JP2005526948A - 工業用反応容器又は搬送容器の保護ライニングを修理する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、工業用反応容器又は搬送容器、例えば、転化器、電気アーク炉、又は取鍋の保護ライニングを修理するための方法に関する。該方法は、ライニングの残存厚さを測定するところの測定装置と、処理ユニットとにより、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域をまとめて特定すること、該処理ユニットは、
第一段階において、測定された残存厚さデータをライニングの厚さのための所定のしきい値と比較し、そして所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域に2進値「1」をそして所定のしきい値以上の厚さを有するライニングの領域に2進値「0」を割り当てる、あるいは逆に割り当てることにより、残存厚さデータを2進データに変換し、第二段階において、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域のための2進値が割り当てられるところのライニングのまとめられた領域に、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの孤立された領域をまとめ、そして第三段階において、該まとめられた領域の夫々の位置及び修理シーケンスを計算しそしてこれらのデータを修理装置に伝達する、並びに処理ユニットにより計算されたまとめられた領域に修理装置によりモノリシックなライニング物質を施与することを含む。

Description

本発明は、工業用反応容器又は搬送容器、例えば、転化器、電気アーク炉、又は取鍋、例えば、鋼鋳造取鍋、銑鉄取鍋、トピード取鍋若しくはスラグ取鍋の保護ライニングを修理するための方法に関する。とりわけ、本発明は、工業用反応容器又は搬送容器の保護ライニングを修理する方法に関し、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域が認識され、かつモノリシックなライニング物質がそれらの領域の上に施与される。

工業用反応容器又は搬送容器、例えば、溶鉱炉、電気アーク炉、取鍋又は転化器は、例えば、冶金目的、たとえば、鋼生産のために使用される。これらの容器は通常、これらの内面に保護ライニングを有しており、これは、容器の内側の熱又は反応条件により損傷を受けることから容器の外側の金属表面を保護している。しかし、保護ライニングは容器の使用の間に磨耗を受け、そして高い操作安全性を確保するためにときどき修理されなければならない。

この目的のために、保護ライニングの残存厚さが、容器が空のとき、容器の使用の夫々の段階の間に測定される。この測定より得られた残存厚さのデータは、修理されなければならないところのライニングの領域を決定するために使用される。

国際特許出願公開第01/38900号公報は、冶金用容器の耐火ライニングの残存厚さを測定するための非接触測定手順を開示している。該方法は、冶金用容器の内表面、即ち、耐火ライニングの表面上の測定機器からレーザー光線を掃引し、そして測定装置と、種々の点における容器の内表面との間の角度及び距離を測定することを含む。該測定装置は好ましくは、発信装置としてのパルス形式及び受信装置としてのフォトダイオードにおいて操作するレーザーダイオードを含む。このようにして得られたデータは、三次元厚さプロフィールの形態において耐火ライニングの表面構造を画像化することを可能にする。国際特許出願公開第01/38900号公報は、測定装置が、容器の内側表面に新しいライニング物質を施与するところの装置と物理的に結合されることを示唆する。

しかし、ライニング物質は、オペレーターが保持する修理装置又は遠隔操作を経てオペレーターによりマニュアルで操作される修理装置のいずれかにより、容器の内側表面に通常マニュアルで施与される。両者の場合に、オペレーターは、修理されるべき領域を目視で認識し、かつ修理装置の動きを追跡することができなければならない。それ故、オペレーターは、修理されるべき容器の開放された端に比較的接近していなければならない。これはいくつかの欠点と関係付けられる。オペレーターは、熱、火、新しいランニング物質のはね返り及び他の部品が容器から落ちることに曝される。更に、もし、高温物質が水と接触されるなら、容器中での爆発の危険があり、もし、オペレーターが容器に接近しているなら、オペレーターに危害を引き起こし得る。

