耐火材料用作煉鐵、煉鋼工藝中保存或裝運(yùn)高溫鐵水、鋼水容器的內(nèi)襯。如果耐火材料變薄，高溫鐵水、鋼水就容易流出容器，發(fā)生漏鐵、漏鋼事故。為此，管理、計(jì)測(cè)耐火材料厚度的技術(shù)非常重要。

　　鐵水罐車是運(yùn)輸高爐冶煉鐵水到轉(zhuǎn)爐的容器。一般鐵水罐車為了鐵水保溫開口很小，從外部觀察耐火材料很困難。

　　本文采用通用三維激光測(cè)距儀，以實(shí)際測(cè)量的鐵皮外部形狀作為厚度基準(zhǔn)，討論了短時(shí)間、簡(jiǎn)單精準(zhǔn)定量化管理、檢測(cè)鐵水罐車的耐火材料厚度的技術(shù)。

1 ?鐵水罐車中耐火材料的管理

　　鐵水罐車又稱魚雷罐車，是魚雷型耐高溫容器。一般鐵水罐車中耐火材料結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　鐵水罐車外殼內(nèi)側(cè)鋪設(shè)耐火材料，從外殼依次分別為永久支撐磚、內(nèi)襯磚。內(nèi)襯磚由于鐵水磨耗、爐渣熔損、熱沖擊等，逐漸損耗變薄，需要進(jìn)行修補(bǔ)或更換。為此，需要測(cè)定、管理內(nèi)襯磚的厚度。通常定期維修時(shí)，將耐火材料冷卻至室溫，熟練工進(jìn)入罐內(nèi)通過(guò)目視判別內(nèi)襯磚變薄的地方，采用鏜孔作業(yè)取出耐火材料測(cè)量其厚度。但這種方法存在以下問(wèn)題。

　　◆鏜孔處之外，磚的厚度不得而知；

　　◆由于鐵水罐車鐵皮形狀復(fù)雜，磚變薄的地方很難通過(guò)目視精準(zhǔn)地判斷；

? ? ◆鏜孔一處需約20min左右，由于維修工時(shí)所限，不能夠測(cè)定多個(gè)地方。

　　為此，鐵水罐車是很難精準(zhǔn)管理、檢測(cè)耐火材料厚度的容器。

2 ?耐火材料厚度檢測(cè)技術(shù)

　　在轉(zhuǎn)爐、鋼包廣泛使用的耐火材料厚度測(cè)定技術(shù)是三維激光測(cè)距儀。三維激光測(cè)距儀的原理如圖2所示。三維激光測(cè)距儀是用激光對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物連續(xù)照射，計(jì)測(cè)從被測(cè)物反射波返回的時(shí)間，計(jì)算這一時(shí)間與從光的速度到被測(cè)物的距離就能夠測(cè)定形狀。

　　1=c△t/2

　　在此，1是被測(cè)物與激光測(cè)距儀的距離；△t是激光照射，反射波從被測(cè)物返回的時(shí)間；c是光的速度。激光測(cè)距儀使用光的速度計(jì)算距離，因此具有在短時(shí)間內(nèi)能夠測(cè)定的特征。

　　采用三維激光測(cè)距儀測(cè)定耐火材料厚度時(shí)，需要以下3個(gè)步驟。首先，將測(cè)定對(duì)象耐火材料容器與激光測(cè)距儀設(shè)置在所定的位置，規(guī)定相互的距離及方向等位置關(guān)系。其次，用激光測(cè)距儀測(cè)定損耗后的耐火材料表面形狀。第三求得損耗后的耐火材料表面形狀及厚度，與基準(zhǔn)形狀相比較，計(jì)算出耐火材料殘存厚度。為了用激光測(cè)距儀精準(zhǔn)地測(cè)量耐火材料厚度，正確地規(guī)定耐火材料容器與激光測(cè)距儀的位置關(guān)系，以及恰當(dāng)?shù)卮_定耐火材料厚度的基準(zhǔn)形狀非常重要。

3 ?鐵水罐車與激光測(cè)距儀位置關(guān)系的確定方法

　　與鐵水罐車相比，轉(zhuǎn)爐和鋼包開口部面積大，激光測(cè)距儀即使設(shè)置在外部，也可以進(jìn)行爐內(nèi)測(cè)定。由于基準(zhǔn)能夠選擇固定物，所以轉(zhuǎn)爐與鋼包、激光測(cè)距儀的(爐外)位置關(guān)系比較容易確定。相反，鐵水罐車罐內(nèi)測(cè)定時(shí)，激光測(cè)距儀需要放入罐內(nèi)，這樣很難確定位置關(guān)系。

