JP2023503558A - 冶金炉の耐火材料の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムおよび方法 - Google Patents
冶金炉の耐火材料の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、主に、冶金炉（１２）の耐火材料（１）の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムに関し、少なくとも、既知の状態および厚さのシミュレートされた耐火材料において反射されたシミュレートされた衝撃波を表すシミュレートされたスペクトルと呼ばれるシミュレートされた周波数領域データのデータベースを含む処理手段を備え、各シミュレートされたスペクトルが、考慮されたシミュレートされた耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関しており、処理手段は、反射された衝撃波を時間領域信号として記録し、実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換するように構成され、さらに実験スペクトルをデータベースからの少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルと比較し、実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定し、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して炉（１２）の耐火材料（１）の厚さおよび状態を推定するように構成されている。
Description
本発明は、冶金の分野、より詳細には、冶金炉内の耐火材料の分野に入る。
本発明は、例えば、溶鉱炉のような冶金炉の耐火材料の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムおよび方法に関する。
溶鉱炉は、典型的に、金属板外層、優先的には鋼板外層と、いずれも耐火材料からなる内層および中間ラミング層とを備える。この耐火材料は、外層の良好な熱的絶縁を可能にし、溶鉱炉の耐火壁を形成する。
しかしながら、溶鉱炉は摂氏１５００度を超えた非常に高い温度にさらされる可能性があり、溶融金属は１０００より多いガスおよび材料を伴う化学反応によって生成されるため、耐火材料は高い化学的かつ熱的ストレスにさらされ、結果として、その進行的な劣化および厚さ減少をもたらす。このように、耐火材料が臨界厚さまでに減少すると、溶鉱炉の大きな機能不全を引き起こす可能性があり、しばしば重大事故に繋がる。
非破壊検査技術が、溶鉱炉の耐火材料の厚さを推定するものとして、すでに知られ、衝撃エコー法として知られている。
しかしながら、これらの知られている技術は精度が十分ではなく、溶鉱炉の耐火材料のような多層材料の厚さや摩耗状態を推定するものでもない。例えば、高い化学的かつ熱的ストレスにさらされるとき、弱体化した層が、特に炭素でできている場合、耐火材料内に現れることがある。衝撃エコー技術は、しばしば脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）層と呼ばれるような弱体化層の位置および厚さを正確に決定することに対して十分に正確ではない。また、衝撃エコー技術では、ラミング層のラミング間隙を検出することができない。
本発明の目的は、したがって、溶鉱炉の耐火材料の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムおよび非破壊方法を提供することによって、従来技術の欠点を改善することである。
この目的のために、本発明の第１の主題は、冶金炉の耐火材料（１）の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムからなり、少なくとも：
耐火材料内へ伝播する少なくとも１つの衝撃波を発生するように構成された衝撃波発生手段、
耐火材料内への少なくとも１つの反射された衝撃波を感知するように構成された衝撃波センサ、
既知の状態および厚さのシミュレートされた耐火材料において反射されたシミュレートされた衝撃波を表すシミュレートされたスペクトルと呼ばれるシミュレートされた周波数領域データのデータベースを備える処理手段であって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮されたシミュレートされた耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、処理手段を備え、処理手段が、
反射された衝撃波を時間領域信号として記録し、実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換し、
実験スペクトルをデータベースからの複数のシミュレートされたスペクトルと比較し、実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定し、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して炉の耐火材料の厚さおよび状態を推定するように構成される。
耐火材料内へ伝播する少なくとも１つの衝撃波を発生するように構成された衝撃波発生手段、
耐火材料内への少なくとも１つの反射された衝撃波を感知するように構成された衝撃波センサ、
