PL171263B1 - Urzadzenie do wykonywania i naprawy wykladziny ogniotrwalej pieca przemyslowego PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wykonywania i naprawy wykladziny ogniotrwalej pieca przemyslowego, za- wierajace lance majaca koniec roboczy wyposazo- ny w wylot dla ceram icznej, sproszkow anej mieszanki spawalniczej doprowadzonej z rury lancy w gazie nosnym doprowadzonym z przewodu zasi- lajacego, która to lanca ma plaszcz wodny zapobie- gajacy przegrzaniu, znamienne tym, ze w poblizu wylotu (12) lancy (10) jest umieszczona kamera (17) o polu widzenia (19) obejmujacym naprawiany obszar (20) sciany ogniotrwalej (21) i przynajmniej czesc przerwy pomiedzy naprawianym obszarem (20) i koncem wylotowym (11) lancy oraz wewnatrz przewodu (24) doprowadzajacego powietrze jest umieszczony kabel (23) dla sygnalów kamery wska- zujacych odleglosc robocza pomiedzy koncem wy lotowym (11) lancy i strefa reakcji (22). F i g . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykonywania i naprawy wykładziny ogniotrwałej pieca przemysłowego.

Znane jest urządzenie do wykonywania i naprawy wykładziny ogniotrwałej, w którym mieszaninę cząstek ogniotrwałych i cząstek paliwa wyrzuca się z wylotu lancy, w strumieniu gazu, na powierzchnię docelową, gdzie w strefie reakcji cząstki paliwa spalają się, wydzielając ciepło, w wyniku czego tworzy się spoistą masę ogniotrwałą do spawania.

Znane jest także urządzenie do spawania materiału ceramicznego, które zawiera lancę z wylotem do wyrzucania ceramicznej, sproszkowanej mieszanki spawalniczej. Procesy spawania materiałów ceramicznych są stosowane głównie przy naprawie zużytych

171 263 lub uszkodzonych wykładzin ogniotrwałych pieców różnego typu. Przykłady procesów spawania ceramicznego są przedstawione na przykład w opisach patentowych Wielkiej Brytanii nr 1330894 i nr 2110200-A

Duże znaczenie ma odległość robocza pomiędzy strefą reakcji i wylotem lancy. Jeżeli odległość robocza jest zbyt mała, istnieje niebezpieczeństwo, że końcówka lancy wejdzie do strefy reakcji i materiał ogniotrwały zablokuje jej wylot, nastąpi reakcja z powrotem do lancy i lanca ulegnie przegrzaniu. Jeżeli natomiast odległość robocza jest zbyt duża, strumień ceramicznego proszku spawalniczego może rozpryskiwać się, co prowadzi do strat wydajności procesu, spawu o gorszej jakości, a nawet wstrzymania reakcji. Optymalna odległość pomiędzy w^lc^^em lancy i powierzchnią wynosi zwykle od 5 do 10 cm, rzadko jest większa od 15 cm. Natomiast lance mają długość nawet 10 m.

W urządzeniu według wynalazku w pobliżu wylotu lancy jest umieszczony kamera o polu widzenia obejmującym naprawiany obszar ściany ogniotrwałej i przynajmniej część przerwy pomiędzy naprawianym obszarem i końcem wylotowym lancy oraz wewnątrz przewodu doprowadzającego powietrze jest umieszczony kabel dla sygnałów kamery wskazujących odległość roboczą pomiędzy końcem wylotowym lancy i strefą reakcji.

Korzystnie kamera jest kamerą typu przyrządu o sprzężeniu ładunkowym.

Korzystnie kamera jest otoczona przez wystającą część osłony płaszcza wodnego.

Korzystnie kamera jest ruchoma niezależnie od lancy.

Korzystnie kamera jest zamontowana w stałym położeniu i ustawieniu na lancy.

Korzystnie kamera jest połączona z procesorem, który jest połączony z generatorem sygnału akustycznego lub wizyjnego, wskazującego rzeczywistą odległość roboczą w zakresie tolerancji.

Korzystnie kamera ma ekran monitora wizyjnego.

