MX2014005907A - Aparato procedimiento y sistema para vigilar la integridad de contenedores. - Google Patents

Abstract

Se describen aparatos, sistemas y métodos para vigilar la integridad de un contenedor protegido por un material refractario que tiene un primer detector de radiación para medir una temperatura externa de superficie del contenedor, una primera fuente para medir un grosor del material refractario y un controlador configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura externa de superficie del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

Description

APARATO PROCEDIMIENTO Y SISTEMA PARA VIGILAR LA INTEGRIDAD DE CONTENEDORES CAMPO DE TECNICO Las modalidades de la materia aquí descrita se relaciona generalmente con aparatos, métodos y sistemas y, más particularmente, con mecanismos y técnicas para vigilar recipientes o contenedores configurados para contener materiales que tienen una temperatura elevada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los recipientes o contenedores metálicos de varios tamaños y formas diseñados para contener materiales a temperaturas elevadas se usan ampliamente en varias aplicaciones industriales. Ejemplos de estas aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, procedimientos de gasificación en producción química y de energía, Hornos de Arco Eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés), Hornos Básicos de Oxígeno (BOF, por sus siglas en inglés), ollas, alto hornos, desgasificador y hornos por descarburación con argón-oxígeno (AOD, por sus siglas en inglés) en la fabricación de acero. Tal como se conoce en la técnica, estos contenedores están normalmente recubiertos con material refractario instalado en forma de teja o fundido en bloques monolíticos para proteger la parte metálica del recipiente del contenido a alta temperatura colocados dentro del mismo; sin embargo, debido al desgaste normal del material refractario a través de los efectos combinados de oxidación, corrosión y abrasión mecánica, alguna porción de la superficie refractaria en contacto con el metal fundido, se pierde durante el procesamiento, por lo que se requiere una inspección frecuente para asegurar un uso extendido al realizar una reparación localizada a tiempo para evitar fallas catastróficas y e innecesarias o una restauración prematura de todo el revestimiento refractario del recipiente.

Antes del avance de las técnicas de inspección ópticas, se llevó a cabo visualmente la inspección de revestimientos de cerámica para detectar niveles inaceptables de grosor de revestimiento por parte de un operador experimentado que buscó puntos obscuros en el revestimiento que indicaran altos índices de transferencia de calor localizado para el material refractario y armazón metálico o posible desgaste excesivo y necesidad de reparación del revestimiento. Tal enfoque introduce una combinación de técnica y ciencia, expone al operador del contenedor a peligros industriales innecesarios, reduce la frecuencia de inspecciones y carece de la precisión deseada. Además, los costos relacionados con la instalación y reparación de revestimientos de cerámica han incrementado significativamente durante los últimos 20 años ya que los materiales refractarios se han vuelto a formular para instalaciones específicas a las aplicaciones. Para mejorar el uso eficaz de estos materiales refractarios más costosos, se han desarrollado varias técnicas convencionales para minimizar los riesgos antes mencionados, incluidas aquellas configuradas para medir directamente el desgaste en el material refractario y las adaptadas para medir el efecto del desgaste refractario en el recipiente metálico, tal como por ejemplo, el monitoreo indirecto de índices de transferencia de calor al recipiente. Sin embargo, como se resume más adelante, estas técnicas convencionales tienen varias limitaciones.

En cuanto a técnicas convencionales configuradas para medir el desgaste refractario cuantitativo directamente mediante el uso de un láser, por ejemplo, debido a que los diámetros de los láseres son de tamaños finitos (por ejemplo, aproximadamente de 40 a 60 mm en algunas aplicaciones), los defectos refractarios potenciales con dimensiones características más pequeñas que el diámetro del haz del láser, tal como un pequeño orificio en el revestimiento, son muy difíciles mas no imposibles de detectar, lo que hace que la pieza localizada de teja faltante también sea difícil de detectar. Además, debido al alto ángulo de incidencia entre el haz del láser y las paredes de la olla, el tamaño de del orificio, cuando se detecta alguno, para el operador o el escáner de láser aparenta ser más pequeño de lo que realmente es.

Además, la escoria concentrada ubicada en las superficies interiores de la olla puede hacer difícil detectar áreas en las que se necesiten reparaciones del revestimiento. Es decir, conforme se drena acero de la olla, la pequeña cantidad de escoria arrastrada desde el convertidor que repiquetea o introducida en el horno metalúrgico de la olla puede formar un recubrimiento sobre las paredes o en el fondo de la olla. Debido a que la mayor parte de la escoria acumulada se disuelve en el siguiente ciclo de calentamiento de la olla, la comparación de mediciones de calor a calor puede, algunas veces, revelar acumulación de escoria en una medición previa. Sin embargo, para cualesquier técnicas de calor único que usen láseres, no les es posible resolver la diferencia entre el refractario y escoria acumulada en las superficies interiores de la olla. Como tal, en presencia de acumulación de escoria, el sistema sobre predecirá el grosor del revestimiento o se quedará corto en la predicción de la cantidad de pérdida de refractario -ambas son limitaciones no deseables en la práctica.

