Способ контроля состояния футеровки горна доменной печи

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для контроля состояния футеровки горна доменной печи. Технический результат - повышение точности контроля. Сущность изобретения заключается в том, что сформированные по измерительным сигналам термодатчиков временные последовательности, характеризующие температуру горна доменной печи, подвергают структурному анализу с целью раннего обнаружения момента изменения структурных свойств считываемых сигналов каждого термодатчика, используя для этого математический аппарат вейвлет-преобразования. Рассчитывают значение вейвлет-показателя, характеризующего структурные изменения сигнала, полученные расчетные величины вейвлет-показателя запоминают. Определяют экстремальное значение вейвлет-показателя W на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных. Фиксируют синхронное появление экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры сигнала функционирующего термодатчика, которое свидетельствует о произошедших изменениях в тепловом состоянии футеровки горна доменной печи.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в системах контроля состояния футеровки горна доменной печи.

Своевременная и надежная оперативная информация о локальных изменениях профиля рабочего пространства металлургического агрегата необходима для обеспечения безопасности работы технологического персонала, повышения эксплуатационной надежности и увеличения продолжительности кампании доменных печей. Конструктивное разнообразие доменных печей, различные условия работы футеровки в разных ее зонах предопределили разработку большого количества способов диагностики состояния футеровки, то есть разгара огнеупорной кладки агрегата, положенных в основу реальных систем контроля состояния футеровки горна доменной печи.

В известных в настоящее время системах контроля разгара огнеупорной кладки [1], оценивающих состояние футеровки по прямым и косвенным измерениям толщины огнеупорных стенок металлургического агрегата, осуществляется: измерение температуры кладки специальными установленными в различных точках кладки доменной печи термодатчиками, показания которых используются при расчете остаточной толщины футеровки агрегата; дальнейшая обработка большого количества данных, аналитическое решение обратной задачи нестационарной теплопроводности через многослойную стенку с целью определения остаточной толщины футеровки; создание банка расчетных данных для множества вариантов топологий разгара огнеупорной кладки горна доменной печи; последующий выбор по определенному критерию из этого банка соответствующей конфигурации в качестве истинного профиля рабочего пространства агрегата.

Недостатком подобных систем диагностики состояния футеровки горна доменной печи является существенное упрощение реальной действительности доменной плавки, выраженное в следующих принятых допущениях: о стационарности протекающего процесса теплообмена в рабочем пространстве горна доменной печи; о постоянстве температуры в расчетной области на внутренней поверхности горна, задаваемых величин коэффициентов теплопроводности, необходимых для поиска решения обратной нелинейной задачи теплопроводности, величин плотности теплового потока, термического сопротивления, теплофизических характеристик огнеупорных материалов, геометрических и теплотехнических параметров охлаждаемых элементов, теплопроводности гарнисажа и других; о длительном сохранении работоспособности всех функционирующих термодатчиков, установленных в кладке горна доменной печи; об адекватном соответствии выбранного расчетного варианта топологии разгара футеровки горна доменной печи действительному состоянию огнеупорной кладки.

Следует отметить, что технология доменной плавки такова, что даже при установившемся ходе доменной печи не наблюдается стационарного теплообмена. Реальные условия тепловой работы футеровки характеризуются существенной нестационарностью, и как следствие этого, температура на внутренней поверхности горна не остается постоянной во времени и во всем объеме рабочего пространства горна печи, не постоянны и все величины теплофизических характеристик происходящего теплообмена, оперативное определение которых в промышленных условиях связано с большими трудностями. Имеет место также и потеря информации о замеряемой температуре огнеупорной кладки из-за выгорания термодатчиков. В то время как расчет остаточной толщины футеровки горна агрегата в известных системах контроля состояния футеровки металлоприемника осуществляется по всему множеству установленных термодатчиков.

Наиболее близкой к предлагаемой системе является система контроля разгара горна доменной печи № 5 "Футеровка" ОАО "Новокузнецкий металлургический комбинат" [2]. В данной системе с помощью термодатчиков, установленных по длине углеродистых блоков горна, производят замер температуры в отдельно взятом месте футеровки. На основании показаний группы датчиков решают обратную задачу теплопроводности и на экран монитора выводят картину распределения тепловых полей по всему радиусу горна. Наряду с вышеперечисленными недостатками данной системе присущ еще и такой: представление полученной информации о топологии разгара горна доменной печи осуществляется только на текущий момент времени. Однако для правильного оценивания развивающейся ситуации по состоянию футеровки агрегата технологическому персоналу необходимо наблюдать картину разгара горна также и в предшествующие моменты времени.

