KR20220066390A - 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템 및 방법 - Google Patents
야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 주로 야금 노 (12) 의 내화 재료 (1) 의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 적어도 알려진 상태 및 두께의 시뮬레이션된 내화 재료에서 반사된 시뮬레이션된 충격파를 나타내는 시뮬레이션된 스펙트럼으로 명명된 시뮬레이션된 주파수 도메인 데이터의 데이터베이스를 포함하는 처리 수단을 포함하고, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고려된 시뮬레이션된 내화 재료의 알려진 상태 및 두께 데이터와 연관되고, 상기 처리 수단은, 반사 충격파를 시간 도메인 신호로서 기록하고, 이를 실험 스펙트럼으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하도록 구성되고, 또한 추가로 상기 실험 스펙트럼을 적어도 데이터베이스로부터의 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하고, 상기 실험 스펙트럼과 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하고, 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 연관된 알려진 상태 및 두께 데이터를 이용하여 상기 노 (12) 의 상기 내화 재료 (1) 의 두께 및 상태를 추정하도록 구성된다.
Description
본 발명은 야금 분야에 속하며, 특히 야금 노 내의 내화 재료의 분야에 속한다.
본 발명은 예를 들어 고로와 같은 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태를 추정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
고로는 전형적으로 금속-판 외부 층, 우선적으로 강 플레이트 외부 층, 내부 층 및 중간 래밍 층을 포함하며, 양자는 내화 재료로 구성된다. 이러한 내화 재료는 외부 층의 열절연을 양호하게 하고 고로의 내화 벽을 형성한다.
그러나, 고로는 섭씨 1500도를 웃도는 매우 높은 온도를 겪을 수 있고, 용융 금속이 1000개 이상의 가스 및 물질을 포함하는 화학 반응에 의해 생성되기 때문에, 내화 재료는 높은 화학 및 열 응력에 노출되고, 이는 점진적인 열화 및 두께 감소를 초래한다. 따라서, 내화 재료가 임계 두께 이하로 내려가면, 고로의 큰 기능 이상을 초래하여 종종 심각한 사고로 이어질 수 있다.
비파괴 검사 기술은 충격 에코 방법으로서 알려진 고로의 내화 재료의 두께를 추정하는 것으로 이미 알려져 있다.
그러나, 이러한 기술은 충분히 정확하지 않으며, 고로의 내화 재료와 같은 다층구조 재료의 두께 또는 마모 상태를 추정하지 못한다. 예를 들어, 높은 화학적 및 열적 응력에 노출된 경우, 특히 탄소로 만들어진 경우 내화 재료 내에 약화된 층이 나타날 수 있다. 충격 에코 기술은 종종 취성 층으로 불리는 그러한 약화된 층의 위치 및 두께를 정확하게 결정할 만큼 충분히 정확하지 않다. 또한, 충격 에코 기술은 래밍 층에서 래밍 갭을 검출할 수 없다.
따라서, 본 발명은 고로의 내화 재료의 두께 및 마모 상태를 추정하기 위한 시스템 및 비파괴 방법을 제공함으로써 종래기술의 단점들을 개선하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 제 1 주제는 야금 노의 내화 재료 (1) 의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템으로서, 상기 시스템은 적어도
ㆍ 상기 내화 재료 내로 전파하는 적어도 하나의 충격파를 생성시키도록 구성된 충격파 생성 수단,
ㆍ 상기 내화 재료 내로의 적어도 하나의 반사 충격파를 감지하도록 구성된 충격파 센서,
ㆍ 알려진 상태 및 두께의 시뮬레이션된 내화 재료에서 반사된 시뮬레이션된 충격파를 나타내는 시뮬레이션된 스펙트럼으로 명명된 시뮬레이션된 주파수 도메인 데이터의 데이터베이스를 포함하는 처리 수단으로서, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고려된 시뮬레이션된 내화 재료의 알려진 상태 및 두께 데이터와 연관되고, 상기 처리 수단은
o 반사 충격파를 시간 도메인 신호로서 기록하고, 이를 실험 스펙트럼으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하도록, 그리고,
o 상기 실험 스펙트럼을 데이터베이스로부터의 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하고, 상기 실험 스펙트럼과 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하고, 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 연관된 알려진 상태 및 두께 데이터를 이용하여 상기 노의 상기 내화 재료의 두께 및 상태를 추정하도록
구성된, 상기 처리 수단
을 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템으로 이루어진다.