更に、該マニュアル法は人間が作り出す誤りと本質的に関連する。例えば、もし、オペレーターが、例えば、数センチメートルだけ修理されるべき正確な点をはずすなら、容器の壁における穴であるところのいわゆる「穴あき」を引き起こす危険性があり、そして容器のオペレーターに危害を加え得、又は容器に接続された機器を損傷し得、又はもし、容器の外に流れ出る物質が水と接触するなら爆発をもたらしさえし得る。もし、保護ライニングが完全にモノシリックであるなら、修理されるべき領域を目視で確認することは困難であり、かつオペレーターは、前に実行された厚みプロフィールの測定によりおおまかな指標を得ることができるだけである故に、これは問題になり得る。

もし、オペレーターが実際に修理装置を保持するなら、新しいライニング物質の出力は通常制限される。更に、熱のために、オペレーターの制御下にある修理時間は通常、10〜15分間に制限される。

従って、より少ない物質を使用して現状の技術に従う方法より正確であり、かつ上記の操作上の危険性を削除するところの、冶金用容器の耐火ライニングを修理する方法を提供することが大いに所望されるであろう。

高い速度及び高い正確性で自動的に達成され得るところの、工業用反応容器又は搬送容器のモノシリックなライニングを修理するための方法を提供することが本発明の目的である。

操作上の危険性が削除されるところの、工業用反応容器又は搬送容器のモノシリックなライニングを修理するための方法を提供することが本発明の他の目的である。

より効果的にライニング物質を使用するところの、工業用反応容器又は搬送容器のモノシリックなライニングを修理するための方法を提供することが本発明の更なる目的である。

操作上の要求に容易に適合し得るところの、工業用反応容器又は搬送容器のモノシリックなライニングを修理するための方法を提供することが本発明のより更なる目的である。

その最も広い態様において、本発明は、
ライニングの残存厚さを測定するところの測定装置と、処理ユニットとにより、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域をまとめて特定すること、該処理ユニットは、第一段階において、測定された残存厚さデータをライニングの厚さのための所定のしきい値と比較し、そして所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域に2進値「1」をそして所定のしきい値以上の厚さを有するライニングの領域に2進値「0」を割り当てる、あるいは逆に割り当てることにより、残存厚さデータを2進データに変換し、第二段階において、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域のための2進値が割り当てられるところのライニングのまとめられた領域に、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの孤立された領域をまとめ、そして第三段階において、該まとめられた領域の夫々の位置及び修理シーケンスを計算しそしてこれらのデータを修理装置に伝達する、並びに
処理ユニットにより計算されたまとめられた領域に修理装置によりモノリシックなライニング物質を施与すること
の段階を含む、工業用反応容器又は搬送容器の保護ライニングを修理するための方法を提供する。

修理の実際の実行のために、ライニングの損傷された領域に新しいライニング物質を施与し、かつ好ましくは、マニピュレーターアーム及びその上に配置されかつ回転可能、傾斜可能、垂直移動可能、及び任意的に水平移動可能であるところのガンノズルを含むところの修理装置が提供される。修理装置の位置及び操作は、修理指令の形態で修理装置に、測定装置により得られた実際の残存厚さデータを伝達するところの処理ユニットにより制御される。処理ユニットは好ましくは、測定装置及び修理装置の両方と電子的に結合される。

本発明の方法は、修理指令の形態で修理装置に、測定装置により得られた実際の残存厚さデータを伝達する多数の処理段階を含む。残存厚さデータは好ましくは、容器の対称性を反映するところの規則的な方眼に関して蓄積される。好ましい冶金用容器は、実質的に円柱状におけるところの基本的形状を有する故に、残存厚さデータは好ましくはマトリックス及び円柱座標に転換される。もし、該容器が矩形状の水平断面を有するなら、残存厚さデータは好ましくはマトリックス及び直角座標に変換される。

処理段階は、残存厚さデータをライニングの厚さのための所定のしきい値と比較し、そして例えば、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域に2進値「1」を割り当て、かつ所定のしきい値以上の厚さを有するライニングの領域に2進値「0」を割り当てることにより残存厚さデータを2進データに変換することを含む。以下、これを「2値化」と言う。

2値化前に処理されるべきデータ量を減じるために、容器中の多数の点の測定装置により得られた三次元残存厚さデータが好ましくは、「平均化」と言われる第一処理段階で処理ユニットにおいて平均化され得る。

