TW201331550A - 高爐冷卻壁（爐磚）厚度超音波量測方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法及其裝置，該方法包括以下步驟：(a)提供一高爐，該高爐係具有一冷卻壁，該冷卻壁係具有一內側面；(b)嵌入至少一金屬棒於該高爐之冷卻壁內，該金屬棒係具有一頭端及一末端，該末端係與該冷卻壁之內側面平齊；(c)從該金屬棒之頭端輸入一超音波，以使該超音波傳遞至該金屬棒之末端；以及(d)接收從該金屬棒之末端反射的回波，並根據該回波計算出該金屬棒之長度，進而推算出該冷卻壁之厚度。

Description

高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法及其裝置
本發明係關於一種厚度量測方法及其裝置，特別係關於一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法及其裝置。
習知高爐爐內周邊的爐磚是用不連續的水冷卻盒來保護，而水冷卻盒間的爐磚厚度量測是用超音波激發器在爐殼上產生脈波，脈波穿過鋼製爐殼、耐火泥及爐磚，然後反射回到爐殼外的超音波接收器，透過計算回波與激發波之間的時間差，推算出爐磚厚度。然而，由於爐殼、耐火泥及爐磚的超音波傳遞係數差異大，且材質之間經常有間隙，造成超音波的傳遞不良，導致爐磚厚度量測數據誤差甚大。
目前新一代高爐大都已將不連續的水冷卻盒改成連續的水冷卻壁，用以加強水冷卻壁之內側爐磚的耐磨耗度及增加爐內體積。惟，上述之傳統超音波量測方法同樣無法準確量測水冷卻壁或內側爐磚之厚度。
因此，有必要提供一創新且具進步性之高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法及其裝置，以解決上述問題。
本發明提供一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法，該方法包括以下步驟：(a)提供一高爐，該高爐係具有一冷卻壁，該冷卻壁係具有一內側面；(b)嵌入至少一金屬棒於該高爐之冷卻壁內，該金屬棒係具有一頭端及一末端，該末端係與該冷卻壁之內側面平齊；(c)從該金屬棒之頭端輸入一超音波，以使該超音波傳遞至該金屬棒之末端；以及(d)接收從該金屬棒之末端反射的回波，並根據該回波計算出該金屬棒之長度，進而推算出該冷卻壁之厚度。
本發明另提供一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置，係包括：至少一金屬棒，係嵌入於一高爐之一冷卻壁內，其具有一頭端及一末端，該頭端係顯露於該高爐外，該末端係位於該高爐內；以及一超音波收發量測單元，係設置於該金屬棒之頭端，並可從該金屬棒之頭端輸入一超音波。
本發明利用嵌入於該冷卻壁之金屬棒作為超音波傳遞及量測之媒介，且由於該金屬棒之末端與該冷卻壁之內側面平齊，因此，在得知該金屬棒磨耗後之長度後，即可推算出該冷卻壁磨耗後之厚度。本發明具有提高冷卻壁(爐磚)厚度量測準確度之功效。
請參閱圖1及圖2A，圖1顯示本發明高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法之流程圖，而圖2A顯示本發明之方法中之一高爐之示意圖。請配合參閱圖1之步驟S11及圖2A，提供一高爐10，該高爐10係具有一冷卻壁11，該冷卻壁11係具有一內側面11a。此外，該冷卻壁11係具有一內側爐磚111，該內側爐磚111係具有一磚面111a，在本實施例中，該冷卻壁11之內側面11a係為該磚面111a。又，在本實施例中，該高爐10另具有一爐殼12，該爐殼12係包覆該冷卻壁11，且該爐殼12係具有一法蘭盲板121。
圖2B顯示依據本發明之方法嵌入至少一金屬棒於該高爐之冷卻壁內之示意圖。圖3顯示本發明金屬棒之細部示意圖。請配合參閱圖1之步驟S12、圖2B及圖3，嵌入至少一金屬棒21於該高爐10之冷卻壁11內，該金屬棒21係具有一頭端21a及一末端21b。該頭端21a係顯露於該爐殼12外，且固定於該法蘭盲板121。該末端21b係與該冷卻壁11之內側面11a平齊。在本實施例中，該金屬棒21與該冷卻壁11、該內側爐磚111及該爐殼12之間的間隙係用耐火泥填滿，而該金屬棒21之直徑約20 mm，長度隨安裝位置而異，大約500至900 mm之間。又，在本實施例中，為了準確獲得該冷卻壁11或該內側爐磚111之厚度磨損程度，該金屬棒21之材質係與該冷卻壁11之材質相同，且該金屬棒21之材質係可選自於由銅、不銹鋼及鑄鐵所構成之群組中的其中一種。另外，如圖3所示，為了提高該法蘭盲板121之使用壽命，該法蘭盲板121之材質係為不銹鋼，而該金屬棒21係透過一扣環C間接地焊接固定於該法蘭盲板121上，以避免因焊接處材質變異而影響超音波於該金屬棒21內之傳遞。