상기 시스템은 또한 개별적으로 또는 조합하여 고려되는 아래에 기술된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 상기 처리 수단은 순차적으로
i. 상기 주파수 도메인 데이터에서 공진 주파수 피크 위치를 결정하도록,
ii. 상기 공진 주파수 피크로 데이터베이스로부터 상기 시뮬레이션된 스펙트럼을 필터링하고, 상기 공진 주파수 피크를 포함하는 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택하도록, 그리고
iii. 공진 주파수 피크의 높이가 상기 실험 스펙트럼의 공진 주파수 피크에 가장 가까운 상기 축소된 대응 그룹으로부터 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼인 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하도록
구성된다.
- 상기 충격파 생성 수단은 적어도 상기 내화 재료 내로 전파 및 반사하는 음향 충격파를 생성하기 위해 야금 노 벽을 치도록 구성된 계측 해머를 포함한다.
- 상기 충격파 센서는 생성된 충격파의 반사에 의해 야기되는 상기 내화 재료의 기계적 반응을 측정하도록 구성된 적어도 가속도계를 포함한다.
본 발명의 제 2 주제는 전술한 바와 같은 시스템에 의한 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법으로서, 상기 방법은 적어도
i. 상기 내화 재료 내로 전파되는 적어도 충격파를 생성하는 단계;
ii. 상기 내화 재료 내로의 적어도 반사된 충격파를 감지하는 단계;
iii. 상기 반사된 충격파를 시간 도메인 신호로서 기록하는 단계;
iv. 상기 시간 도메인 신호를 실험 스펙트럼으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하는 단계;
v. 상기 실험 스펙트럼을 데이터베이스로부터의 적어도 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하는 단계로서, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고려된 상기 내화 재료의 알려진 상태 및 두께 데이터와 연관되는, 상기 비교하는 단계,
vi. 상기 실험 스펙트럼으로 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하는 단계,
vii. 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 연관된 알려진 상태 및 두께 데이터를 사용하여 상기 노의 내화 재료의 두께 및 상태를 추정하는 단계
를 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법으로 이루어진다.
상기 방법은 또한 개별적으로 또는 조합하여 고려되는 아래에 기술된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 단계 v 및 단계 vi 는 순차적으로
a. 상기 실험 스펙트럼에서 공진 주파수 피크 위치를 결정함으로써,
b. 검출된 공진 주파수 피크로 데이터베이스로부터 시뮬레이션된 스펙트럼을 필터링하고, 상기 공진 주파수 피크를 포함하는 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택함으로써, 그리고
c. 공진 주파수 피크의 높이가 상기 실험 스펙트럼의 공진 주파수 피크에 가장 가까운 상기 축소된 대응 그룹으로부터 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼인 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정함으로써
구현된다.
- 단계 vii 는 상기 내화 재료의 총 두께 및 상기 내화 재료가 이상 (anomalies) 에 의해 약화되는 취성 층으로 명명된 적어도 층의 위치 및 두께를 적어도 추정함으로써 구현된다.
- 복수의 충격파가 생성되고, 복수의 반사 충격파가 감지되어 시간 도메인 신호로서 기록되고, 주파수 도메인 신호로 된다.
- 상기 실험 스펙트럼에서의 공진 주파수 피크 위치의 결정은
a. 상기 실험 스펙트럼을 산술적으로 평균화하고 대표 피크들의 제 1 세트를 선택하는 단계,
b. 상기 실험 스펙트럼을 기하학적으로 평균화하고 대표 피크들의 제 2 세트를 선택하는 단계, 및
c. 상기 제 1 세트 및 상기 제 2 세트에서 선택된 공진 주파수 피크들인 피크들의 최종 세트를 선택하는 단계
에 의해 구현된다.
- 상기 제 1 세트의 피크들은 그들의 폭이 10 내지 20Hz 인 임계값보다 큰 경우에 선택된다.