Por último, otro problema potencial que no puede ser detectado por un sistema a base de láser es el resultado del aleteo, que ocurre cuando acero fundido entra naturalmente en pequeños espacios (por ejemplo, pequeñas aberturas con una dimensión característica de aproximadamente 1 a 5 mm) que se desarrollan entre las tejas en un recipiente con revestimiento refractario. Tal como lo entienden los expertos en la técnica, el aleteo tiene el potencial de formar eventualmente un puente metálico entre el metal fundido contenido en la olla y el armazón exterior metálico sólido. Un aleteo menor ocasiona calentamiento localizado del armazón de la olla. Sin embargo, con el tiempo, el aleteo menor se puede volver severo y dar como resultado en fundición del armazón de la olla y sucesivamente a la fuga de acero fundido. De esta manera, aunque los sistemas de remodelado son una herramienta útil para caracterizar el perfil interior del recipiente, hay situaciones en las que la medición de grosor aparente por sí sola no es suficiente para evitar brechas.

Los ejemplos de técnicas convencionales configuradas para medir el efecto cualitativo de desgaste refractario en el recipiente metálico son aquellas adaptadas para estimar la temperatura en las superficies exteriores del recipiente. Conforme el material refractario interno se desgasta y se vuelve delgado, las temperaturas del armazón metálico en las áreas comprometidas aumenta debido a la transferencia térmica incrementada desde de los materiales fundidos al recipiente. Tales mediciones se realizan normalmente con la olla colgando desde una grúa, poco después la olla deja una colada continua, y se usan principalmente para determinar cuando se debe remover el contenedor del servicio. Esta medición cualitativa proporciona una indicación de puntos críticos en el caparazón de la olla independientes de la causa (es decir, fallas inminentes debido a un adelgazamiento del revestimiento o aleteo, o ambos) y, como tal, una medida directa de área del estado general nominal de la "contención". Sin embargo, los expertos en la técnica aplicable entenderán que estas técnicas solo proporcionan información cualitativa y no son capaces de proporcionar información detallada que caracteriza al índice de desgaste del mismo revestimiento. El grosor local del revestimiento refractario, la posible existencia de efectos de aleteo, el tiempo que el metal fundido estuvo contenido en la olla, el historial de temperatura del material fundido mientas estuvo en la olla, el historial de procesamiento (es decir, a través de hornos metalúrgicos de olla) del material fundido al estar en la olla y las propiedades radiativas de la superficie exterior de las ollas, todo contribuye a la temperatura aparente del armazón metálico. De esta manera, las mediciones de temperatura externa solo son útiles con base en un criterio relativo, y la carencia de información cuantitativa en los datos excluye la determinación de índices de desgaste y optimización refractaria en la olla.

Por lo tanto, con base en por lo menos los desafíos antes mencionados de las técnicas convencionales, lo que se necesita son dispositivos, sistemas y métodos que minimicen o eliminen las inconsistencias en los datos medidos del revestimiento refractario y temperatura de superficie externa de recipientes metálicos configurados para transportar materiales a temperaturas por encima el punto de fusión del metal. Esto permitirá la temprana detección e inspección del escurrimiento de metal fundido o pequeños orificios en el revestimiento, todo puede contribuir a la falla del revestimiento, por lo que se aumenta la seguridad operativa y al mismo tiempo se reducen los costos operativos relacionados con operaciones de limpieza costosas y posible tiempo inactivo de producción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad ejemplar, se describe un aparato configurado para vigilar la integridad de un contenedor protegido por un material refractario que incluye un primer detector de radiación configurado para medir una temperatura de superficie externa del contenedor, una primera fuente de radiación configurada para medir un grosor del material refractario; y un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie externa del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

De acuerdo con una modalidad ejemplar, se describe un sistema para vigilar la integridad de un contenedor protegido por un material refractario que incluye un dispositivo termográfico configurado para medir una temperatura de superficie extema del contenedor; un dispositivo medidor del grosor refractario configurado para medir un grosor del material refractario; y un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie externa del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

De acuerdo con una modalidad ejemplar, se describe un método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa interna de un material refractario que incluye los pasos de proporcionar un primer detector de radiación configurado para medir una temperatura de superficie externa del contenedor; proporcionar una primera fuente de radiación configurada para medir un grosor del material refractario; y proporcionar un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie externa del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos anexos (no dibujados a escala), que se incorporan en y que constituyen una parte de la especificación, ilustran una o más modalidades y, junto con la descripción, explican estas modalidades. En los dibujos: la figura 1 ilustra un contenedor configurado para contener materiales a temperaturas elevadas; la figura 2 ilustra un diagrama esquemático de un aparato o sistema configurado para vigilar la integridad del contenedor de la figura 1 de acuerdo con una modalidad ejemplar de la materia descrita; la figura 3 ilustra un diagrama esquemático de un aparato o sistema configurado para vigilar la integridad del contenedor de la figura 1 de acuerdo con otra modalidad ejemplar de la materia descrita; la figura 4 ilustra un perfil simulado de grosor de revestimiento y un perfil simulado de temperatura de superficie externa de acuerdo con una modalidad ejemplar; la figura 5 ilustra una porción ejemplar de un perfil simulado de grosor de revestimiento y un perfil simulado de temperatura de superficie externa de acuerdo con una modalidad ejemplar; la figura 6 ilustra un diagrama de flujo de un método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa refractaria protectora; la figura 7 ilustra un diagrama de flujo de un método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa refractaria protectora; y la figura 8 es un diagrama esquemático de un dispositivo de control de un sistema o aparato configurado para identificar ubicaciones de fallas potenciales en un recipiente adaptado para contener materiales a temperaturas elevadas de acuerdo con una modalidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción de las modalidades ejemplares se refiere a los dibujos anexos. Los mismos números de referencia en los diferentes dibujos identifican los mismos elementos o similares. La siguiente descripción detallada no limita la invención. En lugar de eso, el alcance de la invención es definida por las reivindicaciones anexas. Las siguientes modalidades se analizan, por cuestiones de simplicidad, con respecto a la terminología y estructura de aparatos, sistemas o métodos capaces de detectar ubicaciones de falla potencial en un contenedor que tiene un material de revestimiento para proteger al mismo contra temperaturas elevadas en una aplicación de fabricación de acero. Sin embargo, las modalidades a analizar a continuación no están limitadas a estos conjuntos, pero se pueden aplicar a otros contenedores que tengan un material de revestimiento expuesto a una temperatura elevada en comparación con el punto de fusión del material del que esté hecho el contenedor, cuya integridad del revestimiento se debe determinar para evitar fallas inesperadas.

