Способ контроля работы печи

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам непрерывного контроля состояния футеровки печей. Сущность изобретения: в кладку устанавливают не менее двух элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга и материала кладки значениями коэффициентов теплопроводности , регистрацию температур производят как в основном материале кладки, так ив каждом из дополнительно установленных элементов, при этом расстояния от исходной поверхности к эдки до ближайшей точки регистрации температур в каждом дополнительном элементе и в кладке выполняют одинаковыми, а степень износа огнеупорной кладки определяют как отношение убыли толщины кладки к ее первоначальной толщине, причем остаточную толщину кладки от ее рабочей поверхности до ближайшей к ней точки регистрации температур , температуру среды у поверхности кладки и коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к кладке определяют из решения системы уравнений стационарной теплопроводности , 3 ил. 1 табл. ел с 00 со 00 VI 4 со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 27 0 19/00, 21/04

Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

B ДОМСТВО СССР (Г СПАТЕНТ СССР) С П И САН И Е И ЗО БР ЕТЕ Н ИЯ

;;,. с г . t: . :, - .К,ПАТЕНТУ

1 (2 ) 5012652/02 (2 ) 22,11.91 (4 )30.08.93. Бюл. N 32 (7 ) Магнитогорский металлургический комб нат им,B.M.Ленина и Уральский политехн ческий институт им.С.M,Êèðoâà (7 ) Н.А.Спирин, В.С.Новиков, Ю.В.Феду, лов, B,В.Мадисон, M.ß.Ïðèíö, B.Â.Ëàâðoâ, М Ф,Сафронов, IO.Í.Овчинников,. Я.М.Горд н и А.Б.Цветков (7 ) Магнитогорский металлургический ком.б нат им.В.И.Ленина (5 ) 1. Методы экспериментального исслед вания доменного процесса // С;В,Базил вич, Б,Л.Лазарев, М;А.Стариков, Б.,Голосков. Свердловск; Металлургиздат, 1960, с.348.

2. Голосков Б.В. Труды HTO ЧМ, т,XVI I.

М : Металлургиздат, 1958, с.566.

3, Кудинов Г.А., Грановский Б.В., Кислер

С.). и др. НаучныЕ труды (утНИПИчерметанвргоочистка), вып.11-12. M,: Металлургия, 19,68, с.318, 4. Пугачев А,В. Радиоизотопная техника в оменном производстве. Атомиздат, 1969, с, 72 с ил.

5. Гаврилов Е.Е., Ульянов Л.Г., Канаев

В.р. Диагностироаание состояния футероаки металлоприемников доменной печи по тепловым нагрузкам. Сталь, 1987, N 1, с,13—

6. Заявка Японии М 57-51444. кл. С 21 В

7/ 4, 1982, 7. Заявка Японии 1чу 57-51445, кл, С 21 В

:7/ 4, 1982.

; 8, Теплотехника доменного процесса. /

Б41.Китаев, Ю.Г.Ярошенко, Е,Л,Суханов и др . М.: Металлургия, 1978, с.248. . 9. Основы теплопередачи / M,A.Ìèõååâ, И,P,Михеева — M. Энергия, 1973, с.320.

„„БЫ „„1838743 АЗ (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к способам непрерывного контроля состояния футеровки печей. Сущность изобретения: в кладку устанавливают не менее двух элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга и материала кладки значениями коэффициентов теплопроводности, регистрацию температур производят как в основном материале кладки, так и 8 каждом из дополнительно установленных элементов, при этом расстояния от исходной поверхности к едки до ближайшей точки регистрации температур в каждом дополнительном элементе и в кладке выполняют одинаковыми, а степень износа огнеупорной кладки определяют как отношение убыли толщины кладки к ее первоначальной толщине, причем остаточную толщину кладки от ее рабочей поверхности до ближайшей к ней точки регистрации температур, температуру среды у поверхности кладки и коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к кладке определгнот из решения системы уравнений стационарной теплопроводности. 3 ил. 1 табл, 1838743

Способ относится к металлургии, а именно к способам контроля работы печи и в час ности состояния футеровки печей.

Оперативная информация о состоянии огнеупорной футеровки печей исключительно важна как с очки зрения экономичной технологии, так и с точки зрения безопасности работы агрегатов. Важность проблемы и разнообразие печных агрегатов, а применительно к доменной печи и разнообразие условий работы футеровки в различных ее зонах, предопределили использование различных принципов, положенных в основу решения данной проблемы..

Целью изобретения является повышение точности контроля работы печи и;в частности, определения износа огнеупорной футеровки.

