Спосіб контролю роботи печі

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме до способу контролю роботи печі і, зокрема, стану футерівки печей. Спосіб включає вимір температури не менше, ніж в двох точках по товщині вогнетривкої футерівки печі, обчислення міри зносу вогнетривкої футерівки, причому по висоті футерівки встановлюють не менше двох додаткових елементів з вогнетривких матеріалів з відмінними один від одного і матеріалу футерівки коефіцієнтами теплопровідності, при цьому відстані від вихідної робочої поверхні футерівки до найближчої до неї точки виміру температур в кожному додатковому елементі і у футерівці виконують однаковими, а міру зносу вогнетривкої футерівки обчислюють як відношення спаду товщини футеровки до її первинної товщини, причому залишкову товщину футерівки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки виміру температур, температуру робочого середовища в поверхні футерівки і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до футерівки визначають з системи рівнянь: UA 99541 C2 (12) UA 99541 C2   1 x ( tI1  tII1 )  ( tI1  tII1 )   p  1 1    x  2 t p  tI2  ( tI2  tII2 )  ( tI2  tII2 ), p  2 2    x 3 t p  tI3  ( tI3  tII3 )  ( tI3  tII3 ) p  3 3   t p  tI1  де tp - температура робочого середовища, °С, tI1, tI2 , tI3 - температури, виміряні в найближчій до поверхні точки, відповідно, у футерівці, першому і другому додаткових елементах, °С, tII1, tII2, tII3 - температури, виміряні в другій точці, відповідно, у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, °С, 2  p - коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до поверхні футерівки, Вт/(м град),  2 3 1,  ,  - коефіцієнти теплопровідності матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів, Вт/(м град.), x - залишкова товщина кладки до першої точки виміру температур, м, 1,  2 , 3 - відстані між першою і другою точками виміру температур у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, м, відрізняється тим, що заздалегідь виділяють робочий діапазон температур вогнетривкої футерівки печі, вимірюють температури tI1, tI2 , tI3 та tII1, tII2, tII3 , що належать заданому діапазону, для зміряних температур визначають коефіцієнти теплопровідності 1,  2 ,  3 і коефіцієнти b1, b2 , b3 , що визначають швидкість зміни температури, а залишкову товщину кладки х визначають з системи рівнянь, в якій коефіцієнти теплопровідності 1,  2 ,  3 матеріалів футеровки, першого і другого додаткових елементів відповідно розраховують за формулами:  1  11  b11    2 1  b 2  2 , 2    3 1  b3  3  3 де 1, 2, 3 - є величина зміни температури матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів, відповідно. Винахід забезпечує підвищення точності та достовірності визначення величини зносу футерівки печі, і, відповідно, ефективності її використання. UA 99541 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід належить до галузі металургії, а саме, до способів контролю роботи печі і, зокрема, стану футерівки печей. Оперативна інформація про стан вогнетривкої футерівки печей виключно важлива як з точки зору економічної технології, так і з точки зору безпеки технології. Важливість проблеми і різноманітність пічних агрегатів, а стосовно доменної печі і різноманітність умов роботи футерівки в різних її зонах, зумовили використання різних відомих способів, покладених в основу вирішення даної проблеми. Відомий пристрій, що дозволяє реалізувати контактний спосіб контролю зносу футерівки [1. Пристрій для контролю зносу футерівки. SU № 1632978 А1, 07.03.1991 р]. У даному пристрої вимірювальні електроди різної довжини розташовані у вогнетривкому блоці і попарно з'єднані з кінцями резисторів паралельно, а інші два кінці розімкнено для контролю зносу футерування в зоні рідкого металу і замкнуто для контролю поза вказаною зоною. При зносі футерівки рідкий метал замикає кінці електродів, які шунтують свій резистор, опір електричного ланцюгу