Referencia a través de la especificación a "una modalidad" o "la modalidad" significa que una característica particular, estructura o característica descrita en combinación con una modalidad es incluida en al menos una modalidad del tema descrito. Así, la aparición de las frases "en una modalidad" o "en la modalidad" en varios lugares a través de la especificación no necesariamente se refieren a la misma modalidad. Además, las propiedades particulares, estructuras o características pueden ser combinadas en cualquier manera apropiada en una o más modalidades.

La figura 1 ilustra un contenedor 2 configurado para contener materiales a temperaturas elevadas. Tal como se emplea a lo largo de toda la descripción, el término "contenedor" o "recipiente" se usa intercambiable y ampliamente, incluida la referencia a todos los tipos de recipientes o contenedores metálicos o no metálicos de varios tamaños y formas diseñados para contener temperaturas elevadas que pueden estar por debajo o por encima del punto de fusión del material del recipiente. Ejemplos de tales contenedores o recipientes son los que se usan en aplicaciones tales como, pero no se limitan a, procedimientos de gasificación en producción química y de energía, Hornos de Arco Eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés), Hornos Básicos de Oxígeno (BOF, por sus siglas en inglés), ollas, alto hornos, desgasificador y hornos por descarburación con argón-oxígeno (AOD, por sus siglas en inglés) en la fabricación de acero. Además, tal como se usa a lo largo de toda la descripción, el término materiales a temperatura elevada se usa ampliamente para referirse a materiales configurados para estar dispuestos dentro de estos contenedores que tienen temperaturas suficientemente altas para dañar al contenedor una vez que el mismo está expuesto a ellas, cuando la integridad de los materiales refractarios que cubren por lo menos una porción de una superficie del contenedor está de alguna manera comprometida, de manera que el contenedor está expuesto a los materiales a temperaturas levadas. Tal como se muestra, el contenedor 2 tiene un armazón 4, una capa interna de material refractario 6 y una abertura 8. La línea punteada 7 en la figura 1 , ilustra la capa original del material refractario 6 antes de poner en uso el contenedor. Para explicar mejor la presente materia descrita, el contenedor 2 se ha ilustrado con dos áreas en las que el desgaste local por uso ha dañado el material refractario 6, tal como se explicará a mayor detalle más adelante.

Una primer área 10 ilustra una ubicación en donde se ha desarrollado un orificio que tiene una pequeña abertura 12, en el material refractario 6. Tal como lo comprenderán los expertos en la técnica aplicable, la primer área 10 también puede ilustrar un área en el material refractario 6 en la que se ha desarrollado aleteo, es decir, un área en la que, en uso, el acero fundido naturalmente entra en pequeños espacios (por ejemplo, pequeñas aberturas con una dimensión característica de aproximadamente, por ejemplo, 1 a 5 mm) que se desarrollan entre las tejas en un recipiente con revestimiento refractario. En la figura 1 también se ilustra una segunda área 14 en la que una pieza del material refractario 6 se ha removido por el uso y la acumulación de escoria 16 en el interior del contenedor 2 ha llenado el vacío que dejó el material refractario que se ha removido. Una de las características ventajosas del asunto descrito es una habilidad mejorada para identificar mejor las áreas 10 y 14 mediante una combinación de medición de grosor de revestimiento y temperatura de superficie externa, tal como se explicará a mayor detalle más adelante. Se debe comprender que las áreas 10 y 14 se han mostrado como ejemplos de problemas que se pueden desarrollar durante el uso del contenedor 2 y no a manera de limitar el alcance del asunto que se describe. Es decir, los expertos en las técnicas aplicables entenderán que puede haber otros tipos de defectos que se pueden detectar mediante el tema descrito, tal que, mencionar las áreas 10 y 14 ejemplares no debe limitar de ninguna manera el alcance del tema descrito.

