УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОГНЕУПОРНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В МЕТАЛЛУРГИИ
DEVICE FOR DETECTION AND MEASUREMENT OF CYLINDRICAL SURFACES ON FIRE-RESISTANT CERAMIC DETAILS USED IN METALLURGY

Изобретение относится к устройству для обнаружения и измерения цилиндрических поверхностей огнеупорных керамических деталей при использовании в металлургии.
На фиг. 1 показано типичное использование в металлургии, не ограничивая его в рамках изобретения. Показан металлургический сосуд 10 с огнеупорно облицованным дном 12, в котором расположен, по существу, цилиндрический огнеупорный керамический стакан 14, который имеет центральное пропускное отверстие 16, через которое металлический расплав из металлургического сосуда 10 течет в расположенные далее агрегаты.
При этом за стаканом 14 в направлении потока расплава (стрелка S) следует шиберный затвор 18 с верхним диском 18о, средним диском 18m и нижним диском 18u, к которым примыкает погружной стакан 20. Все указанные выше детали имеют пропускные отверстия для металлического расплава, соответствующие пропускному каналу 16, в связи с чем соответствующие участки на фиг. 1 также обозначены поз. 16.
Из фиг. 1 следует, что средний диск 18m является подвижным, чтобы из запорного положения (фиг. 1) переводиться в положение, при котором все пропускные отверстия 16 расположены друг за другом и делают возможным протекание металлического расплава.
Вышеуказанные детали (стакан 14, диски 18о, 18m, 18u, погружной стакан 20) имеют цилиндрические внутренние поверхности для ограничения соответствующего пропускного отверстия 16. При этом понятие «цилиндрический» следует понимать не в точном математическом смысле, а с технических точек зрения. Известно, что огнеупорные детали в результате металлургического воздействия расплава изнашиваются или наоборот, что на поверхностях образуются наросты (так называемое засорение).
Как явления износа, так и нарост на поверхностях проходных каналов 16 существенно мешает процессу разливки. Поэтому, как правило, необходимо иметь информацию о геометрии проходных каналов 16, чтобы можно было делать соответствующие выводы, например, о замене уже чрезмерно изношенной детали или о выжигании/отбивке наростов в проходном канале.
В связи с высокими температурами соответствующих деталей, которые и после завершения процесса разливки еще долго могут составлять несколько сот градусов, возникают трудности при проверке соответствующих поверхностей.
Визуальная оценка невооруженным глазом является крайне не точной и возможна лишь на значительном удалении. Поэтому предпринимались попытки ощупывать соответствующие поверхности крюком. При этом также получаются лишь очень неточные результаты. Поэтому часто обращаются к данным опыта, что во многих случаях приводит к совершенно неправильным результатам.
Задача изобретения состоит в том, чтобы указать возможность надежно обнаруживать и измерять цилиндрические поверхности на огнеупорных керамических деталях при использовании в металлургии, чтобы таким образом иметь в распоряжении достоверные данные, чтобы можно было судить о том, требуются ли в данном случае меры, и если да, то какие, чтобы отремонтировать или заменить соответствующую деталь.
Для этого изобретение предусматривает устройство, в котором используется принцип эндоскопа, но он инновационно адаптирован к специфическому случаю использования. Основная идея изобретения состоит, прежде всего, в том, чтобы выполнить устройство так, чтобы оно имело «холодную часть» и «горячую часть». «Горячая часть» предназначена для того, чтобы помещаться в область подлежащей проверке детали, чтобы соответственно «на месте» проводить желаемый осмотр. «Холодная часть» размещается на явном расстоянии от нее, а именно в области, в которой господствуют явно более низкие температуры, например комнатная температура.
Соответственно, в «холодной части» могут быть установлены чувствительные измерительные устройства, такие как камеры, в то время как «горячая часть», предпочтительно, используется только для того, чтобы направлять измерительные лучи на подлежащие проверке поверхности.
Исходя из этого, устройство согласно изобретению, кроме того, основано на соображении предусмотреть камеру, которая регистрирует определенные части цилиндрической поверхности подлежащей проверке детали, и дополнительно производит измерение расстояния, так чтобы из обеих единиц информации вместе определялось трехмерное изображение подлежащей проверке поверхности.
В своей самой общей форме осуществления изобретение относится к устройству для обнаружения и измерения цилиндрических поверхностей огнеупорных керамических деталей при использовании в металлургии, имеющему следующие признаки:
- измерительную трубу,
- в измерительной трубе или на ней расположена камера, объектив которой направлен по меньшей мере на одну расположенную в измерительной трубе отражательную поверхность, причем
- отражательная поверхность проходит на расстоянии от объектива и наклонно к аксиальному направлению измерительной трубы,
- измерительная труба на противолежащем отражательной поверхности участке контура является светопроницаемой,
- в измерительной трубе или на ней расположено устройство для измерения расстояния, причем
- камера при соответствующем фокусном расстоянии между объективом и отражательной поверхностью регистрирует проходящую на радиальном расстоянии от измерительной трубы часть цилиндрической поверхности смежной огнеупорной керамической детали, и
- устройство для измерения расстояния выполнено с возможностью регистрации расстояния от точки или участка поверхности на зарегистрированной камерой части цилиндрической поверхности огнеупорной керамической детали до неподвижной точки отсчета.