Поставленная цель достигается тем, что, KGK и в известном способе, принятом за прототип, измерение температур в футеровке производят не менее, чем а двух точках по ее толщине на нескольких уровнях по высоте огнеупорной футероаки печи, вычисление степени износа огнеупорной футеровки, отличающейся тем, что устанавливают в огнеупорной футеровке по ее высоте не менее двух дополнительных элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга и материала футеровки коэффициентами теплопроводности, при этом расстояния от исходной рабочей поверхности футеровки до ближайшей к ней точки излучения. температур в каждом дополнительном элементе и в футеровке выполняют одинаковыми, а степень износа огнеупорной футеровки вычисляют как отношение убыли толщины футеровки к ее первоначальной толщине, причем остаточную толщину от ее рабочей поверхности до ближайшей к ней точки измерения температур, температуру рабочей среды у поверхности футеровки и коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к футеровке определяют из системы уравнений.

tp - tll + — -ф(33 — till) + д-(и — till)

i4 х ар. tp " ч2+ — «ф(2 — ти2) + д- (t(2 Ти2) (1) . Л2 ° X ар %

Зр 313+ .д (ЧЗ tli3)+ д (ЧЗ til3) Ь, х ар 3 3 где tp — температура рабочей среды, С; ти, tn, tn — температуры. измеренные в ближайшей к поверхности точке соответственно в футеровке кладки, в первом и втором дополнительных элементах, С;

1и1, Ь2, t(D — температуры, измеренные во второй точке соответственно в футеровке, в первом и втором дополнительных элементах, С; ар — коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к поверхноети футеровки, 5 Вт/м2град;

ib, А2, ib — коэффициенты теплопроводности материалов футеровки, первого и второго дополнительных элементов, Вт/м град; х — остаточная толщина кладки до пер1О вой очки измерения температур, м;

ä1, 82, äs — расстояния между первой и второй точками измерения температур в футеровке, в первом и втором дополнительных элементах, м.

Каждое из трех уравнений системы (1) получены при следующих условиях и допущениях;

1. В футеровке и в каждом дополнительном элементе соблюдается стационарный режим теплообмена, т.е. плотность теплового потока от рабочей среды к стенке равна плотности теплового потока от рабочей поверхности стенки к ее наружной поверхности.

2, Температура рабочей среды tp и коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к стенке ар принимаются одинаковыми для условий теплообмена рабочей среды с материалом футеровки и с каждым дополнитель3О ным элементом.

При собл(одении вышеуказанных условий каждое иэ уравнений системы (1} выведено из равенства значений величины плотности теплового потока от рабочей сре35 ды к поверхности стенки и от поверхности в ее глубину, записанного через теплофизические и геометрические параметры. Распределение температур в футеровке и в дополнительных элементах при

40 11 >А2 >Адид1 =д2=дз =д имеет вид, представленный на фиг.1, где неупоминавшиеся ранее параметры: xo — исходная толщина футеровки до первой точки измерения температур, и, so — исходная толщина футе45 ровки; м, s -остаточная толщина футеровки, м, Действительно, величина плотности теплового потока, идущего от рабочей сре° ды и проходящего через футеровку при усбо ловии стационарной теплопроводности может быть записана как (9):

tp tl1 1И вЂ” 1И1

g1 = — или g1 =1+х

Clð Х1 r1

Приравняв правые части равенств, можем записать выражение для температуры рабочей среды в печи:

tp = и1+, (Ц1 — ти1)+ д- (1Ц вЂ” си1)

Й . х ар С)1

1838743

В данном уравнении три неизвестных— х,itp и àp.

При соблюдении вышеупомянутых дои щений и при условии, что расстояние от и верхности футеровки до ближайшей к ней 5 т чки измерения температур во всех матер алах одинаковы, могут быть записаны два с едующих уравнения системы (1) — через и раметры дополнительных элементов — с т ми же тремя неизвестными. Таким образом 10 получаем систему трех уравнений с тремя неизвестными.

Теперь, получив экспериментально знач ния температур tl1, tl2, «з, tll1, 1пг, азиз, и подставив их в известные теплофизические 15 и геометрические параметры в систему (1), r ожно известными. методами решить ее для олучения неизвестных значений параметOeX,tpu ap.

Сопоставление заявляемого решения с 20

"рототипом показывает, что заявляемый способ Отличается от известного тем, что:

1. В футеровку печи дополнительно уст навливают не менее двух дополнительых элементов иэ огнеупорных материалов 25 отличными друг от друга и от материала утеровки значениями коэффициентов тепопроводности.