La figura 2 ilustra un diagrama esquemático de un aparato (o sistema) 20 configurado para vigilar la integridad del contenedor 2 de la figura 1 de acuerdo con una modalidad ejemplar de la materia descrita; Tal como se muestra, el aparato 20 incluye un sistema o aparato termográfico 21 para vigilar la temperatura de superficie externa del contenedor 2 y un sistema o aparato 25 para medición de grosor refractario configurado para vigilar el grosor del material refractario 6 dentro del contenedor 2. El sistema termográfico 21 incluye un primer detector de radiación 22 y un primer controlador 24 relacionado con el mismo. El sistema de medición de grosor refractario 25 incluye una primera fuente de radiación 26 y un segundo controlador 28 relacionado con el mismo. También mostrados en la modalidad ejemplar de la figura 2, tanto el sistema termográfico 21 como el sistema para medición de grosor refractario 25 están en comunicación con un controlador central 30. En la figura 2, el primer detector de radiación 22 se muestra conectado con el primer controlador 24 mediante el uso de un cable 32. De igual forma, la primera fuente de radiación 26 se muestra conectada al segundo controlador 28 mediante un cable 34; y un primer y segundo controladores 24 y 28 se muestran conectados al controlador central 30 por medio de cables 36 y 38, respectivamente. Sin embargo, los expertos en la técnica ordinaria entenderán que estas conexiones pueden ser inalámbricas en otras modalidades y los controladores 24 y 26 pueden estar provistos de manera individual tal como se ilustra o combinados en un solo dispositivo con el controlador central 30 o alojados en el mismo. Es decir, la interconexión y/o disposición de los dispositivos ilustrados en la figura 2 no limitan el alcance del tema que se describe, pero proporciona una ilustración de las modalidades de la misma. Además, el número de fuentes de radiación y detectores no se limita a uno solo de cada uno. Por ejemplo, en una modalidad, el primer detector de radiación 22 incluye una pluralidad de detectores infrarrojos (IR) (o cámaras) configurados para medir la temperatura de superficie externa del contenedor 2 mediante transferencia térmica radiativa desde el contenedor 2 a los detectores extemos 22, y una primera fuente de radiación 26 como una fuente de luz usada para escanear el interior del contenedor 2 para permitir la medición del grosor del material refractario en el mismo. En otra modalidad, la primera fuente de radiación 26 es un escáner de amplitud o distancia configurado para medir la distancia desde la ubicación del sistema 25 a puntos interiores en la superficie del material refractario 6. En aún otra modalidad, la primera fuente de radiación 26 puede ser una que tenga un espectro de longitud de onda seleccionado, dicho espectro posiblemente puede ser visible o invisible a simple vista. En otras modalidades ejemplares, la comunicación entre los controladores mencionados y/u otros componentes se puede llevar a cabo a través de Internet, ondas de radio, microondas, ondas satelitales u otros medios conocidos en la técnica y las conexiones entre los controladores pueden ser alámbricas o inalámbricas.

En una modalidad, la el primer detector de radiación o detectores 22 pueden estar instalados en el molino en el que se ubica el contenedor 2, alrededor de la olla, para producir una imagen compuesta de todo el sistema de olla. En otra modalidad, el primer controlador 24 puede ser una computadora personal (PC) que lee la salida de cámaras IR y ensambla una imagen compuesta a partir de imágenes individuales en conjunto, en caso de usar múltiples cámaras. Los datos termográficos recolectados por las cámaras IR se pueden adquirir mientras la olla o el contenedor 2 cuelgan desde una grúa. De esta manera, en tales modalidades, la orientación relativa de la(s) cámara(s) IR y la olla puede ser nominalmente constante de medición a medición. El procesamiento posterior de imágenes compuestas de los datos termográficos en tales modalidades pueden producir un perfil de temperatura espacialmente resuelto en coordenadas cilindricas, las variables de coordenada independiente son Z (distancia desde el borde de la olla) y teta (la posición azimutal alrededor de la circunferencia de la olla). R (la distancia radial desde la línea central de la olla) puede ser redundante ya que los datos IR se obtienen solo desde la superficie exterior del contenedor. En algunas modalidades, la operación de los sistemas 21 y 25 se lleva a cabo de manera simultánea, es decir, mediciones de las temperaturas de superficie externa y el grosor del revestimiento interno se hacen de manera sustancialmente simultánea durante el mismo paro de la operación del recipiente y se combinan y despliegan al usuario para valoración del contenedor 2. En otras modalidades, los sistemas 21 y 25 se operan por separado o de manera simultánea durante diferentes paros de la operación del recipiente y sus datos individuales se combinan después.

De acuerdo con una modalidad ejemplar, una configuración típica que se puede usar para medir el grosor del revestimiento en una olla usada en la industria del acero es en la que una olla se coloca en un soporte adecuado (en este caso el soporte puede estar configurado para girar a través de un desplazamiento angular determinado, por ejemplo, 360°) a una distancia determinada (por ejemplo, aproximadamente de 3 a 5 mm) frente al escáner láser con las mediciones tomadas con la boca de la olla inclinada hacia el escáner. En otra modalidad, los puntos de amplitud al interior de la olla se miden tal como se describe en la Patente de E.U.A. No. 6,922,252 (en lo sucesivo, la patente '252 que está cedida al cesionario de este documento).