відповідно зменшується, а вимірювальний прилад показує зменшення товщини футерівки. При зносі футерівки поза зоною рідкого металу під впливом пічного середовища кінці електродів розмикаються за рахунок їх руйнування, опір електричного ланцюгу збільшується, і вимірювальний прилад показує зменшення товщини футерівки. До недоліків відомого способу належить те, що він не дозволяє визначати значення температури робочого середовища і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до поверхні футерівки, крім того руйнування кінців електродів при їх контакті з середовищем печі виключає їх подальше використання при відновленні товщини футерівки за допомогою нарощування гарнісажу. З відомих способів найближчим до заявленого за технічною суттю є "Спосіб контролю роботи печі" [2. Спосіб контролю роботи печі. SU № 1838743 A3, 30.08.1993 р], що включає вимір температури не менше, ніж в двох точках по товщині вогнетривкої футерівки печі, обчислення міри зносу вогнетривкої футерівки, причому по висоті футерівки встановлюють не менше двох додаткових елементів з вогнетривких матеріалів з відмінними один від одного і матеріалу футерівки коефіцієнтами теплопровідності, при цьому відстані від вихідної робочої поверхні футерівки до найближчої до неї точки виміру температур в кожному додатковому елементі і у футерівці виконують однаковими, а міру зносу вогнетривкої футерівки обчислюють як відношення спаду товщини футерівки до її первинної товщини, причому залишкову товщину футерівки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки виміру температур, температуру робочого середовища в поверхні футерівки і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до футерівки визначають з системи рівнянь: 35   1 x ( tI1  tII1)  ( tI1  tII1)  p  1 1    x  2 (t  t )  t p  tI2  ( tI2  tII2 ), (1) I2 II2 p   2 2   3 ( t  t )  x ( t  t ) t p  tI3  I3 II3 I3 II3  p  3 3   t p  tI1  t де p - температура робочого середовища, tI1, tI2, tI3 - температури, виміряні в найближчій до поверхні футерівки печі точці і, відповідно, в першому і другому додаткових елементах, 40 tII1, tII2 , tII3 - температури, виміряні в другій точці, відповідно, у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, p 2 - коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до поверхні футерівки, Вт/(м град.),  2 3 1,  ,  - коефіцієнти теплопровідності матеріалів футерівки, першого і другого додаткових 45 елементів, Вт/(м град.), x - залишкова товщина кладки футерівки печі до першої точки виміру температур, м, 50 1, 2, 3 - відстані між першою і другою точками виміру температур у футерівці печі, в першому і другому додаткових елементах, м. Недоліком відомого способу [2] є те, що він не враховує специфіку процесу нагрівання різних матеріалів футерівки, яка обумовлює різну залежність коефіцієнтів теплопровідності цих матеріалів від температури і доводить до виникнення похибки у визначенні величини 1 UA 99541 C2 t залишкової товщини кладки х, температури робочого середовища p і коефіцієнта тепловіддачі p 5 10 15 . В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомого способу за допомогою урахування специфіки процесу нагрівання різних матеріалів футерівки шляхом введення нових технологічних операцій, що дозволяє незалежно від виду вогнетривких матеріалів підвищити точність і достовірність визначення величини зносу футерівки і, зокрема, підвищити ефективність контролю роботи печі. Задача вирішується тим, що спосіб контролю роботи печі, що включає вимір температури не менше, ніж в двох точках по товщині вогнетривкої футерівки печі, обчислення міри зносу вогнетривкої футерівки, причому по висоті футерівки встановлюють не менше двох додаткових елементів з вогнетривких матеріалів з відмінними один від одного і матеріалу футерівки коефіцієнтами теплопровідності, при цьому відстані від вихідної робочої поверхні футерівки до найближчої до неї точки виміру температур в кожному