То есть с помощью камеры происходит оптическое рассматривание определенной поверхности, с помощью устройства для измерения расстояния оценка расстояния от соответствующего участка поверхности до точки отсчета, например центральной продольной оси измерительной трубы.
Камера расположена, например, так, что направление соответствующего фокусного расстояния проходит коаксиально центральной продольной оси измерительной трубы. Отражательная поверхность служит для того, чтобы оптически регистрировать камерой проходящий радиально на расстоянии от центральной продольной оси участок поверхности керамической детали. В этом отношении и противолежащий отражательной поверхности участок измерительной трубы является светопроницаемым, например открытым.
Из указанной системы следует, что отражательная поверхность предпочтительно проходит под углом примерно 45° к центральной продольной оси измерительной трубы, причем большие или меньшие углы (45±10°) также являются возможными. Величины угла относятся к основному направлению соответствующих световых волн. В этом отношении величины угла также следует понимать не точно математически, а технически.
Это относится, прежде всего, к случаю, когда отражательная поверхность не плоская, а изогнутая, чтобы можно было регистрировать большие или меньшие участки поверхности огнеупорной детали.
Согласно одной форме осуществления устройство для измерения расстояния содержит лазер или диод, который направляет оптический луч на расположенное в измерительной трубе зеркало, которое направляет луч через светопроницаемый участок контура измерительной трубы на зарегистрированную камерой часть цилиндрической поверхности керамической детали.
К этому зеркалу аналогично относятся вышеприведенные высказывания по отражательной поверхности.
Однако при этом следует учитывать, что зеркало может быть расположено на расстоянии от отражательной поверхности. При этом, прежде всего, предусмотрена компоновка, при которой зеркало в аксиальном направлении измерительной трубы расположено перед отражательной поверхностью, а именно, например, со стороны стенки, то есть в области внутренней стенки измерительной трубы. При этом источник лазера может быть расположен так, что луч проходит параллельно на расстоянии от внутренней стенки измерительной трубы перед тем как он попадает на зеркало.
При этом расположении угол наклона зеркала становится соответственно меньше, чем угол наклона отражательной поверхности, если отраженный луч света должен падать примерно посередине зарегистрированного камерой участка поверхности керамической детали, что является благоприятным для получения соответствующих данных. В этом отношении угол зеркала составляет, например, 10-30° относительно центральной продольной оси измерительной трубы.
Измерительная труба является, например, цилиндрической. Но также возможны и другие геометрии.
Отражательная поверхность и/или зеркало на их оптической стороне могут быть выполнены с жаростойким покрытием, чтобы не повреждаться в результате высоких температур в области места измерения, в том числе и в течение более длительного времени измерения. Такое возможное покрытие состоит из хрома. Хромированная поверхность может без проблем долгосрочно выдерживать, например, 400-500°C.
Из вышеизложенного описания становится понятно, что устройство, как правило, может оптически регистрировать только часть цилиндрической поверхности подлежащей проверке детали. В этом отношении одна конструктивная форма предусматривает, что измерительная труба, по меньшей мере, в области, в которой расположены отражательная поверхность и возможное зеркало, установлена с возможностью вращения и/или аксиального перемещения. Это делает возможным регистрировать (сканировать) и соответственно измерять либо непрерывно, либо последовательно (секвенциями) любые участки цилиндрической поверхности детали.
Предпочтительно, вращение измерительной трубы происходит вокруг центральной продольной оси. Без проблем может вращаться и вся измерительная труба, включая относящиеся к ней устройства, такие как камеры и лазер.
Хорошо, если измерительная труба, по меньшей мере, в области, в которой расположены отражательная поверхность и возможное зеркало, термически изолирована, чтобы выдерживать температуры, например, до 800°C. Эта изоляция может быть изоляцией из минерального волокна, которая расположена за зеркалами/отражательными поверхностями или, иначе говоря, между неоптическими сторонами отражательной поверхности/зеркала и внутренней стенкой измерительной трубы.
Анализ снятых камерой изображений, а также данных измерения расстояния может происходить вручную, но предпочтительно электронным способом. Для этого один вариант осуществления изобретения предусматривает выполнение устройства с запоминающим устройством для сбора изображений и данных, полученных камерой и устройством для измерения расстояния. Затем они могут анализироваться в анализирующем устройстве.
Если при этом получается, например, что износ в области пропускного отверстия диска шиберного затвора превысил определенную величину, из этого непосредственно вытекает необходимость замены соответствующего диска шиберного затвора. Таким образом, устройство согласно изобретению выполняет важный аспект техники безопасности не только в связи с износом диска шиберного затвора, но и в отношении всей установки, чтобы, например, предотвратить прорыв расплава.
Устройство может быть применено мобильно. Также является возможным с помощью приспособления закреплять его на металлургическом сосуде, так что полученные изображения и данные регистрируются на определенные базовые величины.