En otra modalidad, el sistema de láser 25 puede estar instalado en un soporte de posición fija que es cinemático o instrumentado para determinar la posición de la olla en relación con el cabezal del láser. Tal como lo entienden los expertos en la técnica ordinaria, en una modalidad cinemática, el soporte de olla está construido de tal manera que coloca la olla en la misma posición cada vez que la misma se coloca en el soporte. En una modalidad instrumentada, buscadores de amplitud de láser de punto único se usan para medir la posición de la olla en el soporte. En tales modalidades, la orientación espacial de los datos del láser se debe conocer a la incertidumbre de la medición, normalmente ± 5 mm. Los datos del láser también se pueden proporcionar en coordinadas cilindricas, R representa el grosor del revestimiento local en cualquier punto determinado en la olla, tal como se ilustrará más adelante. Tanto con los datos del láser como del escáner IR en la misma representación de coordenadas, el controlador central 30 combina una imagen que representa la temperatura de superficie externa del contenedor 2, (por ejemplo, al usar una imagen compuesta de colores falsos del escáner IR en una modalidad) con una representación numérica del grosor del revestimiento local en una densidad de rejilla adecuada para conservar la claridad de los datos de grosor numérico. Tal como se explicará a mayor detalle más adelante, se contemplan varios algoritmos para producir tal combinación de mediciones internas y externas de una manera eficaz para permitir que el usuario determine de manera rápida y precisa dónde existen inconsistencias en las mediciones de grosor y de temperatura para permitir una capacidad mejorada para detectar fallas potenciales del contenedor. Una de las características ventajosas del tema aquí descrito es el hecho de que la información cualitativa del escáner IR y los datos cuantitativos del grosor del revestimiento eliminan o reducen sustancialmente las limitaciones de cada medición que opera de manera independiente. El análisis general del aleteo del revestimiento e índice de desgaste se puede completar con los datos de grosor del revestimiento de parte del escáner de láser. El aleteo se puede observar fácilmente en áreas en las que el grosor del revestimiento permanece aceptablemente alto, pero se consideran las altas temperaturas del armazón externo de la olla. La confirmación de revestimientos delgados, aparte de la acumulación de escoria, se pueden observar en regiones en las que el escáner de láser sugiere un grosor reducido de revestimiento y el escáner IR muestra una elevada temperatura de superficie.

De esta manera, una de las características ventajosas de la materia descrita es la combinación de los datos de grosor del revestimiento obtenidos a partir de un escaneo por láser del interior de la olla con mediciones termográficas IR de la superficie exterior del armazón de la olla. Los expertos en la técnica ordinaria entenderán que correlacionar el grosor refractario con la temperatura externa ayudará a verificar las mediciones del grosor interno. Cuando se combinan como se propone aquí, las mediciones se complementarán entre sí, es decir, las limitaciones de unas se compensan con las capacidades de la otra. Un escáner láser que tiene dificultad para detectar fallas potenciales debidas al aleteo se puede complementar con un escáner termográfico capaz de detectar un aumento incipiente en la temperatura del armazón. Por otro lado, la carencia de los sistemas de escáner IR en información cuantitativa que describa el grosor de revestimiento se produce en los datos del escáner láser. Sin embargo, al combinar los datos de ambos sistemas, se crea una herramienta de análisis comprensivo de la olla que proporciona protección contra rupturas, así como información cuantitativa que caracteriza a los índices de desgaste y grosor local de revestimiento. Tales sistemas se pueden operar de manera simultánea o secuencial. Además, las inconsistencias en los datos, por ejemplo, áreas que muestran altas temperaturas y alto grosor de revestimiento, se pueden detectar e inspeccionar de manera rápida y eficaz a mayor detalle para escurrimiento de metal fundido o pequeños orificios en el revestimiento, los cuales contribuyen a la falla del revestimiento. Como tal, la materia descrita mejora la seguridad operativa. Además, la detección mejorada de falla inminente de la olla da lugar a ahorros significativos al evitar pérdida de producto añadido al valor, operaciones costosas de limpiezas y potencial tiempo inactivo de protección. Además, la naturaleza automatizada de la implementación permite que el sistema adquiera y presente datos al usuario de manera rápida a través de una interfaz simplificada.

Además, la presentación combinada produce una correlación inmediata entre puntos clave y reducción local en el grosor del revestimiento.

Las áreas que muestran un revestimiento más espeso pero altas temperaturas del armazón, se pueden investigar inmediatamente en busca de acumulación de escoria o aleteo, o pequeños orificios / falta de tejas en la olla que no fueron detectadas por el escaneo por láser. Las áreas que muestran baja temperatura pero un revestimiento delgado probablemente no son afectadas por el aleteo, pero se deben atender con base a una vida de revestimiento restante limitada por sí misma.

La figura 3 ilustra un diagrama esquemático de un aparato 40 configurado para vigilar la integridad del contenedor 2 de la figura 1 de acuerdo con otra modalidad ejemplar de la materia descrita. En esta modalidad ejemplar, se tienen cinco cámara IR 42A a 42E (las cámaras 42D y 42E no se muestran por cuestiones de simplicidad). Cuatro de las cámaras (42B a 42E) se usan para vigilar la superficie exterior del contenedor 2 en cuatro cuadrantes de la pared lateral del contenedor, y otra cámara (42A) vigila el fondo del contenedor. La medición del grosor del revestimiento refractario se realiza en esta modalidad mediante el uso de un carrito móvil 44 que incluye un sistema de rastreo 46 y un sistema de remodelado 48 montado en el mismo, tal como se describe en la patente '252.Sin embargo, se debe tomar en cuenta que la materia aquí descrita no se debe limitar de ninguna manera por el uso del carrito móvil 44 y/o de las cinco cámaras IR 42A a 42E. Diferentes configuraciones de la invención son posibles en tanto que tomarán en cuenta la disponibilidad de espacio y requerimientos particulares de una aplicación determinada. Por ejemplo, los dispositivos de medición por láser de posición fija también se pueden usar para la medición de la olla. Estos dispositivos se pueden colocar sobre un carro de transferencia o una estación de mantenimiento de compuerta deslizable en otras modalidades. Las disposiciones de la presente invención, tales como marcas de referencia configuradas para ayudar en el posicionamiento del carrito móvil 44 (no mostrado en la figura 3) se pueden anclar al piso, columnas de construcción o en el área de cubierta también son posibles. En modalidades móviles o de posición fija, el láser se puede colocar tan próximo a la boca del recipiente como sea posible para maximizar el campo de visión.