- 상기 데이터베이스로부터의 상기 시뮬레이션된 스펙트럼은, 시뮬레이션된 충격파들의 전파 모드들을 결정하고, 이들을 검출된 공진 주파수 피크들로 필터링하고, 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택하기 위해 적어도 수치적 분산 곡선 모델을 사용하여 검출되는 공진 주파수 피크들로 필터링된다.
- 상기 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼은 적어도 수치적 과도 모델을 사용하여 상기 축소된 대응 그룹으로부터 결정된다.
- 상기 축소된 대응 그룹의 스펙트럼이 선택되고 이어서 다음의 단계들 중의 적어도 하나를 구현함으로써 상기 실험 스펙트럼과 비교된다:
ㆍ 시뮬레이션된 스펙트럼과 실험 스펙트럼 간의 직접적인 차이;
ㆍ 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼의 전체 모양의 비교;
ㆍ 각각 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼의 최대 높이 피크 위치들 간의 차이의 결정;
ㆍ 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼 간의 상호 상관관계.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 비한정적인 방식으로 그리고 이하에 암시의 방식으로 주어진 다음의 설명에서 기술된다.
도 1 은 고로의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 고로의 내화 재료의 단면도를 나타낸다.
도 3a 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 1 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 3b 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 2 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 3c 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 3 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 4 는 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼을 나타내는 제 1 곡선과 기하학적으로 평균화된 실험 스펙트럼을 나타내는 제 2 곡선을 갖는 그래프를 나타낸다.
도 1 은 고로의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 고로의 내화 재료의 단면도를 나타낸다.
도 3a 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 1 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 3b 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 2 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 3c 는 냉각 시스템을 포함하는 고로의 내화 재료의 제 3 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 4 는 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼을 나타내는 제 1 곡선과 기하학적으로 평균화된 실험 스펙트럼을 나타내는 제 2 곡선을 갖는 그래프를 나타낸다.
본 발명의 시스템 및 방법은 특히 온도가 가장 높은 용융 금속을 함유하는 고로 (12) 의 내화 재료 (1), 특히 고로 (12) 의 특정 바닥 부분의 내화 재료 (1) 의 두께 및 마모 상태를 추정하는 것에 적용된다.
고로 (12) 의 바닥 부분은 금속, 통상적으로 강으로 이루어진 외부 층 (11) 을 포함한다. 이러한 외부 층 (11) 을 열적으로 분리시키기 위해 그리고 도 1 및 도 2 에 나타난 바와 같이, 고로 (12) 는 그 조성이 노출되는 온도와 상관관계가 있는 내화 재료 (1) 를 포함한다.
온도가 1500℃ 이상인 고로 (12) 의 바닥 부분에서, 내화 재료 (1) 는 두꺼운 내부 층 (3), 및 금속 외부 층과 내부 층 (3) 사이에 위치하는 얇은 중간 래밍 층 (2) 을 포함한다. 래밍 층 (2) 의 두께는 약 5 내지 10 센티미터이며, 바람직하게는 세라믹으로 만들어진다. 탄소로 만들어진 내부 층 (3) 은 약 80 내지 100 센티미터이다.
도 3a 내지 도 3c 에 나타낸 바와 같이, 고로 (12) 는, 예를 들어 물과 같은 순응된 냉각제로 고로 (12) 를 냉각시키도록 구성된 냉각 수단 (13, 14, 15) 을 더 포함한다. 이러한 냉각 수단 (13-15) 은 고로 (12) 의 강 외부 층 (11) 에 인접한다.
도 3a 에 도시된 제 1 변형예에서, 냉각 수단 (13) 은 분무된 냉각제를 정기적으로 또는 연속적으로 외부 층 (11) 의 외부 면에 대해 분사하도록 구성된 분사 장치를 포함한다. 외부 층 (11) 에서 냉각제가 기화되면 고로 (12) 의 냉각에 도움이 된다.