2. Регистрацию температур производят ак в основном материале футеровки; так и. 30 каждом из установленных дополнительно лементах.

3. Ближайшую к рабочей поверхности ладки точку измерения температур в основном мвтеривле футеровки и в дополни- 35 ельных элементах выполняют на динаковом расстоянии.

Перечисленные отличительные признаки являются необходимым и достаточным словием для определения неизвестных па- 40 аметров х, tp и àp.

Указанные отличия обеспечивают более

ысокую точность определения степени изоса огнеупорной кладки, поскольку реалиация заявляемого способа в отличие от 45 рототипа не требует использования параетров, значения которых не могут быть олучены с достаточной достоверностью, олее того, заявляемый способ позволяет олучить значения неподдающихся прямо- 50 у контролю важных технологических параетров как температура рабочей среды у оверхности кладки и коэффициент теплотдачи от рабочей среды к стенке печи.

Способ реализуется следующим обра- 55 ом (см, фиг.2):

1, В футеровку печи из огнеупорного материала с коэффициентом теплопроводности Л1 устанавливают дополнительные элементы из огнеупорных материалов с кок эффициентами теплопроводности )2 и лз, причем Л1.рЕ-Лг у" Лз, 2, В футеровку печи и в дополнительные элементы устанавливают по два термодатчика, по одному на расстоянии хо (точки llÄ

l2, !з), и по одному на расстоянии xp+ д1, хо

+ дг. xp + дз (точки ll1, ll2 и !1з) 07 исходной внутренней поверхности кладки соответственно в материал футеровки и в каждый дополнительный элемент, 3, В процессе эксплуатации печи производят рег истрацию температур tl1, «г, «з, tilt, tIl2 и tll3, полученные значения и значения известных параметров Л1, Лг, Лз, д1, дг и дз подставляют в уравнения системы (1), которую затем известными методами решают относительно искомых параметров х, tp u а1у.

Пример реализации способа выполнен для условий работы доменной печи N 6

ММК в верхней части ее шахты (1,5 м выше верхнего ряда холодильников). Для сокращения теплопотерь через дополнительный элемент с высоким значением коэффициента теплопроводности Лз = 10 Вт/м.град этот элемент выполнен составным (фиг,3) — с наружной стороны установлена тепловая заглушка из материала с низкой теплопроводностью Л1. Расстояния между первой и второй точками измерения температур во всех элементах r риняты одинаковыми д1=-дг =дз = д = 0,2 м. Геометрические размеры и теплофизические параметры представлены в таблице. Значения температур tl1, «г, «з, tll1 tll2 и «ц получены из вычислительного эксперимента методом моделирования процесса стационарной теплопроводности с выполнением допущений заявляемого способа о равенстве температуры рабочей среды ср и коэффициента теплоотдачи от рабочей среды к поверхности стенки схр в зоне установки термодатчиков s материале футеровки и в дополнительных элементах.

При подстановке представленных в таблице значений параметрг i e уравнения системы (1) и ее решении относительно неизвестных tp, йр и х получены следующие результаты:

1,= 1000 С, op = 200 Вт/м.град, х-0,1 м.

Таким образом убыль толщины футеровки составляет 0,12 — 0,1 = 0,02 м, а степень износа футеровки (0,02/1,15) х 100% = 1,73%, Для сопоставления заявляемого способа с прототипом произведем аналогичный расчет по способу-прототипу. В этом случае остаточная толщина футеровки до первой

1838743 точки измерения температуры определяется по формуле: tp -с, д, Л, tl1 " tll1 ар

При подстановке в эту формулу истинных значений ср и ар, полученных по заявляемому способу, величина получается равной

0,1 м, т.е. совпадает со значением, полученным по заявляемому способу.

Однако, как было отмечено выше, одним из недостатков прототипа, в отличие от заявляемого способа, является то, что он не позволяет определять значения ср и ар и при его реализации их требуется задавать с той или иной степенью точности, Так, о значении температуры рабочей среды tp до некоторой степени можно судить п0 температуре в первой точке измерения С 1, т,Е. ОЧЕВИДНО, ЧтО Ср ВЫШЕ tl1, ОДНаКО Насколько выше — зависит от остаточной толщины футеровки, т.е. искомой величины х, от условий теплообмена, т.е, að и ряда других факторов. В общем случае при подстановке значения tp в формулу (а) вполне возможна ошибка + 100 С от истинного значения этой температуры.