圖4顯示依據本發明之方法嵌入一測溫元件於該高爐之冷卻壁內之示意圖。圖4A顯示本發明測溫元件之局部放大圖。由於該高爐10的內部是高溫，而該冷卻壁11與該爐殼12為低溫，使得該金屬棒21處在兩頭溫差約攝氏數百度的環境，以致超音波的波速會變小。因此，為了瞭解該金屬棒21周遭耐火材料的溫度變化，如圖4所示，本發明係嵌入一測溫元件23於該高爐10之冷卻壁11內。在本實施例中，該測溫元件23係包含一測溫石英棒231及一不銹鋼管232，該測溫石英棒231係設置於該不銹鋼管232內，作為紅外線測溫的紅外光導引棒，且該測溫石英棒231之一端及該不銹鋼管232之一端係透過一緊縮接頭S固定於該法蘭盲板121。此外，為了防止爐氣外洩，在本實施例中，可充填一耐火泥(圖未繪出)於該測溫石英棒231與該不銹鋼管232之間。
另外，如圖4A所示，為進一步防止爐氣在該法蘭盲板121處發生外漏，該測溫元件23另包含一測溫光纖接頭233及一石英片234，該石英片234係透過一耐高溫膠(圖未繪出)固定於該測溫光纖接頭233上。在本實施例中，在鎖緊該測溫石英棒231之前，約略將該測溫石英棒231之一端抵接該石英片234，再鎖緊。
圖2C顯示依據本發明之方法從該金屬棒之頭端輸入一超音波之示意圖。請配合參閱圖1之步驟S13及圖2C，利用一超音波收發量測單元22從該金屬棒21之頭端21a輸入一超音波，以使該超音波傳遞至該金屬棒21之末端21b。在本實施例中，為確保該冷卻壁11或該內側爐磚111之厚度量測準確性，該超音波收發量測單元22係會先量測該金屬棒21之溫度，並於確認該金屬棒21之溫度在45℃以下時，再輸入該超音波進行厚度量測。
圖2D顯示依據本發明之方法接收從該金屬棒之末端反射的回波之示意圖。請配合參閱圖1之步驟S14及圖2D，該超音波收發量測單元22係接收從該金屬棒21之末端21b反射的回波，並根據該回波計算出該金屬棒21之長度，進而推算出該冷卻壁11(或該內側爐磚111)之厚度。在本實施例中，該超音波收發量測單元22係會依據該回波與起始激發波之間的時間差，計算出該金屬棒21之長度，理論上，此時間差乘上超音波之波速等於兩倍該金屬棒21之長度。由於該金屬棒21之末端21b係與該冷卻壁11之內側面11a(磚面111a)平齊，因此，在得知該金屬棒21磨耗後之長度後，即可推算出該冷卻壁11(或該內側爐磚111)磨耗後之厚度。
表1顯示依據本發明之方法進行冷卻壁厚度實測之金屬棒特徵及安裝位置規劃表。圖5顯示依據本發明之方法進行冷卻壁厚度實測之結果。圖5之結果顯示，本發明之方法確可獲得冷卻壁磨耗後之精確厚度變化。
請再參閱圖4，在完成該冷卻壁11或該內側爐磚111之磨耗厚度量測後，為保持該金屬棒21之頭端21a的清潔，以利長期量測使用，在本實施例中，係利用一蓋體30保護該金屬棒21之頭端21a。
請再參閱圖2C，本發明之高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置20係包括至少一金屬棒21以及一超音波收發量測單元22。該金屬棒21係嵌入於一高爐10之一冷卻壁11內，該金屬棒21係具有一頭端21a及一末端21b，該頭端21a係顯露於該高爐10外，而該末端21b係位於該高爐10內，且該末端21b係與該冷卻壁11之一內側面11a平齊，在本實施例中，該金屬棒21之材質係與該冷卻壁11之材質相同，且該金屬棒21之材質係可選自於由銅、不銹鋼及鑄鐵所構成之群組中的其中一種。該超音波收發量測單元22係設置於該金屬棒21之頭端21a，並可從該金屬棒21之頭端21a輸入一超音波。
請再參閱圖4及圖4A，該高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置20另包括一測溫元件23，該測溫元件23係嵌入於該高爐10之冷卻壁11內。在本實施例中，該測溫元件23係包含一測溫石英棒231、一不銹鋼管232、一測溫光纖接頭233及一石英片234，該測溫石英棒231係設置於該不銹鋼管232內，該石英片234係固定於該測溫光纖接頭233上，且該測溫石英棒231之一端係抵接該石英片234。