도 3b 에 도시된 제 2 변형예에서, 냉각 수단은 외부 층 (11) 의 외부면에 대해 배치된 냉각 채널 (14) 을 포함한다 (도 3b 에는 단지 하나의 냉각 채널 (14) 만이 도시됨). 냉각제는 이 채널 (14) 을 통해 흐르고, 외부 층 (11) 을 통해 고로 (12) 를 냉각시키는데 기여한다.
도 3c 에 도시된 제 3 변형예에서, 냉각 수단은 외부 층 (11) 과 중간 래밍 층 (2) 사이에 삽입된 냉각 스테이브 (15) 를 포함한다 (도 3c 에는 단지 하나의 냉각 스테이브 (15) 만이 도시됨). 냉각제는 이 스테이브 (15) 를 통해 흐르고, 래밍 층 (2) 을 통해 고로 (12) 를 냉각시키는데 기여한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법의 목적은, 비파괴 방식으로, 내부 및 중간 층 (2, 3) 의 상태 및 두께 모두를 추정하는 것이다.
층 (2, 3) 의 상태는 층 (2, 3) 의 마모 상태를 의미한다: 본 발명의 시스템 및 방법은 내화 재료 (1) 의 디폴트 및 취약성을 검출할 수 있다. 특히, 본 발명은 중간 층 (2) 에서의 래밍 갭을 검출하고, 내부 층 (3) 의 임의의 약화된 층 (5) 의 위치 및 두께를 검출하도록 설계되며, 상기 약화된 층은 취성 층 (5) 으로 명명된다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 나머지 "온전한 (sane)" 내부 층 (4), 즉 중간 층 (2) 과 취성 층 (5) 사이의 나머지 탄소 층의 두께 L1, 및 "손상된" 내부 층 (6), 즉 취성 층 (5) 을 초과하는 탄소 층의 두께 L3 를 추정할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은, 고로 (12) 에 냉각 수단 (13 - 15) 이 구비되었는지 여부 및 냉각 수단 (13 - 15) 의 변형에 관계없이, 위에서 설명한 임의의 고로 (12) 에 적용된다.
이제 본 발명의 시스템을 설명한다.
이 시스템은 고로 (12) 의 외부 층을 타격하도록 구성된 적어도 전동 해머를 포함한다. 해머에 의해 수행되는 각각의 타격의 목적은 고로 (12) 의 내화 재료 (1) 를 여기시키기 위한 것이다: 각각의 타격 후에, 기계적 충격파, 전형적으로 음향 충격파가 발생하고 내화 재료 (1) 를 통해 전파된다. 물론, 해머에 의해 다수의 충격파를 발생시킬 수 있는데, 왜냐하면 각 타격에 의해 충격파가 발생하기 때문이다.
시스템은 또한 고로 (12) 의 내화 재료 (1) 의 여기를 검출하기 위한 적어도 충격파 센서를 포함한다. 즉, 상기 충격파 센서는 내화 재료 (1) 내로의 적어도 반사 충격파를 검출하도록 구성된다. 충격파는 내화 재료 (1) 의 압축 및 팽창의 연속을 유발하기 때문에, 각 충격파 센서는 내화 재료 (1) 의 기계적 여기현상을 검출할 수 있도록 고로 (12) 의 외부 층의 외부 표면에 설치되는 가속도계인 것이 바람직하다.
시스템은, 전동식 해머 및 가속도계에 전기적으로 연결되고 가속도계에 의해 감지된 반사 충격파를 기록하도록 구성된 처리 수단을 포함한다. 이 기록된 신호는 시간과 내화 재료 (1) 의 변위를 나타낸다. 따라서, 기록된 신호는 시간 도메인 신호일 수 있다.
처리 수단은 또한 예를 들어 고속 푸리에 변환 알고리즘을 통해 시간 도메인 신호를 다음에서 "실험 스펙트럼" 으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하도록 구성된다. 이러한 변환 덕분에, 실험 스펙트럼은 전파 모드를 나타내는데, 이는 내화 재료 (1) 의 기계적 여기와 상관관계에 있는 모든 공진 주파수를 의미한다. 실험 스펙트럼의 전파 모드는 내화 재료 (1) 의 구조적 특성과 상관되어 있는데, 이는 래밍 층 (2) 에서의 갭, 그의 총 두께 L 및 만약 적용된다면 그의 취성 층 (5) 위치 및 두께 L2 를 의미한다.