Оценим, к какой ошибке в определении х по способу-прототипу приводит ошибка при выборе значения tp на 100 С (примем

t, =-1100 Ñ): (00-911 0,2 1 - О 221

Таким образом, 10% — ошибка при выборе значения tp (что практически вполне реально) приводит к ошибке в определении износа футеровки, превышающей 100 jo.

Точность выбора второго неизвестного для способа — прототипа параметра ар так>ке влияет на точность способа, причем диапазон возможных колебаний истинного значения этого параметра очень высок, при различных условиях работы печи (доменной, например) он может, как уже отмечалось, колебаться более, чем на порядок. Иэ вида формулы (а) следует, что ошибка в выборе значения параметра ар будет неодинаково влиять на результат определения х в различных диапазонах истинного значения параметра ap — при высоких его значения (1000 Втlм град и выше) ошибка в определении ар незначительна, при более низких значениях ap — более существенна. Так, для условий нашего примера, если задаться значением ap = 50 Вт/м град

1000 — 91о 0,2 " = 0,085 м. т.е. ошибка в выборе значения параметра ар на 150 Вт/м град привела к 15%-ной ошибке в определении износа футеровки, Таким образом можно сделать вывод, что способ-прототип значительно менее точен, чем заявляемый и особенно чувствителен к ошибке при выборе значения

5 температуры рабочей среды, в то время как по заявляемому способу значения этой температуры и коэффициента теплоотдачи от рабочей среды к стенке определяются значительно более точно.

10 Формула изобретения

Сйособ контроля работы печи, включающий измерение температуры не менее чем

s двух точках по толщине огнеупорной футеровки печи на нескольких уровнях по высоте

15 огнеупорной футеровки печи, вычисление степени износа огнеупорной футеровки, о тJ1 и ч а ю шийся тем, что устанавливают в огнеупорной футеровке по ее высоте не менее двух дополнительных элементов иэ or20 неупорных материалов с отличными от друг друга и материала футеровки коэффициентами теплопроводности, при этом расстояния от исходной рабочей поверхности футеровки до ближайшей к ней точки изме25 рения температур в каждом дополнительном элементе и в футеровке выполняют одинаковыми, а степень износа огнеупорной1 футеровки вычисляют как отношение убыли толщины футеровки к ее первонаЗО чальной толщине, причем остаточную толщину футеровки от ее рабочей поверхности до ближайшей к ней точки измерения температур, температуру рабочей среды у поверхности футеровки и коэффициент

35 теплоотдачи от рабочей среды к футеровке определяют из системы уравнений:

tp = tl1 + . д-(С11 — tl 11) + д;- (С11 — tll1)

k x г х

40 ср = tl2 + (tl2 tll2) + д- (чг tll2) ар

tp = С1Э + —.— т-. (tl3 tll3) + Л-(С!3 — tll3), Ъ х ар дз з где tp — температура рабочей среды, С;

М1, il2, сlз — температуры, измеренные в

45 ближайшей к поверхности точке соответственно в первом и втором дополнительных элементах, С;

tlи, снг, tin — температуры, измеренные во второй точке соответственно в футеров50 ке, в первом и втором дополнительных элементах, С;

ap — коэффициент теплоотдачи от рабо чей среды к поверхности футеровки, Вт/м3 град;

ib, Лг, лз — коэффициенты теплопроводности материалов футеровки, первого и вто° рого дополнительных элементов, Вт/м град; х - остаточная толщина кладки до первой точки измерения температур, м;

1838743 д1 д дз — расстояния между первой и теровке, в первом и втором дополнительных

BTQ ой точками измерения температур в фу- элементах, м.

Параметр

Значение

Обознач.

0,2

Расстояние первых точек измерения темпе ратур от исходноИ поверхности Кутеровки

О, I2

0 3

I, I50 лшина Футецовки м

Температуры, измеренные в I18pBLtõ от вн реннеИ поверхности Жутеровки точках, С о

-с

Расстояние между первой и второй ат вну реннеИ поверхности Жутеровки точками измерения температур, м

Толщина тепловой заглушки из материала коэф5и иентом теплопровоцности А м

Коэффициенты теплопроводности материалов футеровки, первого и второго дополнительных элементов и тепловой заглушки

Вт/м.град

Температуры, измеренные во вторых от внутреннеИ поверхности Ъутеровки точках С

I,0

5,0

I0,0

I 0

9I4

9I3

966

Фиг. я.

Ч нг. 3.

Составитель Н.Спирин

Техред М,Моргентал Корректор B.Ïåòðàø

Редактор С.Кулакова

Заказ 2922 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101