關於該高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置20之操作方法係相同於上述之量測方法，在此不另重複說明。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10．．．高爐
11．．．冷卻壁
11a．．．內側面
12．．．爐殼
20．．．高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置
21．．．金屬棒
21a．．．頭端
21b．．．末端
22．．．超音波收發量測單元
23．．．測溫元件
30．．．蓋體
111．．．內側爐磚
111a．．．磚面
121．．．法蘭盲板
231．．．測溫石英棒
232．．．不銹鋼管
233．．．測溫光纖接頭
234．．．石英片
C．．．扣環
S．．．緊縮接頭
圖1顯示本發明高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法之流程圖；
圖2A顯示本發明之方法中之一高爐之示意圖；
圖2B顯示依據本發明之方法嵌入至少一金屬棒於該高爐之冷卻壁內之示意圖；
圖2C顯示依據本發明之方法從該金屬棒之頭端輸入一超音波之示意圖；
圖2D顯示依據本發明之方法接收從該金屬棒之末端反射的回波之示意圖；
圖3顯示本發明金屬棒之細部示意圖；
圖4顯示依據本發明之方法嵌入一測溫元件於該高爐之冷卻壁內之示意圖；
圖4A顯示本發明測溫元件之局部放大圖；及
圖5顯示依據本發明之方法進行冷卻壁厚度實測之結果。
(無元件符號說明)

Claims (18)

  1. 一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測方法，包括以下步驟：(a)提供一高爐，該高爐係具有一冷卻壁，該冷卻壁係具有一內側面；(b)嵌入至少一金屬棒於該高爐之冷卻壁內，該金屬棒係具有一頭端及一末端，該末端係與該冷卻壁之內側面平齊；(c)從該金屬棒之頭端輸入一超音波，以使該超音波傳遞至該金屬棒之末端；以及(d)接收從該金屬棒之末端反射的回波，並根據該回波計算出該金屬棒之長度，進而推算出該冷卻壁之厚度。
  2. 如請求項1之方法，其中該金屬棒之材質係與該冷卻壁之材質相同。
  3. 如請求項2之方法，其中該金屬棒之材質係可選自於由銅、不銹鋼及鑄鐵所構成之群組中的其中一種。
  4. 如請求項1之方法，其中在步驟(a)中，該冷卻壁係具有一內側爐磚，該內側爐磚係具有一磚面，該冷卻壁之內側面係為該磚面。
  5. 如請求項1之方法，其中該高爐係具有一爐殼，該爐殼係包覆該冷卻壁，而該金屬棒之頭端係顯露於該爐殼外。
  6. 如請求項5之方法，其中該爐殼係具有一法蘭盲板，該金屬棒之頭端係固定於該法蘭盲板。
  7. 如請求項1之方法，其中在步驟(b)中，另包括嵌入一測溫元件於該高爐之冷卻壁內。
  8. 如請求項7之方法，其中該測溫元件係包含一測溫石英棒及一不銹鋼管，該測溫石英棒係設置於該不銹鋼管內。
  9. 如請求項8之方法，另包括充填一耐火泥於該測溫石英棒與該不銹鋼管之間。
  10. 如請求項8之方法，其中該高爐係具有一爐殼，該爐殼係具有一法蘭盲板，該測溫石英棒之一端及該不銹鋼管之一端係固定於該法蘭盲板。
  11. 如請求項10之方法，其中該測溫元件另包含一測溫光纖接頭及一石英片，該測溫光纖接頭係固定於該法蘭盲板，該石英片係固定於該測溫光纖接頭上，而該測溫石英棒之一端係抵接該石英片。
  12. 一種高爐冷卻壁(爐磚)厚度超音波量測裝置，係包括：至少一金屬棒，係嵌入於一高爐之一冷卻壁內，其具有一頭端及一末端，該頭端係顯露於該高爐外，該末端係位於該高爐內；以及一超音波收發量測單元，係設置於該金屬棒之頭端，並可從該金屬棒之頭端輸入一超音波。
  13. 如請求項12之裝置，其中該金屬棒之材質係與該冷卻壁之材質相同。
  14. 如請求項13之裝置，其中該金屬棒之材質係可選自於由銅、不銹鋼及鑄鐵所構成之群組中的其中一種。
  15. 如請求項12之裝置，其中該金屬棒之末端係與該冷卻壁之一內側面平齊。
  16. 如請求項12之裝置，另包括一測溫元件，該測溫元件係嵌入於該高爐之冷卻壁內。
  17. 如請求項16之裝置，其中該測溫元件係包含一測溫石英棒及一不銹鋼管，該測溫石英棒係設置於該不銹鋼管內。
  18. 如請求項17之裝置，其中該測溫元件另包含一測溫光纖接頭及一石英片，該石英片係固定於該測溫光纖接頭上，而該測溫石英棒之一端係抵接該石英片。
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