Другие признаки изобретения следуют из признаков зависимых пунктов формулы изобретения, а также прочих документов заявки.
Далее изобретение поясняется более детально на примере осуществления. При этом показано на:
Фиг. 2: вид сбоку устройства согласно изобретению для обнаружения и измерения пропускного отверстия диска шиберного затвора.
Фиг. 3: увеличенное представление участка устройства согласно фиг. 1 в области диска шиберного затвора.
На фигурах показана цилиндрическая измерительная труба 30 с первым концом 32, так называемым холодным концом и вторым концом 34, так называемым горячим концом.
На первом конце 32 измерительная трубка 30 расширена и на этом участке вмещает камеру 38, здесь зеркальную фотокамеру.
Камера 38 ориентирована в направлении отражательной поверхности 40, которая находится внутри второго конца 34 измерительной трубы 30 и расположена там под углом 45° к центральной продольной оси А измерительной трубы.
Измерительная труба 30 на соседнем участке стенки имеет соответствующее отверстие 42, так что с помощью камеры 38 через отражательную поверхность 40 является регистрируемой часть цилиндрической поверхности 18о диска 18 шиберного затвора.
На фиг. 2 прохождение цилиндрической поверхности нового диска шиберного затвора показано штриховкой (18z′), в то время как сплошная линия (18z) показывает примерное состояние износа, которое должно быть зарегистрировано и оценено устройством согласно изобретению.
Таким образом, посредством установки фокусного расстояния камеры 38 на отражательную поверхность 40 оптически регистрируется и рассматривается проходящая на радиальном расстоянии от измерительной трубы 30 часть поверхности 18z диска 18 шиберного затвора. Но одного этого недостаточно, чтобы определить степень износа диска 18 шиберного затвора, так как расстояние исходной поверхности до изношенной поверхности не может быть определено с помощью камеры 38.
Для этой цели в корпусе 36 расположен лазер 44, лазерный луч 441 которого проходит параллельно и на расстоянии от внутренней стенки измерительной трубы 30 и при этом попадает на зеркало 46, которое находится в направлении центральной продольной оси А измерительной трубы 30 между камерой 38 и отражательной поверхностью 40, рядом с отражательной поверхностью 40, как показано на фиг. 2, 3.
Прежде всего, согласно фиг. 3, кроме того, явствует, что то же плоская поверхность зеркала 46 проходит под углом β примерно 23° относительно
вертикальной плоскости. Эта величина была выбрана так, что отраженный зеркалом 46 лазерный луч падает на центральный участок зарегистрированной камерой 38 части цилиндрической поверхности 18z диска 18 шиберного затвора, причем эта точка на фиг. 3 схематически обозначена буквой S.
Корпус 36 содержит (не показан) регистрирующее устройство, которое запоминает снятые камерой 38 изображения, а также зарегистрированные с помощью лазера 40 расстояния поверхности 18z диска 18 шиберного затвора от центральной продольной оси А измерительной трубы 30.
С помощью соответствующей калибровки из соответственно определенных величин расстояния с точностью до миллиметра может быть установлено, насколько велика степень износа в области поверхности 18z диска 18 шиберного затвора, или другими словами, насколько велико расстояние между исходной цилиндрической поверхностью нового диска шиберного затвора и соответствующим фактическим состоянием, причем с помощью контрольных данных затем компьютером и/или оператором принимается решение о том, в течение скольких загрузок еще может быть использован соответствующий диск шиберного затвора или же требуется ли ремонт, и если требуется, то какой, или необходима замена.
Устройство выполнено так, что оно может использоваться и на горячем агрегате. Это означает, что устройство после вытекания расплава из сосуда 10 согласно фиг. 1, предпочтительно снизу, вводится в соответствующее сквозное отверстие 16 соответствующей детали, пока измерительная головка (участок 34 на «горячем конце») не будет находиться в области подлежащей проверке поверхности, как показано на фиг. 2.
К тому же все устройство может быть закреплено на металлургическом сосуде, а именно, предпочтительно, так, чтобы центральная продольная ось А измерительной трубы находилась в аксиальном продолжении идеальной центральной продольной оси соответствующего пропускного отверстия 16.
Тогда происходит первая съемка с помощью камеры 38 и первая лазерная триангуляция для измерения расстояния. Затем измерительная труба 30 поворачивается на определенный угол и/или аксиально перемещается на определенное расстояние, чтобы охватить соседнюю часть поверхности 18z диска 18 шиберного затвора. Этот процесс может повторяться как угодно часто
и как угодно большими или малыми частичными шагами, в зависимости от того, какие части поверхности диска шиберного затвора должны быть проверены.
Затем устройство снова снимается. Чтобы увеличить срок службы устройства, на втором участке 34 предусмотрено, что измерительная труба 30 с внутренней стороны имеет изоляцию из минерального волокна. Кроме того, вся полость 50 между отражательной поверхностью 40 и внутренней стенкой измерительной трубы 30 заполнена пеностеклом. Оптические поверхности отражательной поверхности 40 или же зеркала 46 хромированы.