耐火材料用作炼铁、炼钢工艺中保存或装运高温铁水、钢水容器的内衬。如果耐火材料变薄，高温铁水、钢水就容易流出容器，发生漏铁、漏钢事故。为此，管理、计测耐火材料厚度的技术非常重要。
铁水罐车是运输高炉冶炼铁水到转炉的容器。一般铁水罐车为了铁水保温开口很小，从外部观察耐火材料很困难。
本文采用通用三维激光测距仪，以实际测量的铁皮外部形状作为厚度基准，讨论了短时间、简单精准定量化管理、检测铁水罐车的耐火材料厚度的技术。
1 铁水罐车中耐火材料的管理
铁水罐车又称鱼雷罐车，是鱼雷型耐高温容器。一般铁水罐车中耐火材料结构如图1所示。
铁水罐车外壳内侧铺设耐火材料，从外壳依次分别为永久支撑砖、内衬砖。内衬砖由于铁水磨耗、炉渣熔损、热冲击等，逐渐损耗变薄，需要进行修补或更换。为此，需要测定、管理内衬砖的厚度。通常定期维修时，将耐火材料冷却至室温，熟练工进入罐内通过目视判别内衬砖变薄的地方，采用镗孔作业取出耐火材料测量其厚度。但这种方法存在以下问题。
◆镗孔处之外，砖的厚度不得而知；
◆由于铁水罐车铁皮形状复杂，砖变薄的地方很难通过目视精准地判断；
◆镗孔一处需约20min左右，由于维修工时所限，不能够测定多个地方。
为此，铁水罐车是很难精准管理、检测耐火材料厚度的容器。
2 耐火材料厚度检测技术
在转炉、钢包广泛使用的耐火材料厚度测定技术是三维激光测距仪。三维激光测距仪的原理如图2所示。三维激光测距仪是用激光对准被测物连续照射，计测从被测物反射波返回的时间，计算这一时间与从光的速度到被测物的距离就能够测定形状。
1=c△t/2
在此，1是被测物与激光测距仪的距离；△t是激光照射，反射波从被测物返回的时间；c是光的速度。激光测距仪使用光的速度计算距离，因此具有在短时间内能够测定的特征。
采用三维激光测距仪测定耐火材料厚度时，需要以下3个步骤。首先，将测定对象耐火材料容器与激光测距仪设置在所定的位置，规定相互的距离及方向等位置关系。其次，用激光测距仪测定损耗后的耐火材料表面形状。第三求得损耗后的耐火材料表面形状及厚度，与基准形状相比较，计算出耐火材料残存厚度。为了用激光测距仪精准地测量耐火材料厚度，正确地规定耐火材料容器与激光测距仪的位置关系，以及恰当地确定耐火材料厚度的基准形状非常重要。
3 铁水罐车与激光测距仪位置关系的确定方法
与铁水罐车相比，转炉和钢包开口部面积大，激光测距仪即使设置在外部，也可以进行炉内测定。由于基准能够选择固定物，所以转炉与钢包、激光测距仪的(炉外)位置关系比较容易确定。相反，铁水罐车罐内测定时，激光测距仪需要放入罐内，这样很难确定位置关系。
因此，铁水罐车耐火材料厚度测定时，为了确定激光测距仪与铁水罐车的位置，采用一个激光测距仪，在罐内、罐外实施2次测定，具体方法如下。首先，从罐内可能测定的位置(罐外)，设置3个以上可以移动的基准点，测定基准与耐火材料表面形状的位置关系。其次，耐火材料容器上固定的3个以上基准与可以移动的基准从罐外测定。测定方法如图3所示。根据第1次测定，能够确定耐火材料表面与激光测距仪的位置关系，以及与可以移动基准位置的关系；根据第2次测定，能够确定耐火材料容器上固定基准与可以移动基准的位置关系。根据三角测量原理，可以移动基准，能够决定第1次与第2次测定的位置关系。由此就能够确定激光测距仪与铁水罐车的位置关系。
4 内衬砖厚度基准形状的选择
作为内衬砖厚度基准形状，通常从以下3种中选择。
1)耐火材料全新施工时的选择
是从新施工的内衬砖形状减去损耗量，计算内衬砖厚度。但铁水罐车耐火材料全新施工时间间隔很长，基准形状适用需要很长时间。
2)外壳与永久支撑砖的内部形状