Известные системы контроля разгара футеровки металлоприемника позволяют контролировать топологию разгара, но из-за принимаемых при расчете допущений точность последнего невысока, так как полученные результаты лишь приблизительно отражают реальную картину разгара, что снижает надежность контроля и безопасность работы печи.

Известно, что при возникновении аварийного разгара футеровки металлоприемника печи наблюдаются резкие изломы, провалы в измерительных сигналах термодатчиков, то есть происходят структурные изменения в контролируемых сигналах. Эффективность использования информации от этих датчиков с целью определения топологии разгара горна доменной печи может быть существенно повышена, если осуществлять структурный анализ измерительных сигналов функционирующих термодатчиков, расположенных в футеровке горна и лещади доменной печи.

Задачей изобретения является разработка способа диагностики состояния футеровки горна доменной печи, основанного на структурном анализе сигналов, функционирующих в данный момент времени термодатчиков, и обеспечивающего повышение точности контроля разгара огнеупорной кладки и надежности работы доменной печи.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе контроля состояния футеровки горна доменной печи, включающем измерение температуры в футеровке при помощи нескольких датчиков (m) температуры, расположенных по поясам (n) и радиусам (r), на которые условно разбита футеровка металлоприемника печи, где (m) - номер термодатчика по направлению r-го радиуса, определение по сигналам датчиков температуры изменений в тепловом состоянии футеровки горна доменной печи, после проверки сигналов от каждого функционирующего датчика на устойчивость считывания и на их достоверность формируют из сигналов эффективные временные последовательности, которые затем подвергают структурному анализу с использованием математического аппарата вейвлет-преобразования: рассчитывают значения вейвлет-показателя по математическому выражению

где x(l) - фактическое значение анализируемого сигнала в l-ый момент времени; ϕ^*(a,b) - тип нелинейной весовой функции - вейвлет-базис, a - параметр масштабирования, b - параметр смещения по оси времени; L - число данных на скользящем интервале вычисления вейвлет-показателя, запоминают расчетные значения вейвлет-показателя, производят определение экстремального значения вейвлет-показателя на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных а изменение в тепловом состоянии футеровки горна доменной печи констатируют при синхронном появлении экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры сигнала функционирующего термодатчика.

По завершении цикла структурного анализа измерительных сигналов всех функционирующих термодатчиков технологическому персоналу предоставляется информация на мониторинг с выделением областей футеровки горна, в которых отмечены резкие структурные изменения сигналов термодатчиков. Совокупность всех выделенных областей дает полное представление о тепловом состоянии футеровки горна доменной печи. Для зон футеровки с выявленными существенными изменениями измерительных сигналов термодатчиков по требованию технологического персонала осуществляется расчет остаточной толщины футеровки горна в соответствии с методом, используемым в системе-прототипе; динамика расчетных значений остаточной толщины футеровки горна отображается на мониторе.

Предлагаемый способ позволяет обнаружить локальные изменения рабочего пространства металлоприемника доменной печи на ранней стадии, принять своевременные меры по предотвращению аварийных ситуаций и уменьшает объем вычислений.

Литература

1. Спирин Н.А., Новиков В.С., Федулов Ю.В. и др. Способ контроля работы печи / Патент РФ № 1838743 F27D 19/00, Бюл. № 14, 2002 г.

2. Серов Ю.В., Макиенко В.Г., Бражко В.Н. и др. Новые информационные технологии контроля работы горна доменных печей // Сталь. 1997. № 10. С.4-9.

Способ контроля состояния футеровки горна доменной печи, включающий измерение температуры в футеровке при помощи нескольких датчиков (m) температуры, расположенных по поясам (n) и радиусам (r), на которые условно разбита футеровка маталлоприемника печи, где (m) - номер термодатчика по направлению r-го радиуса, определение по сигналам датчиков температуры изменений в тепловом состоянии футеровки горна доменной печи, отличающийся тем, что после проверки сигналов от каждого функционирующего датчика на устойчивость считывания и на их достоверность формируют из сигналов эффективные временные последовательности, которые затем подвергают структурному анализу с использованием математического аппарата вейвлет-преобразования, рассчитывают значения вейвлет-показателя по математическому выражению

где x(l) - фактическое значение анализируемого сигнала в l-й момент времени; ϕ^*(а,b) - тип нелинейной весовой функции - вейвлет-базис; а - параметр масштабирования; b - параметр смещения по оси времени; L - число данных на скользящем интервале вычисления вейвлет-показателя, запоминают расчетные значения вейвлет-показателя, производят определение экстремального значения вейвлет-показателя на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных а изменение в тепловом состоянии футеровки горна доменной печи констатируют при синхронном появление экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры сигнала функционирующего термодатчика.