既知の状態および厚さのシミュレートされた耐火材料において反射されたシミュレートされた衝撃波を表すシミュレートされたスペクトルと呼ばれるシミュレートされた周波数領域データのデータベースを備える処理手段であって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮されたシミュレートされた耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、処理手段を備え、処理手段が、
反射された衝撃波を時間領域信号として記録し、実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換し、
実験スペクトルをデータベースからの複数のシミュレートされたスペクトルと比較し、実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定し、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して炉の耐火材料の厚さおよび状態を推定するように構成される。
本システムはまた、以下に列挙される任意の特徴が個別に、または組み合わせて考慮されることができる：
－ 処理手段が、順次：
ｉ．周波数領域データにおける共振周波数ピーク位置を決定し、
ｉｉ．共振周波数ピークにより、データベースから、シミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピークを備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｉｉｉ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピークの高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定するように構成され、前記固有のシミュレートされたスペクトルは、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである。
ｉ．周波数領域データにおける共振周波数ピーク位置を決定し、
ｉｉ．共振周波数ピークにより、データベースから、シミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピークを備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｉｉｉ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピークの高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定するように構成され、前記固有のシミュレートされたスペクトルは、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである。
－ 衝撃波発生手段が、耐火材料内へ伝播かつ反射する少なくとも音響衝撃波を発生させるために冶金炉壁に当たるように構成された計装式ハンマーを備える。
－ 衝撃波センサが、発生した衝撃波の反射によって生じる耐火材料の機械的反応を測定するように構成された少なくとも加速度計を備える。
本発明の第２の主題は、上述したようなシステムで冶金炉の耐火材料の厚さと摩耗状態との両方を推定するための方法にあり、前記方法は、少なくとも：
ｉ．耐火材料内へ伝播する少なくとも衝撃波を発生させるステップと、
ｉｉ．耐火材料内への少なくとも反射された衝撃波を感知するステップと、
ｉｉｉ．反射された衝撃波を時間領域信号として記録するステップと、
ｉｖ．前記時間領域信号を実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換するステップと、
ｖ．実験スペクトルをデータベースからの少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルと比較するステップであって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮された耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、ステップと、
ｖｉ．実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定するステップと、
ｖｉｉ．最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して、炉の耐火材料の厚さおよび状態を推定するステップとを備える。
ｉ．耐火材料内へ伝播する少なくとも衝撃波を発生させるステップと、
ｉｉ．耐火材料内への少なくとも反射された衝撃波を感知するステップと、
ｉｉｉ．反射された衝撃波を時間領域信号として記録するステップと、
ｉｖ．前記時間領域信号を実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換するステップと、
ｖ．実験スペクトルをデータベースからの少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルと比較するステップであって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮された耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、ステップと、
ｖｉ．実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定するステップと、