Korzystnie kamera ma pamięć skali wzorcowania i układ wyświetlania obrazu tej skali na ekranie.

Korzystnie kamera ma filtr do ekranowania kamery przed promieniowaniem podczerwonym.

Korzystnie filtr jest filtrem fali o długości większej niż 900 nm.

Korzystnie filtr jest filtrem fali o długości mniejszej niż 600 nm, korzystnie mniejszej niż 670 nm.

Korzystnie kamera jest zamontowana na lancy w odległość pomiędzy 30 i 100 cm od wylotu lancy.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie urządzenia do wykonywania i naprawy wykładziny ogniotrwałej pieca przemysłowego przez spawanie materiału ceramicznego, dzięki któremu operator łatwiej kontroluje odległość pomiędzy wylotem lancy spawalniczej i miejscem naprawy. Operator przeprowadzający spawanie wykorzystuje sygnał elektroniczny w celu regulacji odległości pomiędzy wylotem lancy i strefą reakcji oraz w celu utrzymywania optymalnych warunków spawania. Możliwa jest kontrola odległości roboczej przy użyciu kamery w warunkach wysokiej temperatury przy znacznym oświetleniu miejsca spawania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie lancę do spawania materiału ceramicznego przy naprawie wykładziny ogniotrwałej według wynalazku, fig. 2-trzon lancy z fig. 1 w przekroju poprzecznym, fig. 3 - wzorcowanie urządzenia kontrolnego lancy z fig. 1 i fig. 4 - ekran monitora podczas procesu spawania.

Figury 1 i 2 przedstawiają lancę 10 mającą koniec wylotowy 11 z wylotem 12 do wyrzucania strumienia gazu nośnego wzbogaconego w tlen, przenoszącego ceramiczną, sproszkowaną mieszankę spawalniczą.

Skład mieszanki zależy od rodzaju naprawianej powierzchni. Na przykład przy naprawie ogniotrwałej krzemionki gaz nośny zawiera suchy tlen techniczny, a ceramiczny proszek spawalniczy składa się z 87% wagowych ogniotrwałych cząstek krzemionki o

171 263 wymiarach od 0,3 do 0,5 mm, 12% cząstek krzemu i 1% cząstek glinu o wymiarach do 50 mikrometrów.

Ceramiczny proszek spawalniczy jest doprowadzany do wylotu 12 lancy przez rurę wewnętrzną 13 otoczoną przez rurę środkową 14 i rurę zewnętrzną 15, które dochodzą do końca wylotowego 11 lancy. Rura środkowa 14 ma wlot 16a czynnika chłodzącego, na przykład wody, a rura zewnętrzna 15 ma wylot czynnika chłodzącego. Lanca 10 ma więc płaszcz wodny zapobiegający przegrzewaniu.

Kamera 17 typu przyrządu o sprzężeniu ładunkowym jest umieszczona w odległości od 30 do 100 cm od wylotu 12 lancy i jest otoczona przez wystającą część osłony 18 płaszcza wodnego. Pole widzenia 19 kamery 17 obejmuje koniec wylotowy 11 lancy i naprawiany obszar 20 ściany ogniotrwałej 21, w którym występuje strefa reakcji 22. Sygnały z kamery 17 są przenoszone kablem 23 umieszczonym w przewodzie 24 doprowadzającym powietrze wewnątrz rury środkowej 14. Przewód 24 doprowadzający powietrze wchodzi do wystającej części osłony 18 płaszcza wodnego i jest usytuowany tak, że przez kamerę 17 jest przedmuchiwany stały strumień chłodnego powietrza zapobiegający skupianiu się kurzu i dymu na kamerze 17 oraz chłodzący kamerę 17. Kamera 17 jest wyposażona w silny filtr koloru czerwonego i filtr odblaskowy, na przykład ze złota, które ekranują promieniowanie podczerwone tak, że do kamery 17 dochodzi tylko promieniowanie o długości fali od 630 lub 650 do 850 nm, korzystnie o długości fali od 670 do 850 nm. Kamera 17 ma obszar wyczuwania obrazu równy na przykład 6,5 x 4,85 mm, zewnętrzną średnicę 17,5 mm i długość 5 cm.