Tal como lo entenderán los expertos en la técnica, las modalidades que usan un escáner móvil pueden simplificar el procedimiento para adquirir datos del grosor refractario al eliminar la necesidad de usar puntos de fijación en o cerca del contenedor de alta temperatura. Además, si el sistema de medición es móvil y el terreno sobre el que se mueve es irregular, se requiere de una determinación precisa de la posición del sistema de medición en relación con el contenedor. Sin embargo, tal como lo comprenden los expertos en la técnica, la colocación de sensores depende de la naturaleza de la aplicación y los grados de libertad en la instalación del contenedor, y no se debe limitar el alcance de la materia para cuya patente se busca protección. Por ejemplo, en modalidades configuradas para caracterizar un BOF, el único grado desconocido de libertad puede ser la inclinación del homo. En aplicaciones de la olla que usan instrumentación de posición fija, las mediciones descritas pueden ser automatizadas. En aplicaciones de ola, el recipiente se puede llevar hacia el sistema de medición descrito, mientras que en aplicaciones de BOF/convertidor, el sistema de medición descrito se puede acercar hacia el recipiente. Para aplicaciones que involucran ollas, una de las características ventajosas de una modalidad particular puede ser una operación de botón único, es decir, cuando la olla en posición de medición, un operador solo necesita presionar un botón para "medir", y el sistema escaneará de manera automática la olla y reportará los resultados. En otras modalidades, la operación de botón único se puede implementar para el escáner IR, aunque el control se puede iniciar convencionalmente desde una cabina de la grúa.

En la modalidad ilustrada, uno de los componentes del sistema de remodelado 48 es un sensor que mide la amplitud, es decir, la distancia desde el sistema de remodelado hacia un objetivo, y ubicación de ese objetivo con respecto al sensor de amplitud. En operación, la radiación óptica 50 desde una fuente de radiación óptica en el sistema de remodelado 48 se emite al interior del contenedor y la radiación óptica reflejada desde el interior del contenedor es detectada de vuelta por el sistema de remodelado. Con base en el tiempo tomado entre la radiación emitida y reflejada para dejar y alcanzar el sistema de remodelado, respectivamente, y las características de la fuente de radiación, la distancia entre el sistema de remodelado y la fuente del contenedor puede causar que se pueda medir el reflejo de la radiación. Los sistemas típicos de medición de amplitud usan un haz de escaneo para registrar rápidamente las múltiples posiciones y amplitudes.

Las mediciones ejemplares que usan las modalidades de la materia descrita se ilustran en las figuras 4 y 5. Tal como lo comprenderán los expertos en las técnicas aplicables, la materia aquí descrita no está limitada de ninguna manera por las escalas de temperaturas ejemplares representadas en las figuras 4 y 5. La figura 4 ilustra un perfil de grosor refractario representado por valores cuantitativos espacialmente resueltos que corresponden al grosor local del material refractario, tanto como una función de la profundidad y posición angular del recipiente. El grosor, reportado en mm o en pulgadas, se reporta en relación con una superficie definida en el recipiente. La superficie definida puede ser el armazón metálico interior o exterior del recipiente, la superficie interior del revestimiento de seguridad (la teja refractaria de respaldo que normalmente permanece instalada de forma permanente en el recipiente), o la superficie interior del revestimiento de trabajo (la teja refractaria principal que se remplaza durante un revestimiento normal del recipiente). Tales mediciones de temperatura se ilustran también en la figura 4 mediante el uso de líneas de contorno que definen áreas que tienen diferentes colores en escala de grises que representan los diferentes niveles de temperatura como se muestra en las leyendas de esas figuras. La figura 5 ilustra resultados similares pero con una porción más pequeña del contenedor.

Como se muestra en la figura 4, existen por lo menos dos regiones (etiquetadas como 52 en la figura 4) en las que la temperatura externa a alcanzado valores altos; sin embargo, el grosor refractario del revestimiento de trabajo en esas regiones es en promedio de 49 mm o aproximadamente en la región 52 ubicada al lado izquierdo y alrededor de 76 mm para la región 52 ubicada al lado derecho. Para este recipiente, los valores de grosor inicial del revestimiento de trabajo fueron de 110 mm y la olla se retirará del servicio cuando el grosor del revestimiento alcance los 10 mm. Tal como se explico previamente, las dos regiones 52 en la figura 4 son regiones ejemplares en las que se ha presentado más probablemente el aleteo (por ejemplo, área 10 ilustrada en la figura 1) y las mediciones de grosor refractario no han detectado este problema. Es decir, el acero fundido a partir de un ciclo de fundido previo ha entrado naturalmente en pequeños espacios (por ejemplo, pequeñas aberturas en relación con el diámetro de la fuente de radiación) entre las tejas del contenedor, no detectados por el sistema de escaneo refractario. Como tal, usar solo el sistema de escaneo para detectar un problema puede tomar más tiempo hasta que se desarrolla más el aleteo de manera que el sistema de escaneo detecte las aberturas en el material refractario, o la probabilidad puede ser tan alta que el sistema de escaneo no detecte el aleteo. Los resultados de la figura 5 mostraron mediciones en una región del contenedor en la que la temperatura de superficie externa es alta y el grosor refractario es delgado, lo que sugiere que un orificio en el revestimiento del recipiente existe en esa ubicación en particular (por ejemplo, área 14 ilustrada en la figura 1).