ｖｉｉ．最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して、炉の耐火材料の厚さおよび状態を推定するステップとを備える。
本方法はまた、以下に列挙する任意の特徴を個々にまたは組み合わせて考慮されてもよい：
－ ステップｖおよびｖｉは、順次：
ａ．実験スペクトルにおける共振周波数ピーク位置を決定し、
ｂ．共振周波数ピークが検出されたデータベースからシミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピークを備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｃ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピークの高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定することによって、実行され、前記固有のスペクトルが、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである。
－ ステップｖおよびｖｉは、順次：
ａ．実験スペクトルにおける共振周波数ピーク位置を決定し、
ｂ．共振周波数ピークが検出されたデータベースからシミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピークを備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｃ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピークの高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定することによって、実行され、前記固有のスペクトルが、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである。
－ ステップｖｉｉが、耐火材料の総厚さと、耐火材料が異常によって弱体化された少なくとも１つの層の位置および厚さとを少なくとも推定することによって実行され、前記層が脆性層と呼ばれる。
－ 複数の衝撃波が発生され、複数の反射された衝撃波が感知され時間領域信号として記録され、周波数領域信号にされる。
－ 実験スペクトルにおける共振周波数ピーク位置の決定は：
ａ．実験スペクトルを算術平均し、代表的なピークの第１の集合を選択するステップと、
ｂ．実験スペクトルを幾何平均し、代表的なピークの第２の集合を選択するステップと、
ｃ．第１の集合および第２の集合において両方が選択されたピークの最終集合を選択するステップと、に従って実行され、前記ピークの最終集合は共振周波数ピークである。
ａ．実験スペクトルを算術平均し、代表的なピークの第１の集合を選択するステップと、
ｂ．実験スペクトルを幾何平均し、代表的なピークの第２の集合を選択するステップと、
ｃ．第１の集合および第２の集合において両方が選択されたピークの最終集合を選択するステップと、に従って実行され、前記ピークの最終集合は共振周波数ピークである。
－ 第１の集合のピークが、ピークの幅が１０から２０ヘルツの間に含まれるしきい値よりも大きい場合に選択される。
－ データベースからのシミュレートされたスペクトルが、シミュレートされた衝撃波の伝搬モードを決定し、検出された共振周波数ピークにより、それらをフィルタリングし、シミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択するために、少なくとも数値分散曲線モデルを使用して検出された共振周波数ピークでフィルタリングされる。
－ 固有のシミュレートされたスペクトルが、少なくとも数値過渡モデルを使用して、縮小された対応するグループから決定される。
－ 縮小された対応するグループのスペクトルが選択され、次いで：
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの間の違いを導くステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの全体的な形状を比較するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとのそれぞれの最大高さピーク位置の間の違いを決定するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとを相互に相関させるステップ
のうちの少なくとも１つを実行することによって実験スペクトルと比較される。
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの間の違いを導くステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの全体的な形状を比較するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとのそれぞれの最大高さピーク位置の間の違いを決定するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとを相互に相関させるステップ
のうちの少なくとも１つを実行することによって実験スペクトルと比較される。
本発明の他の特徴および利点は、指示として、そして決して限定することなく、そして以下の添付の図を参照することによって、以下の記載で説明される：
本発明のシステムおよび方法は、特に、冶金炉１２の耐火材料１の、より詳細には温度が最も高い溶融金属を含む溶鉱炉１２の特定の底部の耐火材料１の厚さと摩耗状態との両方の推定に用途を見出す。