2値化後、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの孤立された領域が、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域のための2進値が割り当てられるところの、ライニングの隣接するまとめられた領域に一緒にされる。この処理段階は、以下において「デフラグメント化」と言われる。これを達成するために、多数の領域の2進値が好ましくは互いに比較され、そしてもし、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域の数が予め選ばれた比を超えるなら、全体の比較された領域は、所定のしきい値未満の厚さを有する領域のための2進値を割り当てられる。それにより、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域に隣接する所定のしきい値以上の厚さを有するライニングの領域が、それらの領域が未だ修理を必要としないけれども更に新しいライニング物質によりスプレーされるであろうと言う事実が受け入れられる。好ましい比は、例えば、約30パーセント〜約80パーセント、最も好ましくは約50パーセント〜約60パーセントである。

デフラグメント化は、種々の程度のデフラグメント化を使用して実行され得る。好ましくは、デフラグメント化の程度は、製造と関係付けられた境界条件、例えば、耐火ライニングを再構成することにおける均一性、再ライニング化合物の質量、及び修理の時間の関数として変化される。

最後に、まとめられた領域の夫々の位置及び修理シーケンスが計算され、そして更なる処理段階において修理装置のための修理指令に転換される。それ故、所定のしきい値未満の厚さを有する領域の2進値を有する夫々の計算された領域は、モノシリックなライニング物質の施与の段階のシーケンスを示す一連の数と関連付けられる。この処理段階は以下において、「シーケンス化」と言われる。該シーケンスは好ましくは、モノシリックなライニングの内部表面上に施与されるところの修理物質の静特性及び硬化挙動、とりわけ、修理物質の硬化時間を考慮して選ばれる。とりわけ、好ましいシーケンスは、耐火ライニングが、冶金用容器のより低部セクションからそのより上部セクションまで修理されなければならないことを考慮する。それにより、修理物質は、もし、修理領域に対して水平な細片の形態で施与されるなら、前の隣接するより低部のセクションに施与された再ランニング化合物により保持される。

本発明の特に好ましい態様において、残存厚さデータは、耐火ライニングの表面に向かって見られるように、修理されるべき夫々の領域の形状が、簡単な幾何学的図形に基づく形状、好ましくは矩形に大きくされるような様式で修理データを得るために処理される。それにより、修理装置の仕事速度が更に増加され得る。

本発明の更に特に好ましい態様において、幾何学的図形に基づく形状の位置及び形状は、処理ユニットにおいて修理装置の移動の現存する軸に適合される。該修理装置は好ましくは、スプレー装置、ガン装置又はショットクリート装置等である。この適合により、修理装置は、耐火ライニングの修理を達成するために動きのその現存する軸に沿って移動され得る。それにより、修理装置の仕事速度は増加され、かつ修理装置は制御がより容易である。この処理段階は好ましくはデフラグメント化の後に実行され、かつ以下において「セグメント化」と言われる。

本発明の更に好ましい態様において、モノシリックなライニング物質の施与の段階のシーケンスを決定するに先立って、2値化、デフラグメント化、及び任意的にセグメント化の段階が再び、しきい値の変化の下に実行され、従って、より深い穴が、モノシリックなライニング物質の非常に多数の層を施与することにより多数の修理段階において修理され得る。

更に特に好ましい態様において、修理装置に修理データを移送するに先立って、修理の結果が、特定の操作パラメーター、例えば、修理時間、及び修理化合物の量の考慮下にシミュレーションにより処理ユニットにおいて示される。従って、処理ユニットのオペレーターは容易に、変化する条件に修理手順を適合させ得る。

スプレー段階の完了後に、耐火ライニングの残存厚さが測定装置によりもう一度測定され、そしてそのようにして得られた残存厚さが、耐火ライニングの達成可能な再構成に関するシミュレーションにより得られたデータと比較され、そして新たに測定された残存厚さデータとシミュレーションデータとの間に偏差がある場合には、修理装置のコントロールユニットがそれに応じて較正され得る。あるいは、更なる修理段階が開始され得る。

