Способ контроля целостности элементов охлаждения доменной печи Советский патент 1988 года по МПК C21B7/24 

114А7859

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству в доменных печах.

Целью изобретения является уменьшение времени поиска неисправности за счет вертикальной локализации неисправного элемента охлаждения. На схематически изображен

становительных газов. При движении горного газа вверх от окислительных зон, расположенных на уровне воздушных фурм, в нем непрерывно увеличивается содержание диоксида углерода с одновременным уменьшением содержания восстановительных газов (водорода и оксида углерода) и азота.

Изобретение относится к производству чугуна в доменных печах и предназначено для контроля целостности элементов охлаждения доменной печи. Цель изобретения - уменьшение времени поиска неисправности за счет вертикальной локализации неисправного элемента охлаждения. Периодически определяют содержание диоксида угле- рода в периферийном газ е шахты печи не менее чем на двух горизонтах, а затем при появлении сигнала наличия газа в газоловушке поврежденного контура охлаждения, определяют содержанием.в нем диоксида углерода и по формуле Н. С,/()(Ни,/Сщ)х КС,-С) - (). () , где высота расположения неисправного элемента охлаждения относительно оси воздушных фурм, м; С - содержание диоксида углерода в газе из газоло-з вушки дефектного контура, %; - содержание диоксида углерода в газе периферийной зоны шахты верхнего горизонта колошника , %i Сщ- то же, нижнего горизонта середина шахты ,%;; Н к - высота точки отбора газа верхнего горизонта относительно оси воздушных фурм, м; И 1ц - то же верхнего горизонта, и находят высоту расположения неисправного элемента охлаждения. 2 ил. о (Л 4 4 00 ел со

профиль доменной печи по контуру сие- о газа по выходу из окислительтемы охлаждения, разрез; на фиг.2 - /характеристика содержания диоксида углерода в периферийном газе.

Содержание диоксида углерода в газе определяют в системе автоматического анализатора распределения состава газа по радиусу колошника печи.

При нарушении целостности элемента охлаждения печи, например при поломке или прогаре трубки внутреннего контура холодильника шахты, часть охлаждающей жидкости поступает в рабочее пространство печи, а газ из печи попадает в контур охлаждения. Если давление газов в печи вьше давления в контуре охлаждения, то периферийный газ из печи под давлением проникает в поврежденную трубку- холодильника н поднимается до газоловушки При давлении газов в печи меншем, чем в контуре охлаждения, процесс попадания газа в контур иной: охлаждающая жидкость при своем движении по трубке холодильника NMMO места повреждения увлекает (инжектирует периферийный газ во внутреннюю полость трубки, но в меньшем количестве по сравнению с первым случаем При дальнейшем движении охлаждающей жидкости по контуру охл 1ждения г-шмо газоловушки часть газа отделяется от жидкости и скапливается в ловушке Накоп.пение газа продолжается до тех пор, пока не сработает репейный элемент сигнализации наличия газа., например повьшения давления в ловзгш- ке, появления в ней водорода, увеличения пульсаций проходящей охлаждающей жидкости и т.п. Это свидетельствует о нарушении газоплотности данного контура охлаждения, Тое. о появлении в нем дефекта.

На работающей печи при установившемся режиме -ее работы распределение эосстановительных процессов по высоте печи имеет определенный характер Такой же определенный характер имеют и температурное поле и состав восных зон зависит от состава дутья, расхода и.состава тогшивных добавок. Диоксид углерода в газе на уровне воздушных фурм отсутствует при

5 любом составе дутья из-за развития реакций газификации кокса, а содержание восстановительных компонентов колеблется: 32-38% у оксида углерода 1-10% у водорода, остальное 52-77% 0 У/азота, В верхней части шахты доменной печи, где восстановительные процессы прекращаются, состав колошникового газа принимает равновесный характер: среднее содержание диоксида

5 углерода составляет 12-18%, оксида углерода - 24-30%, водорода - 1-8%, остальное - азот. Причем содержание диоксида углерода на периферии и в центре печи минимальное и составляет

0 5-10%, а в рудном гребне максимальное - 20-28%..

Рассматривая газ из газоловушки дефектного контура охлаждения как пробу газа из печи, отобранную из

g периферийной зоны рабочего на горизонте расположения дефектного элемента контура, можно по известному заранее характеру распределения состава газа в печи точно локапизо0 вать по вертикали место нарушения системы охлаждения.