溶鉱炉１２の底部は、金属、典型的には鋼からなる外層１１を含む。この外層１１を熱的に絶縁するために、そして図１および２に示されているように、溶鉱炉１２は、その組成がさらされた温度と相関している耐火材料１を含む。
温度が摂氏１５００度を超える溶鉱炉１２の底部では、耐火材料１は、厚い内層３、および金属外層と内層３との間に位置する薄い中間ラミング層２を含む。ラミング層２は、約５から１０センチメートルの厚さであり、好ましくはセラミックからなる。内層３は、炭素からなるが、約８０から１００センチメートルである。
図３ａから３ｃに描かれるように、溶鉱炉１２は、適合した冷却剤、例えば、水で溶鉱炉１２を冷却するように構成された冷却手段１３、１４、１５をさらに含む。これらの冷却手段１３－１５は、溶鉱炉１２の鋼外層１１に隣接している。
図３ａに示されている第１の変形例では、冷却手段１３は、噴霧された冷却剤を外層１１の外面に対して規則的または連続的に噴霧するように構成された噴霧デバイスを含む。外層１１上の冷却剤の気化は、溶鉱炉１２の冷却に役立つ。
図３ｂに示されている第２の変形例では、冷却手段は、外層１１の外面に対して配置された冷却チャネル１４を含む（１つの冷却チャネル１４のみが図３ｂに示されている）。冷却剤はこれらのチャネル１４を流れ、外層１１を介して溶鉱炉１２の冷却に寄与する。
図３ｃに示されている第３の変形例では、冷却手段は、外層１１と中間ラミング層２との間に挿入された冷却ステーブ１５を含む（１つの冷却ステーブ１５のみが図３ｃに示されている）。冷却剤は、これらのステーブ１５を流れ、ラミング層２を介して溶鉱炉１２の冷却に寄与する。
先に示したように、本発明のシステムおよび方法の目的は、非破壊的な方法で、内層および中間層２、３の状態と厚さとの両方を推定することである。
層２、３の状態とは、前記層２、３の摩耗状態を意味し：本発明のシステムおよび方法は、耐火材料１におけるデフォルトおよび弱点を検出することができる。特に、本発明は、中間層２におけるラミング間隙を検出し、内層３における任意の弱体化層５の位置および厚さを検出するように設計され、前記弱体化層は脆性層５と呼ばれる。
図２に示されているように、本発明のシステムおよび方法は、残りの「確かな」内層４、すなわち中間層２と脆性層５との間の残りの炭素層の厚さＬ１、および「損傷した」内層６、すなわち、脆性層５を越えた炭素層の厚さＬ３を推定することもできる。
本発明のシステムおよび方法は、溶鉱炉１２に冷却手段１３－１５が装備されているか否か、および冷却手段１３－１５の変形例が何であるかにかかわらず上述したいずれの溶鉱炉１２にも適用される。
本発明のシステムについて、ここで説明する。
本システムは、溶鉱炉１２の外層に当たるように構成された少なくとも１つの電動ハンマーを含む。ハンマーによる各当たりの目的は、溶鉱炉１２の耐火材料１を励起することであり：当たるごとに、機械的衝撃波、典型的には音響衝撃波が発生され、耐火材料１を通って伝播する。当然、複数の衝撃波が、ハンマーで発生されることができるのは、各当たりが衝撃波を発生するからである。
本システムはまた、溶鉱炉１２の耐火材料１の励起を検出するための少なくとも１つの衝撃波センサを含む。言い換えれば、前記衝撃波センサは、耐火材料１内への少なくとも１つの反射された衝撃波を検出するようになされている。衝撃波は耐火材料１において連続した圧縮および膨張を引き起こすので、各衝撃波センサは、好ましくは、耐火材料１の機械的励起を検出できるように溶鉱炉１２の外層の外面に設置された加速度計である。
本システムは、電動ハンマーおよび加速度計に電気的に接続された処理手段を含み、加速度計によって感知された反射された衝撃波を記録するように構成されている。この記録された信号は、耐火材料１の変位対時間を表す。したがって、記録された信号は時間領域信号である。
処理手段はまた、例えば、高速フーリエ変換アルゴリズムを介して、時間領域信号を、以下の「実験スペクトル」と呼ばれる周波数領域データに変換するように構成されている。この変換のおかげで、実験スペクトルは伝搬モードを示し、耐火材料１の機械的励起と相関している各共振周波数を意味する。実験スペクトルの伝搬モードは、耐火材料１の構造特性と相関しており、ラミング層２におけるその隙間、その総厚さＬ、および脆性層５に適用された場合の、位置および厚さＬ２を意味する。
後のセクションで説明されるように、本発明によれば、本システムは、耐火材料１の厚さＬと摩耗状態との両方を推定するために伝搬モードを使用する。より詳細には、処理手段は、実験スペクトルを複数のシミュレートされたスペクトルと比較するように構成されている。
したがって、システムの処理手段は、シミュレートされたスペクトルのデータベースを含み、各シミュレートされたスペクトルは、溶鉱炉１２の既知の耐火材料に対応する、対応するシミュレートされた時間領域信号の高速フーリエ変換である。言い換えれば、各シミュレートされたスペクトルは、ラミング間隙、総厚さおよび脆性層位置および厚さが既知であるシミュレートされた耐火材料と相関している。
シミュレートされたスペクトルは、広い範囲の耐火材料構成が研究されている既知の有限要素解析ソフトウェアを使用して生成される。データベースは、同じ数の耐火材料構成に対応する２００．０００より多いシミュレートされたスペクトルを含んでもよい。
本発明によれば、溶鉱炉１２の耐火材料１の厚さＬと状態との両方を推定するための方法が、上述したシステムによって実行される。次に、この方法について説明する。
本方法の第１のステップでは、処理手段が電動ハンマーを制御し、それにより溶鉱炉の外層の表面に当たることができる。同時に、加速度計が、溶鉱炉１２の耐火材料１のいかなる励起信号も感知するためにアクティブ化される。ハンマーはこのように耐火材料１内を通って伝播する衝撃波を発生する。
