Спосіб діагностики стану робочого профілю шахти доменної печі та система для його здійснення

1 Спосіб діагностики стану робочого профілю шахти доменної печі, який містить вимірювання температури не менш ніж у двох точках по товщині вогнетривкої футерівки печі на декількох рівнях по висоті вогнетривкої футерівки печі та обчислення товщини вогнетривкої футерівки, який відрізняється тим, що виміряють температуру периферійних газів під захисними плитами колошника, а температуру вогнетривкої футерівки по и товщині вимірюють у точках, розташованих у одній вертикальній площині з точкою виміряння температури периферійних газів, при цьому у випадку зносу вогнетривкої футерівки и залишкову товщину визначають з рівняння З ф=1х. (1) лф+лф t2 t Л=— -,Вт/м град, (2) А* + А Вт/м град, (3) Де Л*,Л?,Л* - коефіцієнти теплопровідності матеріалу вогнетривкої набивки датчика при температуВ т * * * paxt x , t-i, t2 ВІДПОВІДНО, град, м tx, t-i, Ь - температури вогнетривкої футерівки по и товщині (робочого, проміжного зовнішнього шарів), Si - відстань між спаями термопар датчика, м, а при створенні на поверхні збереженої вогнетривкої футерівки шару гарнісажу, сумарну товщину футерівки S і (збережена кладка та гарнісаж) визначають з наступного рівняння SZ Л = tx ~*2 - ^ S1 (4) t ! - t 2 к, \ ф Вт/м град, (5) Де hr - коефіцієнт теплопровідності гарнісажу при температурі t x , Вт/м град визначається експериментально, t x = t r - 100°С - температура робочого шару стінки шахти визначається експериментальної залежності, t r - температура пічних газів коло стінки печі °С визначається з трьох емпіричних залежностей, встановлених для трьох зон по висоті доменної печі - верхня - 0,2 висоти t Fi =tn+(1490-tn)A°C, п (6) О (7) (О - середня - 0,2 - 0,7 висоти tr|=tn+(1154-tn)A°C, - нижня - > 0,7 висоти t r = -83,9 + 1607 -^-,°С, г (8) Де t n - температура периферійних газів, зафіксована під захисними плитами колошника у секторі установки термоблока,°С, В, - відстань від нижньої кромки захисних плит колошника до горизонту установки термоблока, м, Н - відстань від горизонту повітряних фурм доменної печі до нижньої кромки захисних плит колошника, м 2 Спосіб за п 1 , який відрізняється тим, що в декількох точках по обводу печі виміряють температуру периферійних газів під захисними плитами колошника та одночасно на кожному рівні темпе ратуру вогнетривкої футерівки по м товщині уточках, розташованих в одній вертикальній площині з точкою виміряння температури периферійних газів З Система діагностики стану робочого профілю шахти доменної печі, яка містить підсистему реєстрації температур у вогнетривкій кладці та підсистему визначення товщини вогнетривкої футерівки, яка відрізняється тим, що підсистема реєстрації температур у вогнетривкій кладці шахти доменної печі містить термоелектродні датчики, які мають не менш двох термопар, вмонтованих у Група винаходів стосується металурги, зокрема контролю стану робочого профілю доменних печей Відомий спосіб визначення товщини футеровки теплового агрегату, який містить вимірювання температури у точках по перетину футеровки агрегату (ознаки, що збігаються з ознаками винаходу, який заявляється), визначення проміжку часу між змінами температурного режиму агрегату та змінами температур у контрольованих точках футеровки, визначення товщини футеровки агрегату (див а с СРСР №282363, кл Р27Д1/16, 1971 р) Недоліком відомого способу є недостатня точність одержаних результатів, обумовлена тим, що спосіб припускає різку (скачкоподібну) зміну температурного режиму агрегату (наприклад, випуск металу) та відповідну йому скачкоподібну зміну температури у контрольованих точках футеровки У випадку повільної зміни теплових умов на теплосприймаючій поверхні футеровки та відповідної зміни температури у контрольованих точках, стає неможливим визначення з прийнятним ступенем точності часу розповсюдження температурного збурення у ході теплового потоку крізь футеровку, що знижує ступінь точності способу Відомий пристрій для контроля зносу футеровки доменної печі (див а с СРСР №1477745, МКВ 4 С21В7/24, 1989р) який складається з хвилеводів, вмонтованих до футеровки на різних горизонтах по висоті доменної печі На верхніх та середніх горизонтах уздовж хвилеводів розміщені