додатковому елементі і у футерівці виконують однаковими, а міру зносу вогнетривкої футерівки обчислюють як відношення спаду товщини футерівки до її первинної товщини, причому залишкову товщину футерівки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки виміру температур, температуру робочого середовища в поверхні футерівки і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до футерівки визначають з системи рівнянь:   1 x ( tI1  tII1)  ( tI1  tII1)  p  1 1  (   2 ( t  t )  x ( t  t ), 2) t p  tI2  I2 II2 I2 II2  p   2 2   3 ( t  t )  x ( t  t ) t p  tI3  I3 II3 I3 II3  p  3 3   t p  tI1  20 t де p - температура робочого середовища, °C, t I1 , t I2 , t I3 - температури, виміряні в найближчій до поверхні футерівки печі точці і, відповідно, в першому і другому додаткових елементах, °C, tII1, tII2 , tII3 - температури, виміряні в другій точці, відповідно, у футерівці, в першому і 25 другому додаткових елементах, °C, p - коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до поверхні футерівки, Вт/(м град.),  2 3 1,  ,  - коефіцієнти теплопровідності матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів, Вт/(м град.), x - залишкова товщина кладки футерівки до першої точки виміру температур, м, 30 1, 2, 3 - відстані між першою і другою точками виміру температур у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, м, і відрізняється тим, що заздалегідь виділяють робочий діапазон температур вогнетривкої футерівки печі, вимірюють температури tI1, tI2, tI3 та tII1, tII2 , tII3 , що належать заданому діапазону, для зміряних температур визначають коефіцієнти 35 теплопровідності 1, 2, 3 і коефіцієнти b1,b2,b3 , що визначають швидкість зміни температури, а залишкову товщину кладки x визначають з системи рівнянь (2), в якій коефіцієнти  2 3 теплопровідності 1,  ,  матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів відповідно розраховують за формулами:  1  11  b11     2 1  b 2  2 , 2     3 1  b3  3  3 40 (3) де 1,  2 ,  3 - є величина зміни температури матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів, відповідно. Спосіб реалізується наступним чином. У кладку встановлюють не менше двох елементів з вогнетривких матеріалів, які відрізняються один від одного і матеріалу кладки значеннями 2 UA 99541 C2 5 10 15 коефіцієнтів теплопровідності, реєстрацію в них температур проводять як в основному матеріалі кладки, так і в кожному з додатково встановлених елементів, при цьому відстані від початкової поверхні кладки до найближчої точки реєстрації температур в кожному додатковому елементі і в кладці виконують однаковими, а ступінь зносу вогнетривкої кладки визначають як відношення спаду товщини кладки до її первинної товщини, причому залишкову товщину кладки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки реєстрації температур, температуру середовища у поверхні кладки і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до кладки визначають з рішення системи рівнянь стаціонарної теплопровідності (2), а коефіцієнти  2 3 теплопровідності футерівки, першого і другого додаткових елементів - 1,  ,  відповідно визначають з рівнянь (3). Для зіставлення способу, що заявляється, з найближчим аналогом проведемо розрахунок зменшення товщини футерівки по способу-аналогу, скориставшись його вихідними даними [2]: Х = 2 = 3 = S = 0,2 м; 1 = 1,0 Вт/(м град), 2 = 5,0 Вт/(м град), 3 = 10 Вт/(м град); S0 = 1,150 м (вихідна товщина футерівки); х0 = 0,12 м (відстань перших точок виміру температур від вихідної поверхні футерівки); температури, виміряні в перших від внутрішньої поверхні футерівки точках tI1, tI2, tI3 відповідно 914, 913, 966 °C; температури, виміряні в других від внутрішньої поверхні футерівки точках tII1, tII2, tII3 відповідно 748, 773, 922 °C. Передбачимо, що температура в усіх точках виміру збільшилася на 100 °C = 1 = 2 = 3, тобто точкам виміру tn,tn,tn відповідають температури 1014, 1013, 1066 °C, а точкам виміру 