本発明は、添付図面に関して更に詳細に下記において例示的に説明される。

とりわけ、図1は、修理を必要とする耐火ライニング2を伴う電気アーク炉として形成される冶金用容器1の概略図を示している。修理装置3がライニング2の修理のために備えられ、かつガンヘッド4及びマニピュレーター5を有するガン装置として形成される。ガン装置は、ガンヘッド4のノズル4bを通して乾燥した耐火混合物を気体搬送し、そしてノズル4bにおいて、水が該耐火混合物に加えられる。該修理装置はまたショットクリート装置であることができる。上記のガン装置に対比して、ショットクリート装置は、ノズル4bにおいて含水耐火混合物に加えられた空気及び反応性化合物によりショットクリートヘッドを通して湿式耐火混合物を搬送する。マニピュレーター5は実質的に、角を形成するエクステンションアーム5bが蝶番で取り付けられている上端に対して垂直な軸の回りに回転可能な据付支柱5aを含む。ガンヘッド4は、支柱5aから離れて面する角を形成するエクステンションアーム5bの端に吊り下げられている。エクステンションアーム5bは、カラム5aの上端における水平軸の回りに枢軸的に支持されている。ガンヘッド4は、実質的に垂直でありかつ支柱5aと平行に伸びるところの他の軸の回りに枢軸的に支持されている。更に、ガンヘッド4は、ガンヘッド4に枢軸的に据え付けられているところのノズル4bを持つガンアーム4aを有する。このように、修理装置3は、冶金用容器1内の修理を要求する個々の領域への移動を可能にするために4個の回転自由度を有する。修理手順のためのコントロールユニット6を経て発射されるところのドライバー(図示されていない)が、修理装置3の単一の回転及び枢軸運動を実行するために備えられている。修理手順を達成するために修理データと言われる制御データが、測定装置8からの関連情報を評価かつ処理するところの処理ユニット7からコントロールユニット6により受取られる。測定装置8は耐火ライニング2の磨耗を測定するために役に立ち、かつ非接触様式において働くレーザーを実質的に含む。測定手順のために、キャリヤーアーム9の自由端に配置された測定装置8は、熱い冶金用容器1の開口10の上を移動される。

測定装置8により測定された残存厚さデータは、測定装置8から処理ユニット7に移送される。処理ユニット7は、修理装置3のための修理指令に測定装置8から受取られた残存厚みデータを処理する前に、ここで述べられた段階を実行する。

図2において、2値化されたマトリックスは、2値化されたマトリックスが2〜3.6mの深さ範囲T及び完全な角度範囲w(0〜360°)をカバーする例として示されている。修理を必要とする領域に対応する理論値「1」は黒色領域の形態で示されており、そして修理を必要としない領域に対応する理論値「0」は白色領域の形態で示されている。

同一の切断部分のデフラグメント化されたマトリックスの例が図3に示されている。このマトリックスは、より大きな正方形セクション内において多数の領域の2進値を比較し、かつこのセクション内の黒色領域の数が60パーセントの比を超えるかどうかを決定することにより作られた。もし、該数が60パーセントの比を超えたなら、次いで全体の領域が2進値「1」に割り当て割れた。もし、該数が60パーセントの比を超えなかったなら、次いで全体の領域が2進値「0」に割り当てられた。この手順は、全体の2値化されたマトリックスを全体的に適用され、かつ6回繰返された。夫々の回は、大きくされたセクションの寸法を増加することを伴う。

図4は、セグメント化された形態における同一のマトリックスを示している。セグメント境界を設けることは、2進値「1」を有する範囲の回りに線として示されている。セグメント化のために採用された方法は、デフラグメント化されたマトリックスにおける多数の隣接する一連の範囲を分析した。もし、2進値「1」を有する隣接する一連の範囲が、実際に横断する線において見出されたなら、その境界が決定された。そのように同一視された領域は、規則的な矩形に変換されそして一連の数字を割り当てられた。

図5は、一連の数1を割り当てられた領域から出発する修理手順のシーケンスを示す。該シーケンスは、垂直に隣接する領域が底部から頂部まで修理され、そしてマニピュレーターにより移動されるべき全ての距離が最小になることを考慮して決定された。