термопари, а на нижніх горизонтах на торцях хвилеводів розміщені пірометри випромінювання Ознакою аналогу, спільною з ознакою пристрою, який заявляється, є наявність термопар на різних горизонтах по висоті доменної печі Недоліком пристрою є те, що за його допомоги можливе визначення тільки зносу футеровки Найбільш близьким за технічною сутністю та результатом, який досягається, є спосіб контролю роботи печі, відомий з патента SU №1838743АЗ, МКВ 5 Р27Д19/00, 21/04, 1993р Ознаками винаходу, які збігаються з ознаками технічного рішення, що заявляється, є вимірювання температури не менш, ніж у двох точках по товщині вогнетривкої футеровки печі, визначення товщини вогнетривкої футеровки Ступінь зносу вогнетривкої футеровки визначають як співвідношення зменшення товщини кла 61204 датчики на різній відстані по товщині кладки від її робочої поверхні, а також термопари виміряння температури периферійного газу, встановлені під захисними плитами колошника доменної печі, причому осі термопар периферійного газу розташовані у одній вертикальній площині з осями термоелектродних датчиків 4 Система за п 1, яка відрізняється тим, що термоелектродні датчики встановлені на декількох горизонтах по висоті та в декількох точках по обводу печі на кожному горизонті дки до її початкової товщини, причому залишкову товщину кладки від її робочої поверхні до найближчої до неї точки реєстрації температур, температуру середовища біля поверхні кладки та коефіцієнт тепловіддачі від робочого середовища до кладки визначають вирішенням системи рівнянь стаціонарної теплопровідності Недоліком способу є недостатньо висока точність вимірювань та неможливість визначення товщини створеного на поверхні футеровки гарнісажу, тобто неможливість визначення сумарної товщини футеровки (гарнісаж плюс кладка) Найбільш близькою за технічною суттю та результатом, який досягається, є система діагностики стану робочого профілю шахти доменної печі, за допомогою якої реалізується спосіб контролю роботи печі за патентом SU №1838743АЗ, МКВ 5 F27fl19/00, 21/04, 1993р яка містить підсистему реєстрації температур у кладці, математичне та програмне забезпечення Підсистема реєстрації температур у кладці містить термопари реєстрації температур у основному матеріалі кладки та не менше ніж у двох додаткових елементах, встановлених у кладці, з вогнетривких матеріалів з ВІДМІННИМИ один від одного та матеріалу кладки, значеннями коефіцієнтів теплопровідності Ознаками прототипу, які збігаються з ознаками технічного рішення, яке заявляється як винахід, є підсистема реєстрації температур у вогнетривкій кладці та підсистема визначення товщини вогнетривкої футеровки Недоліком системи є неможливість визначення сумарної товщини футеровки у випадку створення на ній гарнісажу (гарнісаж плюс кладка) В основу групи винаходів поставлено задачу удосконалити контроль за роботою доменної печі шляхом удосконалення способу діагностики стану и робочого профілю, яким передбачений систематичний контроль за зносом вогнетривкої футеровки та створенням на її поверхні різних відкладень, що дозволяє визначати товщину гарнісажа, який утворився, та сумарну товщину кладки та гарнісажа, щоб як-найточніше оцінювати динаміку змін стану профілю печі Це забезпечить підвищення експлуатаційної надійності доменної печі, підвищення її міжремонтного періоду Поставлена задача при здісненні групи винаходів по об'єкту способу вирішується тим, що у способі діагностики стану робочого профілю шахти 61204 доменної печі, який містить вимірювання температури не менш ніж у двох точках по товщині вогнетривкої футеровки печі на декількох рівнях по висоті вогнетривкої футеровки печі та обчислення товщини вогнетривкої футеровки, ВІДПОВІДНО до винаходу виміряють температуру периферійних газів під, захисними плитами колошника, а температуру вогнетривкої футеровки по и товщині вимірюють у точках, розташованих у одній вертикальній площині з тачкою вимірення температури периферійних газів, при цьому у випадку зносу вогнетривкої футеровки її залишкову товщину визначають з рівняння и-и Х= Хл = \ •s (1) Вт • град, Вт • град, (2) (3) XT , XT, XT - коефіцієнти теплопровідності матеріалу вогнетривкої набивки датчика при температурах t x , t i , t2 ВІДПОВІДНО, Bm/м-град (визначають за стандартною методикою, обумовленою технологічною інструкцією), t x , t i , t2 - температура вогнетривкої футеровки по и товщині (робочого, проміжного та зовнішнього шарів), Si - відстань між спаями термопар датчика, м а при створенні на поверхні збереженої вогнетривкої футеровки шару гарнісажу, сумарну товщину футеровки Sz (збережена кладка та гарнісаж) визначають з наступного рівняння Sy = Ху = r A, tx •Si Вт • град, - коефіцієнт теплопровідності (4) (5) гарнісажу при температурі t x , Вт/м-град, який визначається експериментально, t x =t|-100°C - температура робочого шару стінки шахти, визначається з експериментальної залежності, t r - температура пічних газів коло стінки печі, °С, визначається з трьох емпіричних залежностей, встановлених для трьох зон по висоті доменної печі - верхня,-0,2 висоти tn=tn+(149O-tn)-|l,C°, (6) - середня - 0,2-0,7 висоти, tn=tn+C1154-tn).^,C°, - нижня-більш за 0,7 висоти U) t n = - 8 3 , 9 + 1607- —,С°, (8) t n - температура периферійних газів, зафіксована під захисними плитами колошника у секторі установки термоблока, °С, В, - відстань від нижньої кромки захисних плит колошника до горизонту установки термоблока, м, Н - відстань від горизонту повітряних фурм доменної печі до нижньої кромки захисних плит колошника, м Крім того, в декількох точках по обводу печі виміряють температуру периферійних газів під захисними плитами колошника та одночасно на кожному рівні температуру вогнетривкої футеровки по її товщині у точках, розташованих в одній вертикальній площині з точкою вимірювання температури периферійних газів Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ВІДМІННИМИ ознаками способу, який заявляється, та технічним результатом, який досягається, полягає у наступному Кожне з двох рівнянь (1) та [4], які дозволяють визначити знос футеровки або сумарну товщину кладки та гарнісажу, базуються на наступних теплотехнічних принципах контролю профілю доменної печі за показаннями термопар 1 Зв'язок між товщиною футеровки, температурою та часом и зміни встановлюється диференційним рівнянням теплопровідності, виведеним із закону збереження енергії та закону Фурьє, для вирішення якого стосовно футеровки шахти доменної печі задаються додаткові граничні умови другого роду, які відображують режим змін теплового потоку на поверхні кладки печі, при цьому приймається, що питомий тепловий потік g=const 2 У разі, коли має місце разгар (знос) футеровки (без створення відкладень на її поверхні), умови теплопередачи у футеровці шахти можно розглядати як умови теплопередачі крізь одношарову плоску стінку Після математичних перетворень, рівняння для розрахунку зносу футеровки має вигляд (і) (фіг 5) 3 У разі збільшення сумарної товщини футеровки (тобто створення на поверхні кладки гарнісажа або охолодів умови теплопередачі необхідно розглядати, як умови теплопередачі крізь двошарову стінку Після математичних перетворень рівняння для розрахунку сумарної товщини футеровки (гарнісаж плюс кладка) має вигляд (4) (фіг 6) Суттєвими ВІДМІННИМИ ознаками способу є 1 Одночасне вимірювання температури по товщині футеровки та температури периферийних газів під захисними плитами колошника 2 Визначення температури периферійного газового потоку на будь - якому горизонті доменної печі на основі експериментальне встановленого зв'язку між температурой периферійних газів під захисними плитами колошника та рівнем даного горизонта по висоті доменної печі 3 Вимірювання температури вогнетривкої футеровки по и товщині у точках, розташованих у одній вертикальній площині з точкою вимірювання температури периферійних газів під захисними плитами колошника 4 Визначення коефіцієнтів теплопроводности 61204 8 гарнісажу на різних рівнях по висоті охолоджуваної датчика, частини печі експериментальним шляхом - температуру периферійних газів, виміряну Таким чином, спосіб, який заявляється, заснопід захисними плитами колошника доменної печі у ваний на значеннях технологічних параметрів, точках, розташованих у одній площині з точками таких, як температура газів у прифутеровочній зоні виміряння температури вогнетривкої футеровки по та коефіцієнт теплопровідності гарнісажу, які поII ТОВЩИНІ лучені з високою мірою вірогідності на основі заОбладнання системи