나중의 섹션에 설명된 바와 같이 그리고 본 발명에 따르면, 시스템은 내화 재료 (1) 의 두께 (L) 및 마모 상태를 모두 추정하기 위해 전파 모드를 사용한다. 특히, 처리 수단은 실험 스펙트럼을 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하도록 구성된다.
따라서, 시스템의 처리 수단은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 데이터베이스를 포함하고, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고로 (12) 의 알려진 내화 재료에 대응하는 대응하는 대응 시뮬레이션된 시간 도메인 신호의 고속 푸리에 변환이다. 즉, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 래밍 갭, 전체 두께 및 취성층 위치 및 두께가 알려진 시뮬레이션된 내화 재료와 상관된다.
시뮬레이션된 스펙트럼은 알려진 유한 요소 분석 소프트웨어를 사용하여 생성되며, 이를 통해 광범위한 내화 재료 구성이 연구된다. 데이터베이스는 200.000개 이상의 시뮬레이션 스펙트럼을 포함할 수 있으며, 이는 다수의 내화 재료 구성에 상응한다.
본 발명에 의하면, 고로 (12) 의 내화 재료 (1) 의 두께 (L) 와 상태를 추정하는 방법은 위에서 설명한 시스템에 의해 구현된다. 이제 이 방법을 설명한다.
이 방법의 제 1 단계에서, 처리 수단은 전동 해머를 제어하여, 고로의 외부 층의 표면에 충돌시킬 수 있다. 동시에, 가속도계는 고로 (12) 의 내화 재료 (1) 의 임의의 여기 신호를 감지하기 위해 활성화된다. 따라서, 해머는 내화 재료 (1) 를 통해 전파되는 충격파를 생성한다.
제 2 단계에서, 가속도계는 내화 재료 (1) 로의 반사 충격파를 감지하며, 상기 반사 충격파는 처리 수단의 메모리에 시간 도메인 신호로서 기록된다.
제 3 단계에서, 처리 수단은 내화 재료 (1) 구조를 나타내는 실험 스펙트럼을 생성하기 위하여 시간 신호 도메인을 주파수 도메인 데이터로 변환한다.
제 4 단계에서, 처리 수단은 실험 스펙트럼과 데이터베이스에 기록된 적어도 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼을 비교하여, 실험 스펙트럼과 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정한다. 이를 위해, 처리 수단은 실험 스펙트럼에서 대표 공진 피크들을 탐색하고, 이들을 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼의 공진 주파수 피크들과 비교하는데, 이러한 공진 피크들은 대표 전파 모드들이다. 다음의 설명은 제 4 단계에서 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼이 선택될 수 있는 방법을 정확하게 설명할 것이다.
우선적으로, 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해, 이러한 3단계들은 순차적으로 반복되어 내화 재료 (1) 구조를 나타내는 다수의 실험 스펙트럼, 전형적으로 10 내지 20개의 실험 스펙트럼을 얻는다. 잡음을 감소시키기 위해, 이 다수의 실험 스펙트럼들은 산술적으로 식 
에 따라 평균화되며, 여기서 n 은 실험 스펙트럼의 수이고, fi 는 i번째 실험 스펙트럼이다. 결과는 도 4 에 묘사되어 있고, 이는 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 을 보여주는데, 이는 주파수 대 푸리에 변환된 실험 신호의 진폭을 나타내는 곡선이다.
이어서 처리 수단은 대표 피크들의 제 1 세트 (9, 10) 를 선택하는데, 상기 선택은 피크 높이 및/또는 폭에 기초한다. 우선적으로, 처리 수단은 10 내지 20헤르츠의 한계값보다 큰 폭을 갖는 피크들만을 선택한다.