第２のステップでは、加速度計は、耐火材料１内への反射された衝撃波を感知し、前記反射された衝撃波はこのように、処理手段のメモリに時間領域信号として記録されている。
第３のステップでは、処理手段は、耐火材料１の構造を表す実験スペクトルを生成するために、時間信号領域を周波数領域データに変換する。
第４のステップでは、処理手段は、実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定するために、実験スペクトルをデータベースに記録された少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルと比較する。そうするために、処理手段は、実験スペクトルにおいて代表的な共振ピークを探し、複数のシミュレートされたスペクトルの共振周波数ピークと比較するが、そのような共振ピークは代表的な伝搬モードである。以下の説明は、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルが前記第４のステップにおいて選ばれることができる方法を正確に説明する。
優先的には、信号対雑音比を増加させるために、これら３つのステップは、耐火材料１の構造を表す複数の実験スペクトル、典型的には１０から２０の間の実験スペクトルを得るために順次繰り返される。雑音を低減するために、これらの複数の実験スペクトルは、数式
に従って算術平均され、ここでｎは実験スペクトルの数であり、ｆｉはｉ番目の実験スペクトルである。結果は、フーリエ変換された実験信号の振幅対周波数を表す曲線である算術平均された実験スペクトル７を示す図４に示されている。
処理手段は、次いで、代表ピークの第１の集合９、１０を選択し、前記選択は、ピークの高さおよび／または幅に基づいている。優先的には、処理手段は、１０から２０ヘルツの間に含まれるしきい値よりも大きい幅を有するピークのみを選択する。
実験スペクトルはまた、数式
に従って処理手段によって幾何平均される。言い換えれば、幾何平均は、ｎ個の実験スペクトルの積のｎ乗根である。その結果も、前記幾何平均された実験スペクトル８を示す図４に示されている。これにより、しばしば繰り返される実験スペクトルの一部は、算術および幾何平均化スペクトルの両方を表す図４に示されているように、前記平均化されたスペクトルにおいて拡大される。結果として、最も代表的なピークがこの幾何平均されたスペクトルにおいて拡大され、処理手段は、それによって代表ピークの第２の集合９’を選択する。図４に示されるように、これらのピーク９’は、幾何平均されたスペクトル８の残りから明らかに際立っているため、容易に選ばれる。
算術および幾何平均は、処理手段によって並列に実行される。目的は、これら２つの並列処理ステップに基づく実験データ上で、算術平均および幾何平均の２つの独立した平均を得ることである。処理手段は、したがって、第１の集合および第２の集合において両方が選択されたピークの最終集合を選択する。最終集合において選択されたピークは、代表的な共振周波数ピーク９であり、溶鉱炉１２の耐火材料１を代表する伝搬モードと直接相関している。
共振ピーク９の最終集合が決定されると、処理手段は、少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルを前記選択された共振ピーク９でフィルタリングする。このフィルタリングは、シミュレートされた衝撃波の伝搬モードを決定し、次いで、検出された共振周波数ピーク９でフィルタリングし、そして最終的に前記共振周波数ピーク９を含むシミュレートされたスペクトルの縮小グループを選択するために、既知の数値分散曲線モデルを使用することによって達成される。
処理手段は、このシミュレートされたスペクトルの縮小されたグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定するために、シミュレートされたスペクトルの縮小されたグループ上の少なくとも既知の数値過渡モデル、例えば、有限要素モデルを実装する。この固有のシミュレートされたスペクトルは、算術平均された実験スペクトル７と最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである。最もよく適合するスペクトルは、それぞれの高さが算術平均された実験スペクトル７の共振ピーク９の高さに最も近い共振ピークを含むスペクトルである。
過渡モデルを適用しながら、処理手段は、シミュレートされたスペクトルの縮小グループから最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定するために、以下のステップの１つ以上を実行することによって類似性パラメータを決定する。各実行されたステップに対して、考慮された類似性パラメータが生成される：
ｉ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との間の違いを導くステップ、
ｉｉ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との全体的な形状を比較するステップ、
ｉｉｉ．間引きされたシミュレートされたスペクトルと間引きされた算術平均された実験スペクトル７との間の違いを決定するステップであって；間引きされたスペクトルが、例えば、元のスペクトルの選択された特徴を抑制するためにローパスフィルタを適用することによって得られた単純化スペクトルである、決定するステップ、