діагностики стану роболежностей, встановлених емпіричним шляхом, що чого профілю шахти доменної печі термоелектроу комплексі з вимірюванням температури перифедними датчиками, які мають не менш ніж 2 терморійного газового потоку у прифутеровочній зоні по пари, встановлені у футеровці шахти доменної висоті доменної печі у сукупності з одночасним печі на декількох горизонтах по висоті та в декільвимірюванням температури по товщині футеровки кох точках по обводу печі на кожному горизонті, у точках, які розташовані у одній вертикальній забезпечує визначення розподілу температур по площині з точкою вимірювання температури петовщині футеровки риферійних газів, забезпечує більш високу точОбладнання системи діагностики термопараність способу діагностики робочого профілю шахти ми вимірювання температури периферійного газу, доменної печі, тому що це дозволяє визначати встановленими під захисними плитами колошника сумарну товщину кладки та гарнісажу та їхнє співтаким чином, що ВІСІ термопар розташовані в одній відношення вертикальній площині з вісями термоелектродних датчиків вимірювання температури по товщині В основу групи винаходів по об'єкту-пристрій кладки, встановленими у вогнетривкій кладці, запоставлено задачу удосконалити контроль за робезпечують визначення температури периферійботою доменної печі шляхом удосконалення сисних газів теми діагностики стану и робочого профілю, якою передбачений систематичний контроль за зносом Зазначені ВІДМІННІ ознаки забезпечують більш вогнетривкої футеровки та створенням на її повевисоку точність діагностики стану робочого профірхні різних відкладень, що дозволяє визначати лю шахти доменної печі, так як дозволяють визнатовщину гарнісажу, який утворився, та сумарну чити сумарну товщину кладки та гарнісажу та їхнє товщину кладки та гарнісажа, щоб якнайточніше співвідношення оцінювати динаміку змін стану профілю печі Це Спосіб діагностики стану робочого профілю забезпечить підвищення експлуатаційної надійношахти доменної печі здійснюється за допомогою сті доменної печі, підвищення її міжремонтного системи діагностики стану робочого профілю шахперіоду ти доменної печі Поставлена задача при здійсненні групи винаНа кресленнях наведена система діагностики ходів по об'єкту - пристрою вирішується тим, що у стану робочого профілю шахти печі у групі винасистемі діагностики стану робочого профілю шахти ходів, які заявляються, де на фіг 1 зображено піддоменної печі, яка містить підсистему реєстрації систему реєстрації температур у вогнетривкій клатемператур у вогнетривкій кладці та підсистему дці, на фіг 2 - розріз А-А на фіг 1, на фіг 3 - блок визначення товщини вогнетривкої футеровки, ВІДсхема алгоритму підсистеми обчислення товщини ПОВІДНО до винаходу, підсистема реєстрації темвогнетривкої футеровки шахти доменної печі, на ператур у вогнетривкій кладці, шахти доменної фіг 4 конструкція та розміщення термодатчика у печі містить термоелектродні датчики, обладнані кладці шахти доменної печі, на фіг 5 - схема для не менш, як двома термопарами, встановленими у визначення зносу футеровки по показанням тердатчики на різній відстані по товщині кладки від її мопар, на фіг 6 - схема для визначення сумарної робочої поверхні, а також термопари виміряння товщини футеровки температури периферійного газу, встановлені під Підсистема реєстрації температур у вогнетризахисними плитами колошника доменної печі, привкій кладці 1 шахти доменної печі (фиг 1) містить чому ВІСІ термопар периферійного газу розташотермоелектродні датчики 2, обладнані термопавані у одній вертикальній площині з вісями терморами 3, встановленими у термодатчики 2 на різній електродних датчиків відстані по товщині кладки від робочої поверхні кладки, а також термопари 4 вимірювання темпеКрім того, термоелектродні датчики встановратури периферійного газу, встановлені під захислені на декількох горизонтах по висоті та в декільними плитами, колошника доменної печі, причому кох точках по обводу печі на кожному горизонті ВІСІ термопар периферійного газу розташовані в Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими одній вертикальній площині з вісями термоелектВІДМІННИМИ ознаками системи, яка заявляється, та родних датчиків 2 технічним результатом, який досягається, полягає