실험 스펙트럼은 또한 식 
에 따라 처리 수단에 의해 기하학적으로 평균화된다. 즉, 기하 평균은 n 실험 스펙트럼의 곱의 nth 루트이다. 결과는 또한 도 4 에 묘사되어 있으며, 이는 기하학적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (8) 을 나타낸다. 이에 의하여, 산술적 및 기하학적으로 평균화된 스펙트럼 모두를 나타내는 도 4 에 나타낸 바와 같이, 종종 반복되는 실험 스펙트럼들의 일부가 평균화된 스펙트럼에서 확대된다. 그 결과, 대부분의 대표 피크들은 이 기하학적으로 평균화된 스펙트럼에서 확대되고, 처리 수단은 그에 따라 대표 피크들의 제 2 세트 (9') 를 선택한다. 도 4 에서 볼 수 있듯이, 이 피크들 (9') 은 기하학적으로 평균화된 스펙트럼 (8) 의 나머지로부터 확연히 돋보이기 때문에 선택하기 쉽다.
산술적 및 기하학적 평균화는 처리 수단에 의해 병렬로 구현된다. 목적은 두 개의 병렬 처리 단계에 기반한 실험 데이터에 산술 평균과 기하 평균이라는 두 개의 독립적인 수단을 얻는 것이다. 따라서, 처리 수단은 제 1 세트 및 제 2 세트 모두에서 선택된 피크들의 최종 세트를 선택한다. 최종 세트에서 선택된 피크들은 고로 (12) 의 내화 재료 (1) 의 대표 전파 모드들과 직접 상관된 대표 공진 주파수 피크들 (9) 이다.
일단 공진 피크들 (9) 의 최종 세트가 결정되면, 처리 수단은 선택된 공진 피크들 (9) 로 적어도 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼을 필터링한다. 이 필터링은, 시뮬레이션된 충격파의 전파 모드들을 결정하기 위해, 그리고 나서 그들을 검출된 공진 주파수 피크들 (9) 로 필터링하고, 마지막으로 상기 공진 주파수 피크들 (9) 을 포함하는 시뮬레이션된 스펙트럼들의 축소된 그룹을 선택하기 위해, 알려진 수치 분산 곡선 모델을 이용함으로써 달성된다.
처리 수단은 시뮬레이션된 스펙트럼의 이러한 축소된 그룹으로부터 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하기 위해, 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 그룹에 대해 적어도 알려진 수치 과도 모델, 예를 들어 유한 요소 모델을 구현한다. 이 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼은 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 과 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼이다. 가장 적합한 스펙트럼은 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 의 공진 피크들 (9) 과 각각의 높이가 가장 가까운 공진 피크들을 포함하는 것이다.
과도 모델을 적용하는 동안, 처리 수단은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 축소된 그룹으로부터 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하기 위해 다음의 단계들 중 하나 이상을 구현함으로써 유사성 파라미터들을 결정한다. 구현된 각 단계에 대해, 고려된 유사성 파라미터가 생성된다:
i. 최종 세트의 시뮬레이션된 스펙트럼과 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 간의 직접적인 차이;
ii. 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 과 최종 세트의 시뮬레이션된 스펙트럼의 전체 모양의 비교;
iii. 데시메이팅된 시뮬레이션된 스펙트럼과 데시메이팅된 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 간의 차이의 결정; 데시메이팅된 스펙트럼은 예를 들어 원래 스펙트럼의 선택된 특성을 억제하기 위해 저역통과 필터를 적용하여 얻은 단순화된 스펙트럼임;
iv. 최종 세트의 시뮬레이션된 스펙트럼과 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 의 각각의 최대 높이 피크 위치들 간의 차이의 결정, 및/또는
v. 최종 세트의 시뮬레이션된 스펙트럼과 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 간의 유사성 측정에 의한, 최종 세트의 시뮬레이션된 스펙트럼과 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 간의 상호 상관. 즉, 주파수 도메인에서 스펙트럼이 서로 더 멀어질수록, 상관 값은 더 작아진다.
축소 그룹으로부터 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 선택하기 위해, 처리 수단은 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼과 산술적으로 평균화된 실험 스펙트럼 (7) 간의 유사성의 백분율로 테이블을 생성한다. 특히, 유사성의 백분율은 전술한 단계들 중 하나 이상을 구현함으로써 획득된 모든 시뮬레이션된 파라미터들을 고려하여 결정된다. 또한, 모든 유사성 파라미터들은 동일한 가중치로 고려된다. 즉, 5개의 유사성 파라미터가 결정되면, 각각은 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼의 선택과 함께 20% 에 기여한다. 이러한 접근법으로, 형상, 최대 위치 등에서 스펙트럼이 더 유사할수록, 이들 스펙트럼 사이의 유사성 백분율이 더 높아진다. 테이블에서 가장 높은 백분율을 갖는 시뮬레이션된 스펙트럼은 처리 수단에 의해 최종적으로 선택되어 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼이 된다.