20 25 30 35 tII1, tII2 , tII3 - температури 848, 873, 1022 °C. Визначимо коефіцієнти b1,b2,b3 , що визначають швидкість зміни температури, які мають сенс тангенса кута нахилу залежності коефіцієнту теплопровідності від температури і для даних умов мають той же порядок, що і в довідниках по теплотехніці для вогнетривких матеріалів: b1 = 0,0006, b2 = 0,0016, b3 = 0,0021. При вказаних змінах температур розрахуємо залишкову товщину кладки футерівки печі х за способом - аналогом. Підставивши нові значення температур в систему рівнянь (1) і вирішивши її відносно параметра х, отримаємо х = 0,097 м. При цьому спад товщини футерівки складе х0 - х = 0,12-0,097 = 0,023 м або 2,3 см. Проведемо аналогічний розрахунок за способом, що заявляється. З цією метою, вирішивши систему рівнянь (2) з врахуванням рівняння (3) відносно параметра х, отримаємо х = 0,099. При цьому спад товщини футерівки складе х0 -х = 0,12-0,099 = 0,021 м або 2,1 см. Отже, не врахована в способі за найближчим аналогом з рівня техніки залежність коефіцієнта теплопровідності від температури наводить до помилки у визначенні зносу футерівки (спади товщини футерівки), що перевищує 8,7 %. Таким чином, можна зробити висновок, що спосіб-аналог значно менш точний, ніж той, що заявляється. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Спосіб контролю роботи печі, що включає вимір температури не менше, ніж в двох точках по товщині вогнетривкої футерівки печі, обчислення міри зносу вогнетривкої футерівки, причому по висоті футерівки встановлюють не менше двох додаткових елементів з вогнетривких матеріалів з відмінними один від одного і матеріалу футерівки коефіцієнтами теплопровідності, при цьому відстані від вихідної робочої поверхні футерівки до найближчої до неї точки виміру температур в кожному додатковому елементі і у футерівці виконують однаковими, а міру зносу вогнетривкої футерівки обчислюють як відношення спаду товщини футерівки до її первинної товщини, причому залишкову товщину футерівки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки виміру температур, температуру робочого середовища в поверхні футерівки і коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до футерівки визначають з системи рівнянь:   1 x ( tI1  tII1)  ( tI1  tII1)  p  1 1    x  2 tp  tI2  ( tI2  tII2 )  ( tI2  tII2 ) , p   2 2   3 (t  t )  x (t  t )  tp  tI3  I3 II3 I3 II3  p  3 3   tp  tI1  50 де tp - температура робочого середовища, °С, 3 UA 99541 C2 5 tI1, tI2 , tI3 - температури, виміряні в найближчій до поверхні точці, відповідно, у футерівці, першому і другому додаткових елементах, °С, tII1, tII2, tII3 - температури, виміряні в другій точці, відповідно, у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, °С , 2  p - коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до поверхні футерівки, Вт/(м град),  2 3 1,  ,  - коефіцієнти теплопровідності матеріалів футерівки, першого і другого додаткових 10 15 елементів, Вт/(м град.), x - залишкова товщина кладки до першої точки виміру температур, м, 1,  2 , 3 - відстані між першою і другою точками виміру температур у футерівці, в першому і другому додаткових елементах, м, який відрізняється тим, що заздалегідь виділяють робочий діапазон температур вогнетривкої футерівки печі, вимірюють температури tI1, tI2 , tI3 та tII1, tII2, tII3 , що належать заданому діапазону, для зміряних температур визначають коефіцієнти теплопровідності 1,  2 ,  3 і коефіцієнти b1, b2 , b3 , що визначають швидкість зміни температури, а залишкову товщину кладки х визначають з системи рівнянь, в якій коефіцієнти теплопровідності матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів відповідно 1,  2 ,  3 розраховують за формулами:  1  11  b11    2 1  b 2  2 , 2    3 1  b3  3  3 де 1, 2, 3 - є величина зміни температури матеріалів футерівки, першого і другого додаткових елементів, відповідно. 20 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4