у наступному Термоелектродні датчики 2, встановлені на декількох горизонтах по висоті та в декількох точДля реалізації закладених до системи діагносках по обводу печі на кожному горизонті тики теплотехнічних принципів, які дозволяють системі визначити за вищенаведеними математиТермоелектродний датчик 2 (фіг 4) складаєтьчними виразами сумарну товщину кладки та гарніся з набору термопар 3, ізольованих одна від одсажу та їхнє співвідношення, до неї необхідно ввеної та від корпусу датчика 2 і розміщених у набивці сти дані про 5 з вогнетривкого бетону - розподіл температур по товщині футеровки Зовнішня третина датчика 2 замкнена у метане менш, ніж у 2-х точках (температура проміжного левий корпус 6 з фланцем 7 його кріплення шару кладки та температура її зовнішнього шару), Датчики 2 встановлюють у спеціальних амбраякий фіксується за допомогою термоелектродного зурах 8, змонтованих по висоті доменної печі - та 61204 закріплених на кожусі 9 доменної печі Перед задувкой доменної печі у амбразурах 8 встановлюють заглушки (на кресленнях не наведені), через 15-20 діб після задувки печі та завершення температурного росту вогнетривів, під час короткочасної зупинки печі, заглушки витягають, здійснюють розчищення каналів амбразур 8 і до них встановлюють датчики 2 таким чином, що торці вогнетривкої набивки 5 датчиків 2 знаходяться врівень з робочою поверхнею кладки 1, при цьому фланець 7 датчика 2 кріплять балками до фланця 10 з сальниковим ущільненням 11 амбразури 8 Термопари 4 підключені до вторинного приладу 12 У якості вторинного приладу може бути використаний мікроамперметр, а також багатоканальний самописець, фіксуючий покази термопар на діаграмній стрічці На кожному горизонті встановлені 4-12 датчиків по обводу печі Розміщення чотирьох датчиків на верхньому горизонті наведене на фіг 2 Збільшення КІЛЬКОСТІ датчиків на кожному горизонті та КІЛЬКОСТІ горизонтів сприяє збільшенню площі контролю стану робочого профілю футеровки доменної печі та постачанню більш надійної інформації про величину зносу кладки 1 та товщину гранісажу 13 у будь - який момент часу Спосіб діагностики стану робочого профілю шахти доменної печі здійснюється наступним чином За допомогою термодатчиків 2, встановлених у вогнетривкій кладці 1 шахти доменної печі на декількох горизонтах по висоті доменної печі та в декількох точках по обводу на кожному горизонт, виміряють температуру не менш, ніж у двох точках по товщині вогнетривкої футеровки печі на декількох рівнях по висоті вогнетривкої футеровки За допомогою термопари 4 виміряють температуру периферійного газу під захисними плитами колошника, причому температуру вогнетривкої футеровки по и товщині виміряють у точках, розташованих у одній вертикальній площині з точкою вимірювання температури периферійних газів Показання термопари, найближчої до робочого простору доменної печі, приймають у якості температури проміжного шару кладки ti (фіг 5,6), а показання термопари, найбільш віддаленої від робочого простору - у якості температури зовнішнього шару кладки Ь При цьому, у разі встановлення датчика у охолоджуючій зоні шахти або розпарі, з метою запобігання впливу холодильників на якість вимірювання, зовнішню термопару пропонується розміщувати на відстані більшої або рівні й 0,3 м від поверхні холодильників Температура робочої поверхні футеровки t x не може бути виміряна безпосередньо у кожний момент часу, з огляду великої технічної складності таких вимірювань З метою спрощення вимірів, скористалися раніше встановленим співвідношенням, ВІДПОВІДНО до якого tx=tr-100°C, де t r - температура пічних газів безпосередньо біля робочої поверхні футеровки, °С Температура tr, яку також складно виміряти безпосередньо, може бути визначена розрахунко 10 вим шляхом як функція tr=f(tn,Bi/H), Де t n - температура периферійних газів, вимірювання під захисними плитами колошника у секторі встановлення датчика, °С, Ві - відстань від нижньої кромки захисних плит колошника (рівень встановлення термопари периферійного газу) до горизонту встановлення датчика, м (фіг 1), Н - висота від рівня повітряних фурм до нижньої кромки захисних плит колошника, м (фіг 1) Доменна піч, виходячи з специфіки теплообміну в ній, була розподілена на три зони по висоті - верхню (В