마지막으로, 방법의 제 5 단계에서, 처리 수단은 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 상관된 데이터베이스 내의 시뮬레이션된 내화 재료를 선택한다. 그 다음, 처리 수단은 시험된 내화 재료 (1) 에 매우 필적하는 전술한 시뮬레이션된 내화 재료의 모든 특성들을 갖는 테이블을 생성한다. 이는 시험된 내화 재료의 특성, 특히 중간 층 (2) 에서의 래밍 갭의 존재 또는 부재, 총 탄소 층 (3) 의 두께 L, 적용가능한 경우 취성 층 (5) 의 두께 L2 및 위치, 및 취성 층 (5) 과 래밍 중간 층 (2) 사이의 "온전한" 탄소 층 (4) 의 두께 L1 의 매우 정확한 비파괴 추정을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법 및 시스템에 의하면, 야금로의 구성, 특히 도 3a 내지 도 3c 에 기재된 것과 같은 냉각 수단의 위치 및 종류에 관계없이 추정이 정확하다.
Claims (13)
- 야금 노 (12) 의 내화 재료 (1) 의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템으로서, 상기 시스템은 적어도
ㆍ 상기 내화 재료 (1) 내로 전파하는 적어도 하나의 충격파를 생성시키도록 구성된 충격파 생성 수단,
ㆍ 상기 내화 재료 (1) 로의 적어도 하나의 반사 충격파를 감지하도록 구성된 충격파 센서,
ㆍ 알려진 상태 및 두께의 시뮬레이션된 내화 재료에서 반사된 시뮬레이션된 충격파를 나타내는 시뮬레이션된 스펙트럼으로 명명된 시뮬레이션된 주파수 도메인 데이터의 데이터베이스를 포함하는 처리 수단으로서, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고려된 시뮬레이션된 내화 재료의 알려진 상태 및 두께 데이터와 연관되고, 상기 처리 수단은
o 상기 반사 충격파를 시간 도메인 신호로서 기록하고, 이를 실험 스펙트럼으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하도록, 그리고,
o 상기 실험 스펙트럼을 상기 데이터베이스로부터 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하고, 상기 실험 스펙트럼과 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하고, 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 연관된 알려진 상태 및 두께 데이터를 이용하여 상기 노 (12) 의 상기 내화 재료 (1) 의 두께 및 상태를 추정하도록
구성된, 상기 처리 수단
을 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 처리 수단은 순차적으로
i. 상기 주파수 도메인 데이터에서 공진 주파수 피크 (9) 위치를 결정하도록,
ii. 상기 공진 주파수 피크 (9) 로 데이터베이스로부터 상기 시뮬레이션된 스펙트럼을 필터링하고, 상기 공진 주파수 피크 (9) 를 포함하는 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택하도록, 그리고
iii. 공진 주파수 피크의 높이가 상기 실험 스펙트럼의 공진 주파수 피크 (9) 의 높이에 가장 가까운, 상기 축소된 대응 그룹으로부터 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼인 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하도록
구성되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 충격파 생성 수단은 적어도 상기 내화 재료 (1) 내로 전파 및 반사하는 음향 충격파를 생성하기 위해 야금 노 벽 (11) 을 치도록 구성된 계측 해머를 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격파 센서는 생성된 충격파의 반사에 의해 야기되는 상기 내화 재료 (1) 의 기계적 반응을 측정하도록 구성된 적어도 가속도계를 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 시스템에 의한 야금 노 (12) 의 내화 재료 (1) 의 두께 및 마모 상태의 추정 방법으로서, 상기 방법은 적어도
i. 상기 내화 재료 (1) 내로 전파되는 적어도 충격파를 생성하는 단계;
ii. 상기 내화 재료 (1) 로의 적어도 반사된 충격파를 감지하는 단계;
iii. 상기 반사된 충격파를 시간 도메인 신호로서 기록하는 단계;