Figura 3 przedstawia wzorcowanie urządzenia, które jest łatwe do przeprowadzenia. Skala 25 z podziałką jest zamocowana na końcu wylotowym 11 lancy i jest rejestrowana przez kamerę 17, co realizuje się dogodnie na zewnątrz pieca przemysłowego w warunkach otoczenia, na przykład na wydziale produkcyjnym. Z powodu silnego filtrowania stosowanego w kamerze tworzy się skalę 25 jako maskę dla światła, mającą rozmieszczone regularnie otwory, na przykład otwory 1 do 7 oddalone od siebie o 1 cm. Kamera 17 rejestruje linię plamek świetlnych odtwarzanych na ekranie monitora wizyjnego podczas naprawy przez spawanie materiału ceramicznego i umożliwia ustalenie zależności pomiędzy każdym pikselem obrazu i rzeczywistą odległością od wylotu 12 lancy.

Figura 4 przedsta wia ekran monitora wizyjnego, na którym koniec wylotowy 11 lancy jest wyświetlany jako ciemny zarys, a strefa reakcji 22 spawania materiału ceramicznego, oddalona od końca wylotowego 11 o odległość roboczą, jest wyświetlana jako jasny, jaskrawy obszar. Plamki wzorcowania 0 do 8 są wyświetlane na ekranie jako białe albo czarne. Pozostała część obszaru ekranu jest szara w odcieniu średnim, zakładając, że jest używany monitor monochromatyczny.

Strefa reakcji 22 jest reprezentowana przez obszar kołowy z wy.st(ępem z jednej strony. W wyniku wydzielania ciepła podczas operacji spawania materiału ceramicznego, naprawiany obszar 20 ściany ogniotrwałej 21 jest także ogrzewany. Pojawienie się widocznego na ekranie zakłócenia jaskrawości, spowodowanego bezpośrednim działaniem strefy reakcji 22, jest tłumione przy użyciu filtra fal o długościach krótszych niż 670 nm.

Kontrola odległości między strefą reakcji 22 w obszarze roboczym i końcem wylotowym 11 lancy wymaga znacznego stopnia dokładności. Jak pokazano na fig. 4, ustala się wartość progową jaskrawości w celu określenia początku strefy reakcji 22 z prawej strony. Odległość robocza wynosi wówczas 7 jednostek. Czasami zachodzi zmiana wymiarów strefy reakcji 22 zależna od warunków pracy i jest wymagane określenie odległości od środka strefy reakcji 22. Stosuje się również ustalenie wartości progowej jaskrawności w odniesieniu do końca strefy reakcji 22 z lewej strony. Odległość robocza wynosi wówczas około 8 1/2 jednostek. Każdy z tych sposobów jest także stosowany, gdy kamera 17 typu CCD jest kamerą liniową, a nie kamerą dającą dwuwymiarowe przedstawienie miejsca pracy, jak pokazano na fig. 4.

W bardziej skomplikowanym przypadku sygnały z kamery 17 typu CCD są kontrolowane dla określenia, gdzie obraz strefy reakcji 22 ma największą wysokość, co zapewnia

171 263 dokładniejsze wskazania środka strefy reakcji 22, który znajduje się na fig. 4 w odległości roboczej 8 jednostek.

Zakładając, że strefa reakcji 22 na fig. 4 znajduje się w optymalnej odległości roboczej od końca wylotowego 11 lancy, odległość ta wynosi 7, 8 1/2 lub 8 jednostek.