ｉｖ．最終集合のシミュレートされたスペクトルおよび算術平均された実験スペクトル７のそれぞれの最大高さピーク位置間の違いを決定するステップ、および／または、
ｖ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との間の類似性を測定することによって、最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７とを相互に相関させるステップ。言い換えれば、スペクトルが周波数領域において互いから離れているほど、相関値は小さくなる。
ｉ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との間の違いを導くステップ、
ｉｉ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との全体的な形状を比較するステップ、
ｉｉｉ．間引きされたシミュレートされたスペクトルと間引きされた算術平均された実験スペクトル７との間の違いを決定するステップであって；間引きされたスペクトルが、例えば、元のスペクトルの選択された特徴を抑制するためにローパスフィルタを適用することによって得られた単純化スペクトルである、決定するステップ、
ｉｖ．最終集合のシミュレートされたスペクトルおよび算術平均された実験スペクトル７のそれぞれの最大高さピーク位置間の違いを決定するステップ、および／または、
ｖ．最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との間の類似性を測定することによって、最終集合のシミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７とを相互に相関させるステップ。言い換えれば、スペクトルが周波数領域において互いから離れているほど、相関値は小さくなる。
縮小グループから最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを選択するために、処理手段は、各シミュレートされたスペクトルと算術平均された実験スペクトル７との間の類似性の割合を示す表を生成する。より具体的には、類似性の割合は、上記ステップの１つ以上を実行することによって得られたすべてのシミュレートされたパラメータを考慮して決定される。さらに、すべての類似性パラメータは同じ重みで考慮される。言い換えれば、５つの類似性パラメータが決定された場合、それぞれが、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを選択することで２０％寄与する。このアプローチでは、形状、最大位置などのスペクトルが類似しているほど、これらのスペクトル間の類似性の割合が高くなる。表において割合が最も高いシミュレートされたスペクトルは、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルになるように処理手段によって最終的に選択される。
最後に、本方法の第５のステップでは、処理手段は、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルに相関している、データベースにおけるシミュレートされた耐火材料を選択する。処理手段は、次いで、前記シミュレートされた耐火材料の、試験済み耐火材料１に非常に匹敵するすべての特徴を示す表を生成する。これにより、試験済み耐火材料の特徴、特に、中間層２のラミング間隙の有無、全炭素層３の厚さＬ、適用可能な場合の脆性層５の厚さＬ２および位置、ならびに脆性層５とラミング中間層２との間にある「確かな」炭素層４の厚さＬ１の非常に正確な非破壊推定が提供される。また、本発明の方法およびシステムで、推定は、冶金炉の構成、特に図３ａから３ｃに示したような冷却手段の位置および種類が何であれ、正確に行われる。
Claims (13)
- 冶金炉（１２）の耐火材料（１）の厚さと摩耗状態との両方を推定するためのシステムであって、少なくとも、
耐火材料（１）内へ伝播する少なくとも１つの衝撃波を発生するように構成された衝撃波発生手段、
耐火材料（１）内への少なくとも１つの反射された衝撃波を感知するように構成された衝撃波センサ、
既知の状態および厚さのシミュレートされた耐火材料において反射されたシミュレートされた衝撃波を表す、シミュレートされたスペクトルと呼ばれるシミュレートされた周波数領域データのデータベースを備える処理手段であって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮されたシミュレートされた耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、処理手段、
を備えるシステムであって、処理手段が、
反射衝撃波を時間領域信号として記録し、実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換し、
実験スペクトルをデータベースからの複数のシミュレートされたスペクトルと比較し、実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定し、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して炉（１２）の耐火材料（１）の厚さおよび状態を推定するように構成された、システム。 - 前記処理手段が、順次、
ｉ．周波数領域データにおける共振周波数ピーク（９）位置を決定し、