Для установления характера распределения состава газа на периферии печи необходимо определить его coc-f

5 тан, как минимум, в трех точках по высоте, например.в крайних точках (внизу - на уровне окислительных очагов, вверху - на колошнике под за- )1 дитными сегментами) и в середине (на границе охлаждаемой зоны шахты).

При выборе в качестве инденти- фикатора такого компонента состава газа как диоксид углерода можно уменьшить число контрольных точек по высоте до минимума - двух, так как содержание диоксида углерода в газе на уровне воздушных фурм на границе окислительных очагов точно определено и всегда равно нулю. Такой выбор

0

5

31

позволяет избежать трудностей организации бтбора проб газа из высокотемпературных очагов работающей печи на уровне воздушных фурм, в кото- температура достигает порядка .

Аппроксимация зависимости состава газа по высоте печи от фурменных очагов (1) осуществлена преобразованным полиномом Лагранжа второй степени по трем известным точкам:

( LC

--1:.-s.

fl- (c.-c,) (1)

где HO - высота расположения неисправного элемента охлаждения относительно оси воздушных фурм, м;

С а - содержание диоксида углерода в газе из газоловушки дефектного контура,%; - содержание диоксида углерода в газе периферийной зоны шахты верхнего горизонта (колошника),%; Сш - то же, нижнего горизонта

(середина шахты),%; Н - высота точки отбора газа верхнего горизонта относительно оси воздушных S. фурм, м; Н - то же, верхнего горизонта

м.

В качестве первой (нулевой) точки принято содержание диоксида углерода на уровне воздушных фурм, равное нулю.

Расстояние от оси воздушных фурм в формуле (1) обозначено как функция, а состав газа, содержание в нем диоксида углерода - как аргумен Подставляя формулу (1) периодическ определяемые значения содержания диоксида углерода в периферийном газе из середины и верха шахты до- меннйй печи, а также его содержание в газе из газоловушки дефектного контура системы охлаждения, находим высоту расположения поврежденного элемента охлаждения относительно оси воздушных фурм, что однозначно указывает на холодильник, в котором произошло нарушение целостности его трубки. Это позволяет оперативно отключить неисправный элемент, снизит

447859

затраты, связанные с его поиском, и ликвидировать поступление в печь , воды из неисправного -элемента, которое при задержке в принятии мер может привести к тяжелому расстройству хода (закозлению) доменной печи, перерасходу кокса и потерям производства.

Использование в способе для определения содержания диоксида углерода в газе из газоловушек системы охлаждения и в периферийном газе из середины и верха шахты печи сис- темы автоматического анализатора распределения состава газа по радиусу колошника позволяет наиболее технологически осуществить способ, органически вписать его в метроло0

5

гическое обеспечение доменной печи. Это гарантирует живучесть способа в условиях действующего доменного производства.

Способ осуществляется следуюш1им

5 образом.

Периодически, например два раза в смену, определяется содержание диоксида углерода в периферийном газе из середины и верха шахты. Со0 держание диоксида в газе производится в системе существующего на печах анализатора распределения состава газа по радиусу колошника.

По найденным значениям аппроксимируют зависимость распределения диоксида углерода в периферийном газе по высоте печи от оси воздушных фурм согласно формуле (1).

При появлении сигнала наличия

газа в газоловушке какого-либо контура охлаждения, что идентифицирует дефектный контур, пробу газа из газоловушки анализируют на содержание в нем диоксида углерода. Подставляя установленное значение содержания диоксида углерода в формулу (1), на- ходят расположение неисправного элемента в дефектном контуре охлаждения по высоте пеЧи.

На фиг.1 изображен разрез профиля доменной печи по дефектному контуру системы охлаждения, а на фиг.2 - кривая % аппроксимирующая изменение содержания диоксида угле- , рода в периферийном газе по высоте

5

печи с началом координат на оси воз душных фурм. На фиг.2 - обозначено: точки С ш, С а- соответставнно содержание диоксида на верхнем

горизонте (колошник), нижнем горизонте (шахте) и в дефектном контуре системы охлаждения; точки Н,

Н„

н соответственно высоты

чек отбора газа верхнего и нижнего горизонтов и высота дефектной точки относительно оси воздупшых фурм.

Пример. На доменной печи объемом 1310 м, оборудованной системой автоматического анализатора распределения состава газа по радиусу колошника печи в комплекте газоанализатора типа ГАК-1, машины по отбору проб газа по радиусу типа МПЗА-5.6, системы промежуточных емкостей для проб газа с дистанционно управляемыми клапанами и контроллером, обеспечивающим заданную последовательность и взаимодействие между элементами системы, дополнительно осуществляется отбор проб периферийного газа из середины шахты.