Przy pracy z liniową lub dwuwymiarową kamerą 17 nie jest konieczne wyświetlanie obrazu wizyjnego, choć użycie go jest bardzo korzystne. Do określenia odległości między strefą reakcji 22 i końcem wylotowym 11 lancy mogą służyć sygnały sterowania doprowadzane do procesora. Wyjście procesora jest użycie do sterowania wyświetlaniem cyfrowym lub analogowym. Procesor może być także użyty do sterowania generatorem sygnałów akustycznych. Generator sygnałów akustycznych jest ustawiony na przykład na podawanie sygnału akustycznego o wzrastających tonach i głośności wraz ze zmniejszaniem się odległości roboczej poniżej zakresu tolerancji, natomiast sygnału o niższych tonach i wzrastającej głośności wraz ze wzrostem odległości roboczej poza zakres tolerancji. Sygnały kamery 17 można doprowadzić do komputera przystosowanego do sterowania robotem do spawania. Każdy z tych układów może być użyty w połączeniu z obrazowaniem wizyjnym, jak opisane w oparciu o fig. 4.

Nie jest konieczne wyświetlanie lub kontrola całej odległości roboczej i końca wylotowego 11 lancy. Wówczas gdy kamera 17 jest zamontowana w stałym położeniu względem wylotu 12 lancy, położenie tego wylotu jest znane, niezależnie od tego, czy jest ono obrazowane czy nie. Można jednak uzyskać użyteczną informację o warunkach w bezpośrednim sąsiedztwie wylotu 12 lancy, jeżeli jest kontrolowana pełna długość odległości roboczej oraz wylot.

Kamera 17 typu CCD nie musi być zamocowana do lancy 10 i może być oddzielnym elementem urządzenia. Kamera 17 typu CCD widzi odległość roboczą obejmującą koniec wylotowy 11 lancy i strefę reakcji 22, tak jak na fig. 4. Oddzielenie strefy reakcji 22 końca wylotowego 11 lancy jest rejestrowane w płaszczyźnie ogniskowej kamery 17 i przekazywane do procesora. Ma miejsce ciągła ocena odległości roboczej w postaci pomiaru liniowego podczas operacji spawania, przy uwzględnieniu zmian we względnych położeniach lancy 10 i kamery 17. Wskazania odległości roboczej są doprowadzane do ekranu monitora wizyjnego wraz. z obrazem widzianym przez kamerę 17 i są wytwarzane inne sygnały wizyjne lub akustyczne umożliwiające porównanie rzeczywistej odległości roboczej z optymalną odległością roboczą.

Kamera 17 może być całkiem mała i wygt^odna do obsługi i wytwarzania sygnału elektronicznego wskazującego odległość roboczą. Wiele kamer 17 typu CCD ma zaletę polegającą na tym, że są szczególnie czułe na długości promieniowania świetlnego, które jest wysiane ze strefy reakcji 22 spawania materiału ceramicznego. Sygnał sterujący może być stosowany bezpośrednio do automatycznego utrzymywania prawidłowej odległości roboczej. Dla przykładu lanca 10 może być zamontowana na wózku i ruchoma względem trzech prostopadłych osi w wyniku działania trzech silników sterowanych przez komputer. Wytwarzany sygnał akustyczny i/łub wizyjny umożliwia operatorowi przeprowadzającemu spawanie łatwiejszą regulację położenia wylotu 12 lancy w porównaniu z pracą przy sterowaniu ręcznym i łatwiejszą kontrolę operacji automatycznego spawania.

Użycie ruchomej kamery 17 stosowanej równocześnie do kontroli położenia wylotu 12 lancy i strefy reakcji 22 oraz właściwe ustawienie kamery 17 umożliwia kontrolę odległości roboczej pomiędzy wylotem 12 lancy i strefą reakcji 22. Jeżeli wylot 12 lancy jest także kontrolowany, wymiary obrazu końca wylotowego 11 lancy w płaszczyźnie ogniskowej kamery 17 mogą być stosowane do podania wskazania odległości pomiędzy kamerą 17 i końcem lancy 10, a to umożliwia obliczenie odległości pomiędzy końcem lancy 10 i strefą reakcji 22. Kamera 17 jest ustawiana we właściwym kierunku dla zapewnienia pola widzenia obejmującego wylot 12 lancy.

Wzorcowanie jest uproszczone przy umieszczeniu kamery 17 w stałym położeniu na lancy 10 i przy ustawieniu skali z podziałką dla wylotu 12 lancy w jednej linii z torem sproszkowanej mieszanki. Skala z podziałką może mieć postać maski światła mającej

171 263 otwory w odstępach wzdłuż długości, na przykład co 1 cm tak, że kamera 17 rejestruje oddalone od siebie plamki świetlne.