De acuerdo con otra modalidad ejemplar, un procedimiento o método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa interna de un material refractario, se describe tal como se ilustra en un diagrama de flujos mostrado en la figura 6. Ya que se pretende que el procedimiento sea lo más completo posible, se toma en cuenta que no todos los pasos se deben realizar para vigilar la integridad del contenedor. En otras palabras, algunos pasos que se describirán a continuación pueden ser opcionales.

Como se muestra en la figura 6, el método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa interna de un material refractario incluye los pasos de proporcionar un primer detector de radiación configurado para medir una temperatura de superficie externa del contenedor en 62; proporcionar una primera fuente de radiación configurada para medir un grosor del material refractario en 64; y, en 66, proporcionar un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie externa del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

De acuerdo con otra modalidad ejemplar, un procedimiento o método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa interna de un material refractario, se describe tal como se ilustra en un diagrama de flujo mostrado en la figura 7. Ya que se pretende que el procedimiento sea lo más completo posible, se toma en cuenta que no todos los pasos se deben realizar para vigilar la integridad del contenedor. En otras palabras, algunos pasos que se describirán a continuación pueden ser opcionales. Como se muestra en la figura 7, el método para vigilar la integridad de un contenedor metálico que tiene una capa interna de un material refractario incluye los pasos de medir una temperatura de superficie externa del contenedor con un primer detector de radiación en 72; medir un grosor del material refractario con una primera fuente de radiación en 74; y, en 76, desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie externa del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

Por último, un ejemplo de un dispositivo de control representativo o controlador 100 capaz de llevar a cabo las operaciones de cuerdo con las modalidades ejemplares antes analizadas se ilustran en la figura 8. Se puede utilizar hardware, firmware, software o una combinación de las mismas para realizar los diversos pasos y operaciones descritos en la presente. En varios ejemplos de la materia descrita, el controlador central 30, el primer controlador 24 y/o el segundo controlador 28 de la figura 2, de manera individual o en combinación, son parte de un sistema que contiene el dispositivo de control o controlador 100 en forma de una estructura de computación que se puede usar en relación con tal sistema.

El controlador central 100 ejemplar conveniente para realizar las actividades descritas en las modalidades ejemplares pueden incluir un servidor 102, que puede corresponder a cualquiera de los controladores 24, 28 y/o 30 en la figura 2. Dicho servidor 102 puede incluir un procesador central (CPU) 104 acoplado a una memoria de acceso aleatorio (RAM) 06 y a una memoria de solo lectura (ROM) 108. La ROM 108 también puede ser de otros tipos de medios de almacenamiento para almacenar programas, tal como ROM programable (PROM), PROMB borrable (EPROM), etc. El procesador 104 se puede comunicar con otros componentes internos y externos a través de un circuitaje de entrada/salida (l/O) 110 y transmitir 112 para proporcionar señales de control y similares. El procesador 104 realiza una variedad de funciones conocidas en la materia, como es dictado por las instrucciones de software y/o firmware.

El servidor 102 también puede incluir uno o más dispositivos para almacenamiento de datos que incluye, por ejemplo, unidades de discos duros y flexibles 114, unidades de CD-ROM 116 y/u otro hardware capaz de leer y/o almacenar información tal como DVD, etc. En una modalidad, el software para realizar los pasos antes mencionados, se puede almacenar y distribuir en un CD-ROM 118, disquete 120 o en otra forma de medio capaz de almacenar información de manera portátil. Estos medios de almacenamiento se pueden insertar en, y leer por, dispositivos tales como la unidad de CD-ROM 116, la unidad de disco 114, etc. El servidor 102 puede estar acoplado a un monitor 122, que puede ser cualquier tipo de monitor conocido o pantalla de presentación, tal como monitores de LCD, monitor de plasma, tubos de rayos catódicos (CRT, por sus siglas en inglés), etc. Se puede proporcionar una interfaz de entrada de usuario 124, incluidos uno o más mecanismos de interfaz de usuario, tal como un mouse, tablero, micrófono, cojinete táctil, pantalla táctil, sistema de reconocimiento de voz, etc.

El servidor 102 puede estar acoplado a otros dispositivos computacionales, tales como terminales de línea fija y/o inalámbricas y aplicaciones relacionadas, a través de una red. El servidor puede ser parte de una configuración de red más grande como en una red de área local (GAN) tal como la Internet 126, la cual permite las últimas conexiones a los dispositivos de cliente de línea terrestre y/o móviles diversos.

En la descripción detallada de las modalidades ejemplares, se establecen numerosos detalles específicos con el objeto de proporcionar una comprensión completa de la invención reclamada. Sin embargo, un experto en la técnica podría entender que varias modalidades pueden ser practicadas sin tales detalles específicos.

Como también podrá apreciar un experto en la materia, las modalidades ejemplares pueden ser representadas en un dispositivo de comunicación inalámbrico, una red de telecomunicación, como un método o en un producto de programa de cómputo. Por consiguiente, las modalidades de ejemplo pueden tomar la forma de una modalidad de hardware en su totalidad o una modalidad que combina los aspectos de hardware y software. Adicionalmente, las modalidades de ejemplo pueden tomar la forma de un producto de programa de cómputo almacenado en un medio de almacenamiento legible por computadora que tiene instrucciones legibles por computadora representadas en el medio. Cualquier medio legible por computadora adecuado puede utilizarse incluyendo discos duros, CD-ROMs, disco versátil digital (DVD), dispositivos de almacenamiento óptico, o dispositivos de almacenamiento magnético, tales como discos flexibles o cinta magnética.