, Высота точек отбора газа относительно оси воздушных фурм составляет: верх шахты Н « 19,8 м, середина шахты Нщ 13,4 м.

Периодический анализ проб пери- ферийного газа на содержание в нем диоксида углерода дает устойчиво воспроизводимые значения для верхнего горизонта Сц 7,4%, нижнего - С ц, 5,5%.

Подставляя эти значения в формулу (1), можно привести ее до следующего уравнения второй степени с нулевыми значениями в начале систмы координат на уровне воздушных фурм:

Н

1,744-С + 0,126 Cj, (2)

С

где Нл - высота от уровня воздушных фурм, MJ

- содержание диоксида углерода в периферийном газе,

Уравнение (2) представляет собой обратную зависимость содержания диок сида углерода в периферийном газе по высоте доменной печи,.

Доменная печь оборудована системой охлаждения из плитовых холодильников с четырьмя залитыми водоохлаж- даемыми трубами: в шахте печи расположены пять горизонтальных поясов холодильников, в заплечиках - один и в фурменной зоне- - один, Б каждом поясе расположено по 36 холодильников (по удвоенному числу воздуршых

5

10

4478596

. фурм). Холодильники разных поясов соединены между так, что запитые в них водоохлаждаемые трубки образуют 144 вертикальных контура охлаждения, на каждом из которых по выходе из холодильников установлены газоловугаки с датчиками наличия в них газа.

При появлении сигнала о наличии газа в пятнадцатом вертикальном контуре охлаждения, проходящем 1через четвертый вертикальный ряд холодильников (третья по счету трубка), было 15 установлено, что данный контур имеет дефект.

Определение содержания диоксида углерода в газе из газоловушких де20 фектного контура дает устойчиво воспроизводимые значения (т.е. с разбегом, не превьшающим класс точности газоанализатора ГАК-1), равные Сь - 3,7%. Подставляя это значение в

25 формулу (1) или (2), находим, что высота расположения, дефекта относительно оси воздушных фурм составляет

30

Н5 1,744-3,7 + 0,1263,7 8,2 м.

0

Расположение дефекта по высоте печи указывает, что нарушение целостности системы охлаждения локалиэова- 5 но в третьем горизонтальном поясе холодильников шахты, а именно в четвертом холодильнике, в третьей его ) трубке.

Таким образом, контроль целостности элементов охлаждения доменной печи, осуществляемый по предлагаемому способу, позволяет точно локализовать расположение дефектного элемента как по вертикальным рядам холодильников и контурам охлаждения, так и по горизонтальным поясам холодильников. Это обусловливает снижение затрат ручного труда персонала пе ш, обслулсива- ющего систему охлаждения при поиске нарушения целостности элементов охлаждения, позволяет своевременно принять меры по отключению неисправного элемента и прекратить поступление воды в печь, которая может привести к тяжелому расстройству хода доменной печи (закозлеиию горна), потере производства и перерасходу кокса.

5

0

5

Формула

7 1447859

изобретения

Н

Способ контроля целостности элементов охлаждения доменной печи, включающий определение наличия газа в газоловушках подъемных трубок и определение дефектного контура охлаждения, отличающийся тем,, что, с целью уменьшения времени поиска неисправности за счет вертикальной локализации неисправного элемента охлаждения, дополнительно определяют содержание диоксида углерода в периферийном газе шахты печи не менее чем на двух горизонтах, определяют содержание диоксида углерода в газе из газоловугаки дефектного контура и находят высоту расположения неисправного элемента контура охлаждения по формуле

Осьотдорагаза бер)(незо горизонта

OCbomSffpa

еаза /ижнего eopu3ff/ /na.

5 С,%

Содержа диоксида 0us. f да в ffepu ff t2 y eaje

0Uf.Z

Н

С ч Г Hui . „-„И где II

5

0

3

2 f гт -г i - Й11 (Т Г 1

- г ск

высота расположения неисправного элемента охлажде-. ния относительно оси воздушных фурм, м;

Сп - содержание диоксида угле рода в газе из газоловугаки дефектного контура,%;

C.J - содержание диоксида углерода в газе периферийной зоны пахты верхнего горизонта (колошника),%; то же, нижнего горизонта (середина шахты),%;

Н - высота точки отбора газа верхнего горизонта относительно Оси воздушных фурм, м;

Нц, - то же, нижнего горизонта, м.

Ш

Boicoma am оси ф(/рм н.м