencia de reparación de cada una de las zonas combinadas y transmite estos datos a un dispositivo de reparación, y aplicar material de revestimiento monolítico en las zonas combinadas calculadas mediante la unidad de tratamiento por medio de un dispositivo de reparación.
2. El método de la reivindicación 1, en el que el revestimiento protector es un revestimiento refractario
3. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el recipiente de reacción o transporte industrial es un recipiente metalúrgico.
4. El método de la reivindicación 3, en el que el recipiente metalúrgico se selecciona entre un recipiente convertidor, un horno de arco eléctrico, un alto horno, una cuchara para colada, una artesa de colada y una cámara de horno de coque.
5. El método de la reivindicación 4, en el que la cuchara para colada se selecciona entre una cuchara para colada de acero, una cuchara para arrabio, una cuchara torpedo y una cuchara para escoria.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo de medición es un dispositivo de medición a base de láser.
7. El método de la reivindicación 6, en el que el dispositivo de medición a base de láser es un escáner de espejo.
8. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo de reparación comprende un brazo manipulador y una boquilla de proyección que está dispuesta en él y puede ser hecha rotar, inclinada y movida verticalmente.
9. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo de reparación se selecciona entre un dispositivo de pulverización, un dispositivo de proyección y un dispositivo de proyección en húmedo.
10. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de tratamiento está conectada electrónicamente con el dispositivo de medición y el dispositivo de reparación.
11. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los pasos en la unidad de tratamiento se realizan de modo electrónico.
12. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de tratamiento combina los puntos aislados para formar zonas combinadas rectangulares.
13. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la posición de cada una de las zonas combinadas se calcula en forma de coordenadas cilíndricas.
14. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el grosor residual del revestimiento refractario se mide de nuevo mediante el dispositivo de medición a la conclusión del paso de reparación, y los datos de grosor residual así obtenidos se comparan con datos obtenidos mediante una simulación relativa a la reconstitución factible del revestimiento refractario y, en caso de desviación entre los datos de grosor residual medidos nuevamente y los datos de simulación, se calibra la unidad de control del dispositivo de reparación en consecuencia.
15. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el grosor residual del revestimiento refractario se mide de nuevo mediante el dispositivo de medición a la conclusión del paso de reparación, y los datos de grosor residual así obtenidos se comparan con datos obtenidos mediante una simulación relativa a la reconstitución factible del revestimiento refractario y, en caso de desviación entre los datos de grosor residual medidos nuevamente y los datos de simulación, se repite la secuencia de tratamiento y reparación.
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