　　因此，鐵水罐車耐火材料厚度測(cè)定時(shí)，為了確定激光測(cè)距儀與鐵水罐車的位置，采用一個(gè)激光測(cè)距儀，在罐內(nèi)、罐外實(shí)施2次測(cè)定，具體方法如下。首先，從罐內(nèi)可能測(cè)定的位置(罐外)，設(shè)置3個(gè)以上可以移動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)定基準(zhǔn)與耐火材料表面形狀的位置關(guān)系。其次，耐火材料容器上固定的3個(gè)以上基準(zhǔn)與可以移動(dòng)的基準(zhǔn)從罐外測(cè)定。測(cè)定方法如圖3所示。根據(jù)第1次測(cè)定，能夠確定耐火材料表面與激光測(cè)距儀的位置關(guān)系，以及與可以移動(dòng)基準(zhǔn)位置的關(guān)系；根據(jù)第2次測(cè)定，能夠確定耐火材料容器上固定基準(zhǔn)與可以移動(dòng)基準(zhǔn)的位置關(guān)系。根據(jù)三角測(cè)量原理，可以移動(dòng)基準(zhǔn)，能夠決定第1次與第2次測(cè)定的位置關(guān)系。由此就能夠確定激光測(cè)距儀與鐵水罐車的位置關(guān)系。

4 ?內(nèi)襯磚厚度基準(zhǔn)形狀的選擇

　　作為內(nèi)襯磚厚度基準(zhǔn)形狀，通常從以下3種中選擇。

　　1)耐火材料全新施工時(shí)的選擇

　　是從新施工的內(nèi)襯磚形狀減去損耗量，計(jì)算內(nèi)襯磚厚度。但鐵水罐車耐火材料全新施工時(shí)間間隔很長(zhǎng)，基準(zhǔn)形狀適用需要很長(zhǎng)時(shí)間。

　　2)外殼與永久支撐磚的內(nèi)部形狀

　　能夠從基準(zhǔn)形狀與耐火材料表面形狀的表面間的距離直接計(jì)算殘存內(nèi)襯的厚度。但是，為了測(cè)定鐵皮內(nèi)面形狀，必須將內(nèi)襯全部解體，這對(duì)于內(nèi)襯磚全新交換間隔較長(zhǎng)的鐵水罐車不太適用。

　 ?3)外殼圖形狀與耐火材料施工圖形狀、

　　實(shí)際上由于鐵水罐車長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生變形，測(cè)定誤差增大，不能精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)。

　　因此，為了實(shí)現(xiàn)時(shí)間短、精準(zhǔn)測(cè)量，建議將鐵皮的實(shí)際形狀作為基準(zhǔn)形狀的方法。鐵皮的外部形狀什么時(shí)間都可以測(cè)定，鐵皮的變形影響也能夠考慮。但是，為了測(cè)定磚厚度的整體分布，有必要測(cè)定鐵皮外面整體形狀，而一次只能測(cè)定鐵皮的一部分。

　　為此，選擇能夠覆蓋鐵皮外圍全部的一個(gè)恰當(dāng)位置設(shè)置為基準(zhǔn)，將激光測(cè)距儀固定在一個(gè)地方，鐵水罐車90度旋轉(zhuǎn)，測(cè)定鐵皮外部整體。魚雷罐車外殼形狀的測(cè)定方法是根據(jù)三角測(cè)量原理，選擇適當(dāng)位置設(shè)置的基準(zhǔn)，從每個(gè)角度測(cè)量的鐵皮外部形狀對(duì)接起來(lái)就形成了鐵水罐車鐵皮的整體圖。

5 ?測(cè)定結(jié)果

　　采用上述位置關(guān)系的確定方法與基準(zhǔn)形狀的選擇，測(cè)定了鐵水罐車內(nèi)襯厚度。測(cè)定使用器材規(guī)格如表1所示，使用通用的三維激光測(cè)距儀。

　　鐵水罐車內(nèi)襯磚從全新施工的大修到運(yùn)輸鐵水26.3萬(wàn)噸，停產(chǎn)中修時(shí)，測(cè)定內(nèi)襯殘存厚度。

　　測(cè)定結(jié)果顯示，為了將爐內(nèi)整體磚殘存狀況從一個(gè)圖中讀取，更換成三維厚度分布展開圖。另外，將爐內(nèi)劃分適當(dāng)區(qū)域，可以顯示各區(qū)域內(nèi)的最小磚厚度。由于磚的最小管理單位是一塊，所以可以顯示每塊磚的最小厚度。