能够从基准形状与耐火材料表面形状的表面间的距离直接计算残存内衬的厚度。但是，为了测定铁皮内面形状，必须将内衬全部解体，这对于内衬砖全新交换间隔较长的铁水罐车不太适用。
3)外壳图形状与耐火材料施工图形状、
实际上由于铁水罐车长时间使用发生变形，测定误差增大，不能精准地评价。
因此，为了实现时间短、精准测量，建议将铁皮的实际形状作为基准形状的方法。铁皮的外部形状什么时间都可以测定，铁皮的变形影响也能够考虑。但是，为了测定砖厚度的整体分布，有必要测定铁皮外面整体形状，而一次只能测定铁皮的一部分。
为此，选择能够覆盖铁皮外围全部的一个恰当位置设置为基准，将激光测距仪固定在一个地方，铁水罐车90度旋转，测定铁皮外部整体。鱼雷罐车外壳形状的测定方法是根据三角测量原理，选择适当位置设置的基准，从每个角度测量的铁皮外部形状对接起来就形成了铁水罐车铁皮的整体图。
5 测定结果
采用上述位置关系的确定方法与基准形状的选择，测定了铁水罐车内衬厚度。测定使用器材规格如表1所示，使用通用的三维激光测距仪。
铁水罐车内衬砖从全新施工的大修到运输铁水26.3万吨，停产中修时，测定内衬残存厚度。
测定结果显示，为了将炉内整体砖残存状况从一个图中读取，更换成三维厚度分布展开图。另外，将炉内划分适当区域，可以显示各区域内的最小砖厚度。由于砖的最小管理单位是一块，所以可以显示每块砖的最小厚度。
测定所使用的通用三维激光测距仪的分解功能是在炉内3-5mm，能够得到砖之间砌-缝的判断测定结果。为了评价其重现性，针对同一铁水罐车，变化激光测距仪的设置位置，进行2次测定。测定结果是精度误差0.1mm，标准偏差1.9mm。可以确认，激光测距仪与铁水罐车的位置关系通过可以移动的基准及设置在固定位置的基准决定。
通过激光测距仪测定的结果与通过镗孔测定的厚度比较可知，同一部位测定的结果通过镗孔的实测值集中在+20mm～-10mm的范围内，而通过激内，而通过激光测距仪得到的平均厚11mm。
与镗孔相比，厚度较厚，其原因推测是砖最表层脆化部分在实施镗孔测定时脱落、砖变质部分的厚度不认为是砖，测定时去除以及施工时灰浆的厚度误差等。考虑这些影响，通过测距仪就能够正确测定。
以前镗孔部位通过目视决定，不能知道最薄砖的位置。但通过采用这种激光测距仪测定内衬厚度的方法，炉内整体包括最薄砖都能够准确判别，能够准确把握修补的必要范围。另外，测定时间包括解析时间为1个小时，不会影响检修工程进度就能够测定内衬的残存状况。以前镗孔的测定方法与新开发的技术差异如表2所示。
6 铁水罐车耐火砖残存厚度测定技术的灵活应用
以前通过目视及镗孔测定的残存厚度不能正确断定砖的残存状况，所以炉内喷涂修补时，不能够标定必要的部位，只能是炉内整体一定量的修补。
灵活应用耐火砖残存厚度测定技术能够明确耐火材料损伤状况，能够只针对耐火砖变薄的地方修补。具体做法是管理区域内耐火砖变薄，残存厚度到了初期施工时的一半以下，对这个区域内进行喷涂修补，从而减少了修补量。其结果喷涂修补量减少了60%。
另外，炉内整体砖残存状况能够定量把握。以前只能在大修解体时，通过耐火砖残存状况凭经验决定大修时间。因此，为了防止漏铁，不能够延长大修时间。灵活应用耐火砖残存厚度测定技术，就能够正确把握每个铁水罐车耐火砖残存状况。从而实现了只修补变薄的地方，防止漏铁，延长了大修时间。
其结果是大修时间能够延长8%，大修解体时内衬砖的残存厚度平均能够减少12%。由此铁水罐车耐火材料的成本在采用引进通用三维激光测距仪侧厚技术后能够降低9%。灵活应用此技术能够检测各损伤部位的损伤状况，防止漏铁。
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