図1は、電気アーク炉として形成される冶金用容器、磨耗測定のための測定装置及び耐化ライニングを修理するためのガン装置の概略図を示す。

図2は、電気アーク炉の耐火ライニングを反映する2値化されたマトリックスの切断部分を示す。

図3は、電気アーク炉の耐火ライニングのデフラグメント化されたマトリックスの切断部分を示す。

図4は、電気アーク炉の耐火ライニングのセグメント化されたマトリックスの切断部分を示す。

図5は、電気アーク炉の耐火ライニングのシーケンス化されたマトリックスの切断部分を示す。

Claims (15)

1. ライニングの残存厚さを測定するところの測定装置と、処理ユニットとにより、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域をまとめて特定すること、該処理ユニットは、第一段階において、測定された残存厚さデータをライニングの厚さのための所定のしきい値と比較し、そして所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域に2進値「1」をそして所定のしきい値以上の厚さを有するライニングの領域に2進値「0」を割り当てる、あるいは逆に割り当てることにより、残存厚さデータを2進データに変換し、第二段階において、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの領域のための2進値が割り当てられるところのライニングのまとめられた領域に、所定のしきい値未満の厚さを有するライニングの孤立された領域をまとめ、そして第三段階において、該まとめられた領域の夫々の位置及び修理シーケンスを計算しそしてこれらのデータを修理装置に伝達する、並びに
   処理ユニットにより計算されたまとめられた領域に、修理装置によりモノリシックなライニング物質を施与すること
   の段階を含む、工業用反応容器又は搬送容器の保護ライニングを修理するための方法。
2. 保護ライニングが耐火ライニングであるところの請求項1記載の方法。
3. 工業用反応容器又は搬送容器が冶金用容器であるところの請求項1又は2記載の方法。
4. 冶金用容器が、転化器、電気アーク炉、溶鉱炉、取鍋、タンディッシュ及びコークス炉チャンバーから選ばれるところの請求項3記載の方法。
5. 取鍋が、鋼鋳造取鍋、銑鉄取鍋、トピード取鍋及びスラグ取鍋から選ばれるところの請求項4記載の方法。
6. 測定装置がレーザーに基づいた測定装置であるところの請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
7. レーザーに基づいた測定装置がミラースキャナーであるところの請求項6記載の方法。
8. 修理装置が、マニピュレーターアーム及びその上に配置されかつ回転可能、傾斜可能及び垂直移動可能なガンノズルを含むところの請求項1〜7のいずれか一つに記載の方法。
9. 修理装置が、スプレー装置、ガン装置及びショットクリート装置から選ばれるところの請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法。
10. 処理ユニットが、測定装置及び修理装置と電子的に接続されているところの請求項1〜9のいずれか一つに記載の方法。
11. 処理ユニット内の段階が電子的に実行されるところの請求項1〜10のいずれか一つに記載の方法。
12. 処理ユニットが、孤立された点を矩形状のまとめられた領域へとまとめるところの請求項1〜11のいずれか一つに記載の方法。
13. まとめられた領域の夫々の位置が、円柱座標の形式で計算されるところの請求項1〜12のいずれか一つに記載の方法。
14. 耐火ライニングの残存厚さが修理段階の完了後に修理装置によりもう一度測定され、そしてこのようにして得られた残存厚さデータが、耐火ライニングの達成可能な再構成に関するシミュレーションにより得られたデータと比較され、そして新たに測定された残存厚さデータと該シミュレーションデータとの間に偏差がある場合には、修理装置のコントロールユニットがそれに応じて較正されるところの請求項1〜13のいずれか一つに記載の方法。
15. 耐火ライニングの残存厚さが修理段階の完了後に修理装置によりもう一度測定され、そしてこのようにして得られた残存厚さデータが、耐火ライニングの達成可能な再構成に関するシミュレーションにより得られたデータと比較され、そして新たに測定された残存厚さデータと該シミュレーションデータとの間に偏差がある場合には、処理及び修理のシーケンスが繰返されるところの請求項1〜14のいずれか一つに記載の方法。

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