ｉｉ．共振周波数ピーク（９）でデータベースから、シミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピーク（９）を備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｉｉｉ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピーク（９）の高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定するように構成され、前記固有のシミュレートされたスペクトルが、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである、請求項１に記載のシステム。 - 衝撃波発生手段が、耐火材料（１）内へ伝播かつ反射する少なくとも音響衝撃波を発生させるために、冶金炉壁（１１）に当たるように構成された計装式ハンマーを備える、請求項１または２に記載のシステム。
- 衝撃波センサが、発生した衝撃波の反射によって生じる耐火材料（１）の機械的反応を測定するように構成された少なくとも加速度計を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のシステムで冶金炉（１２）の耐火材料（１）の厚さと摩耗状態との両方を推定するための方法であって、前記方法は、少なくとも、
ｉ．耐火材料（１）内へ伝播する少なくとも衝撃波を発生させるステップと、
ｉｉ．耐火材料（１）内への少なくとも反射された衝撃波を感知するステップと、
ｉｉｉ．反射された衝撃波を時間領域信号として記録するステップと、
ｉｖ．前記時間領域信号を実験スペクトルと呼ばれる周波数領域データに変換するステップと、
ｖ．実験スペクトルをデータベースからの少なくとも複数のシミュレートされたスペクトルと比較するステップであって、各シミュレートされたスペクトルが、考慮された耐火材料の既知の状態および厚さのデータの両方と相関している、ステップと、
ｖｉ．実験スペクトルと最もよく適合するシミュレートされたスペクトルを決定するステップと、
ｖｉｉ．最もよく適合するシミュレートされたスペクトルと相関している既知の状態および厚さのデータを使用して、炉（１２）の耐火材料の厚さおよび状態を推定するステップとを備える、方法。 - ステップｖおよびｖｉが、順次、
ａ．実験スペクトルにおける共振周波数ピーク（９）位置を決定し、
ｂ．検出された共振周波数ピーク（９）により、データベースから、シミュレートされたスペクトルをフィルタリングし、前記共振周波数ピーク（９）を備えるシミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択し、
ｃ．共振周波数ピークが実験スペクトルのピーク（９）の高さに最も近い、縮小された対応するグループから固有のシミュレートされたスペクトルを決定することによって、実行され、前記固有のスペクトルが、最もよく適合するシミュレートされたスペクトルである、請求項５に記載の方法。 - ステップｖｉｉが、耐火材料（１）の総厚さ（Ｌ）と、耐火が異常によって弱体化された少なくとも層の位置および厚さ（Ｌ２）とを少なくとも推定することによって実行され、前記層が脆性層（５）と呼ばれる、請求項５または６に記載の方法。
- 複数の衝撃波が発生され、複数の反射された衝撃波が感知され時間領域信号として記録され、周波数領域信号に変換される、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
- 実験スペクトルにおける共振周波数ピーク（９）位置の決定は、
ａ．実験スペクトルを算術平均し、代表的なピーク（９、１０）の第１の集合を選択するステップと、
ｂ．実験スペクトルを幾何平均し、代表的なピーク（９’）の第２の集合を選択するステップと、
ｃ．第１の集合および第２の集合において両方が選択されたピークの最終集合を選択するステップとに従って実行され、前記ピークの最終集合が共振周波数ピークである、請求項６および８に記載の方法。 - 第１の集合のピーク（９、１０）が、ピークの幅が１０から２０ヘルツの間に含まれるしきい値よりも大きい場合に選択される、請求項９に記載の方法。
- データベースからのシミュレートされたスペクトルが、シミュレートされた衝撃波の伝搬モードを決定し、検出された共振周波数ピーク（９）により、それらをフィルタリングし、シミュレートされたスペクトルの縮小された対応するグループを選択するために、少なくとも数値分散曲線モデルを使用して、検出された共振周波数ピーク（９）でフィルタリングされる、請求項９または１０に記載の方法。
- 固有のシミュレートされたスペクトルが、少なくとも数値過渡モデルを使用して、縮小された対応するグループから決定される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
- 縮小された対応するグループのスペクトルが選択され、次いで、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの間の違いを導くステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとの全体的な形状を比較するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとのそれぞれの最大高さピーク位置の間の違いを決定するステップ、
シミュレートされたスペクトルと実験スペクトルとを相互相関させるステップ
のうちの少なくとも１つを実行することによって実験スペクトルと比較される、請求項１１または１２に記載の方法。
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