iv. 상기 시간 도메인 신호를 실험 스펙트럼으로 명명된 주파수 도메인 데이터로 변환하는 단계;
v. 상기 실험 스펙트럼을 데이터베이스로부터의 적어도 복수의 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교하는 단계로서, 각각의 시뮬레이션된 스펙트럼은 고려된 상기 내화 재료의 알려진 상태 및 두께 데이터와 연관되는, 상기 비교하는 단계,
vi. 상기 실험 스펙트럼으로 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정하는 단계,
vii. 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼과 연관된 알려진 상태 및 두께 데이터를 사용하여 상기 노 (12) 의 내화 재료의 두께 및 상태를 추정하는 단계
를 포함하는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 5 항에 있어서,
단계 v 및 단계 vi 는 순차적으로
a. 상기 실험 스펙트럼에서 공진 주파수 피크 (9) 위치를 결정함으로써,
b. 검출된 공진 주파수 피크 (9) 로 데이터베이스로부터 시뮬레이션된 스펙트럼을 필터링하고, 상기 공진 주파수 피크 (9) 를 포함하는 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택함으로써, 그리고
c. 공진 주파수 피크의 높이가 상기 실험 스펙트럼의 공진 주파수 피크 (9) 에 가장 가까운 상기 축소된 대응 그룹으로부터 상기 가장 적합한 시뮬레이션된 스펙트럼인 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼을 결정함으로써
구현되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
단계 vii 는 상기 내화 재료 (1) 의 총 두께 (L) 및 상기 내화 재료가 이상 (anomalies) 에 의해 약화되는 취성 층 (5) 으로 명명된 적어도 층의 위치 및 두께 (L2) 를 적어도 추정함으로써 구현되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 충격파가 생성되고, 복수의 반사 충격파가 감지되어 시간 도메인 신호로서 기록되고, 주파수 도메인 신호로 변환되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 6 항 및 제 8 항에 있어서,
상기 실험 스펙트럼에서의 공진 주파수 피크 (9) 위치의 결정은
a. 상기 실험 스펙트럼을 산술적으로 평균화하고 대표 피크들 (9, 10) 의 제 1 세트를 선택하는 단계,
b. 상기 실험 스펙트럼을 기하학적으로 평균화하고 대표 피크들 (9') 의 제 2 세트를 선택하는 단계, 및
c. 상기 제 1 세트 및 상기 제 2 세트에서 선택된 공진 주파수 피크들인 피크들의 최종 세트를 선택하는 단계
에 의해 구현되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 세트의 피크들 (9, 10) 은 그들의 폭이 10 내지 20Hz 인 임계값보다 큰 경우에 선택되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 데이터베이스로부터의 상기 시뮬레이션된 스펙트럼은, 시뮬레이션된 충격파들의 전파 모드들을 결정하고, 이들을 검출된 공진 주파수 피크들 (9) 로 필터링하고, 시뮬레이션된 스펙트럼의 축소된 대응 그룹을 선택하기 위해 적어도 수치적 분산 곡선 모델을 사용하여 검출되는 공진 주파수 피크들 (9) 로 필터링되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고유한 시뮬레이션된 스펙트럼은 적어도 수치적 과도 모델을 사용하여 상기 축소된 대응 그룹으로부터 결정되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 축소된 대응 그룹의 스펙트럼이 선택되고 이어서 다음의 단계들 중의 적어도 하나를 구현함으로써 상기 실험 스펙트럼과 비교되는, 야금 노의 내화 재료의 두께 및 마모 상태의 추정 방법:
ㆍ 시뮬레이션된 스펙트럼과 실험 스펙트럼 간의 직접적인 차이;
ㆍ 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼의 전체 모양의 비교;
ㆍ 각각 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼의 최대 높이 피크 위치들 간의 차이의 결정;
ㆍ 상기 시뮬레이션된 스펙트럼과 상기 실험 스펙트럼 간의 상호 상관관계.
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