Kamera 17 iest otoczona płaszczem wodnym. który można uzyskać ze zmodyJ 1. J J fikowanego płaszcza wodnego lancy 10. Filtr zapewniający ochronę kamery 17 przed przegrzaniem bez pogarszania pracy kamery może być wykonany z cienkiej warstwy złota, która jest przynajmniej częściowo przezroczysta dla promieniowania widzialnego, natomiast odbija promieniowanie podczerwone. W celu zapewnienia maksymalnej ochrony kamery 17 przed promieniowaniem podczerwonym, przy minimalnym wpływie na jej działanie, korzystne jest użycie filtra fal o długościach większych niż 900 nm. W celu dokładniejszej kontroli strefy reakcji 22 przeprowadza się także ekranowanie promieniowania o mniejszych długościach fal niż 600 nm przy pomocy filtru koloru czerwonego. Natomiast w celu zapobiegania widocznym zakłóceniom w strefie reakcji 22 rejestrowanej przez kamerę 17 stosuje się filtr 670 nm.

Umieszczenie kamery 17 na lancy 10 nie jest krytyczne, zakładając, że pole widzenia 19 kamery 17 obejmuje wymaganą długość toru wylotu proszku. Wówczas gdy kamera jest zamontowana na lancy 17 w odległości pomiędzy 30 i 100 cm od wylotu 12 lancy, w połączeniu z przyrządem o sprzężeniu ładunkowym o wymiarze 12,7 mm, obiektyw 15 mm daje pole widzenia 24°. Jeżeli jest ona umieszczona w odległości 70 cm od końca lancy 10, widoczny jest tor wylotu proszku o długości 30 cm.

171 263

o o(No	22 0	0	0	0	11 \ 0 ()
t 8	7 6 5	4	3	2	1 0

Fig.4

171 263

Fig.1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wykonywania i naprawy wykładziny ogniotrwałej pieca przemysłowego, zawierające lancę mającą koniec roboczy wyposażony w wylot dla ceramicznej, sproszkowanej mieszanki spawalniczej doprowadzonej z rury lancy w gazie nośnym doprowadzonym z przewodu zasilającego, która to lanca ma płaszcz wodny zapobiegający przegrzaniu, znamienne tym, że w pobliżu wylotu (12) lancy (10) jest umieszczona kamera (17) o polu widzenia (19) obejmującym naprawiany obszar (20) ściany ogniotrwałej (21) i przynajmniej część przerwy pomiędzy naprawianym obszarem (20) i końcem wylotowym (11) lancy oraz wewnątrz przewodu (24) doprowadzającego powietrze jest umieszczony kabel (23) dla sygnałów kamery wskazujących odległość roboczą pomiędzy końcem wylotowym (11) lancy i strefą reakcji (22).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kamera (17) jest kamerą typu przyrządu o sprzężeniu ładunkowym.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kamera (17) jest otoczona przez wystającą część osłony (18) płaszcza wodnego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że kamera (17) jest ruchoma niezależnie od lancy (10).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że kamera (17) jest zamontowana w stałym położeniu i ustawieniu na lancy (10).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kamera (17) jest połączona z procesorem, który jest połączony z generatorem sygnału akustycznego lub wizyjnego, wskazującego rzeczywistą odległość roboczą w zakresie tolerancji.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kamera (17) ma ekran monitora wizyjnego.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że kamera (17) ma pamięć skali wzorcowania i układ wyświetlania obrazu tej skali na ekranie.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 3 albo 6, albo 7, albo 8, znamienne tym, że kamera (17) ma filtr do ekranowania kamery przed promieniowaniem podczerwonym.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że filtr jest filtrem fali o długości większej niż 900 nm.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że filtr jest filtrem fali o długości mniejszej niż 600 nm, korzystnie mniejszej niż 670 nm.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że kamera (17) jest zamontowana na lancy (10) w odległości pomiędzy 30 i 100 cm od wylotu (12) lancy.