Otros ejemplos no limitantes de medios legibles por computadora incluyen memorias de tipo instantánea u otros tipos de memorias.

Las modalidades ejemplares descritas proporcionan un aparato, un sistema y un método para identificar ubicaciones de fallas potenciales en un contenedor metálico configurado para contener materiales a temperaturas elevadas. Se debe comprender que esta descripción no pretende limitar la invención. Por el contrario, las modalidades ejemplares pretenden cubrir alternativas, modificaciones y equivalentes, los cuales son incluidos en el espíritu y alcance de la invención como es definida en las reivindicaciones anexas.

Aunque las características y los elementos de las presentes modalidades ejemplares son descritas en las modalidades en combinaciones particulares, cada característica o elemento puede ser usado solo sin las otras características y elementos de las modalidades o en varias combinaciones con o sin otras características y elementos descritos en la presente.

Esta descripción escrita usa ejemplos de la materia descrita para permitir que cualquier persona experta en la técnica practique la misma, incluyendo hacer y usar cualesquier dispositivos o sistemas y realizar cualesquier métodos incorporados. El alcance patentable de la materia objeto es definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les pueden ocurrir a aquellos expertos en la técnica. Tales otros ejemplos se desea que estén dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un aparato configurado para vigilar la integridad de un contenedor protegido con un material refractario; el aparato comprende: un primer detector de radiación configurado para medir una temperatura de superficie exterior del contenedor; una primera fuente de radiación configurada para medir un grosor del material refractario; y un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer detector de radiación es un dispositivo termográfico que comprende un primer controlador, dicho primer controlador está configurado para estar en comunicación con dicho controlador central.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer detector de radiación es una pluralidad de dispositivos termográficos, cada uno comprende un primer controlador, cada uno de dichos controladores están configurados para estar en comunicación con dicho controlador central.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la medición de temperatura de superficie y la medición del grosor refractario se realizan de manera sustancialmente simultánea.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el monitoreo está configurado para que se realice de manera cinemática o mediante medición separada al usar sensores independientes de manera instrumentada.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera fuente de radiación comprende un segundo controlador y la primera fuente de radiación y el segundo controlador están dispuestos en un soporte de posición fija.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera fuente de radiación comprende un segundo controlador y la primera fuente de radiación y el segundo controlador están dispuestos en una unidad móvil.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se detecta un aleteo dentro del contenedor mediante una medición de temperatura de superficie externa elevada mediante el primer detector de radiación en una ubicación en la superficie exterior del contenedor que corresponde a la ubicación dentro del contenedor y por una medición de grosor refractario normal en la ubicación dentro del contenedor.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se detecta un escurrimiento de metal fundido o un pequeño orificio en el material refractario en una ubicación dentro del contenedor mediante una medición de temperatura de superficie externa elevada mediante el primer detector de radiación en una ubicación en la superficie exterior del contenedor que corresponde a la ubicación dentro del contenedor y por una medición de grosor refractario normal en la ubicación dentro del contenedor.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera fuente de radiación es un escáner dispuesto en un carrito móvil que comprende un sistema de rastreo y un sistema de contorno montado sobre el mismo.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera fuente de radiación es un sistema de contorno configurado para medir datos de intervalo desde el sistema de contorno a una superficie interna del material refractario.

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el contenedor está configurado para ser usado en un procedimiento de gasificación en producción qu ímica y/o de energía, en un horno de arco eléctrico, en un horno básico de oxígeno, en una olla, en un alto horno, en un desgasificador o en un horno por descarburación de argón-oxígeno.

13. Un sistema para vigilar la integridad de un contenedor protegido con un material refractario; el sistema comprende: un dispositivo termográfico configurado para medir una temperatura de superficie exterior del contenedor; un dispositivo medidor de grosor refractario configurada para medir un grosor del material refractario; y un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el dispositivo termográfico comprende un primer detector de radiación y un primer controlador y el dispositivo medidor del grosor refractario comprende una primera fuente de radiación y un segundo controlador.

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el primer controlador, el segundo controlador y el controlador central están en comunicación entre sí.

16. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el primer controlador, el segundo controlador y el controlador central están dispuestos en una sola unidad controladora.

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el dispositivo termográfico comprende una pluralidad de cámaras infrarrojas y la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario se hacen de manera sustancialmente simultánea.

18. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el dispositivo termográfico comprende una pluralidad de cámaras infrarrojas y la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario se hacen de manera secuencial.

19. Un método para vigilar la integridad de un contenedor que tiene una capa interna de un material refractario, el método comprende: proporcionar un primer detector de radiación configurado para medir una temperatura de superficie exterior de contenedor; proporcionar una primera fuente de radiación configurada para medir un grosor del material refractario; y proporcionar un controlador central configurado para desplegar a un usuario la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque adicionalmente comprende: medir la temperatura de superficie externa del contenedor con el primer detector de radiación; medir el grosor del material refractario con la primera fuente de radiación; y desplegar al usuario la medición de la temperatura de superficie exterior del contenedor y la medición del grosor del material refractario.