　　測(cè)定所使用的通用三維激光測(cè)距儀的分解功能是在爐內(nèi)3-5mm，能夠得到磚之間砌-縫的判斷測(cè)定結(jié)果。為了評(píng)價(jià)其重現(xiàn)性，針對(duì)同一鐵水罐車，變化激光測(cè)距儀的設(shè)置位置，進(jìn)行2次測(cè)定。測(cè)定結(jié)果是精度誤差0.1mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.9mm。可以確認(rèn)，激光測(cè)距儀與鐵水罐車的位置關(guān)系通過(guò)可以移動(dòng)的基準(zhǔn)及設(shè)置在固定位置的基準(zhǔn)決定。

　　通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)定的結(jié)果與通過(guò)鏜孔測(cè)定的厚度比較可知，同一部位測(cè)定的結(jié)果通過(guò)鏜孔的實(shí)測(cè)值集中在+20mm～-10mm的范圍內(nèi)，而通過(guò)激內(nèi)，而通過(guò)激光測(cè)距儀得到的平均厚11mm。

　　與鏜孔相比，厚度較厚，其原因推測(cè)是磚最表層脆化部分在實(shí)施鏜孔測(cè)定時(shí)脫落、磚變質(zhì)部分的厚度不認(rèn)為是磚，測(cè)定時(shí)去除以及施工時(shí)灰漿的厚度誤差等?？紤]這些影響，通過(guò)測(cè)距儀就能夠正確測(cè)定。

　　以前鏜孔部位通過(guò)目視決定，不能知道最薄磚的位置。但通過(guò)采用這種激光測(cè)距儀測(cè)定內(nèi)襯厚度的方法，爐內(nèi)整體包括最薄磚都能夠準(zhǔn)確判別，能夠準(zhǔn)確把握修補(bǔ)的必要范圍。另外，測(cè)定時(shí)間包括解析時(shí)間為1個(gè)小時(shí)，不會(huì)影響檢修工程進(jìn)度就能夠測(cè)定內(nèi)襯的殘存狀況。以前鏜孔的測(cè)定方法與新開發(fā)的技術(shù)差異如表2所示。

6 ?鐵水罐車耐火磚殘存厚度測(cè)定技術(shù)的靈活應(yīng)用

　　以前通過(guò)目視及鏜孔測(cè)定的殘存厚度不能正確斷定磚的殘存狀況，所以爐內(nèi)噴涂修補(bǔ)時(shí)，不能夠標(biāo)定必要的部位，只能是爐內(nèi)整體一定量的修補(bǔ)。

　　靈活應(yīng)用耐火磚殘存厚度測(cè)定技術(shù)能夠明確耐火材料損傷狀況，能夠只針對(duì)耐火磚變薄的地方修補(bǔ)。具體做法是管理區(qū)域內(nèi)耐火磚變薄，殘存厚度到了初期施工時(shí)的一半以下，對(duì)這個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行噴涂修補(bǔ)，從而減少了修補(bǔ)量。其結(jié)果噴涂修補(bǔ)量減少了60%。

　　另外，爐內(nèi)整體磚殘存狀況能夠定量把握。以前只能在大修解體時(shí)，通過(guò)耐火磚殘存狀況憑經(jīng)驗(yàn)決定大修時(shí)間。因此，為了防止漏鐵，不能夠延長(zhǎng)大修時(shí)間。靈活應(yīng)用耐火磚殘存厚度測(cè)定技術(shù)，就能夠正確把握每個(gè)鐵水罐車耐火磚殘存狀況。從而實(shí)現(xiàn)了只修補(bǔ)變薄的地方，防止漏鐵，延長(zhǎng)了大修時(shí)間。

　　其結(jié)果是大修時(shí)間能夠延長(zhǎng)8%，大修解體時(shí)內(nèi)襯磚的殘存厚度平均能夠減少12%。由此鐵水罐車耐火材料的成本在采用引進(jìn)通用三維激光測(cè)距儀側(cè)厚技術(shù)后能夠降低9%。靈活應(yīng)用此技術(shù)能夠檢測(cè)各損傷部位的損傷狀況，防止漏鐵。