Способ контроля состояния футеровки фосфорной рудно-термической печи Советский патент 1990 года по МПК C22B4/08 

1

(21)4448968/23-02

(22)16.05.88

(46) 30.05.90. Бюл. № 20

(71)Ленинррадский государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химической промышленности

(72)М.И.Лифсон, И.К.Беликова, Н.Д.Михайлова, П.Б.Гуральник, Л.Н.Реутович, М.П.Арлиевский

и А.П.Новлянский

(53)669.168(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 908829, кл. С 21 С 5/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1366544, кл. С 22 В 4/08, 1985.

(54)СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ ФОСФОРНОЙ РУДНО-ТЕРШЧЕСКОЙ ПЕЧИ

(57)Изобретение относится к способам контроля футеровки рудно-терми- ческих печей химической электроэнергии, в частности к контролю состояния футеровки в зонах ее активного

Изобретение относится к способам контроля футеровок рудно-термических печей химической электротермии, в частности к контролю состояния футеровки в зонах ее активного разрушения.

Цель изобретения - повышение точности определения износа футеровки и надежности работы печи.

Способ контроля включает определение расхода активной электроэнергии за определенный (выбранный) период работы печи, определение средней величины рабочей мощности печи, по веразрушения. Цель изобретения - повышение точности определения износа футеровки и повышение надежности работы печи. Способ контроля включает определение расхода активной электроэнергии за определенный период работы печи,- определение средней величины рабочей мощности печи Р и определение содержания пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве Ср .,. Затем определяют зависимость между краевым углом смачивания 9 и огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака с разным содержанием Pfl$ и строят зависимость Ср 0 f(cos б), по которой определяют расчетное значение Ср д. В случае превышения Ср Q расчетного над С р 0 фактическим фиксируют наличие в рпсплаве агрессивных примесей и определяют износ футеровки U за этот период времени с помощью зависимости U f(P,Cp05) по Ср /(..расчетному, полученному по графику зависимости Ср 0 f(cos в). 3 ил., 1 табл.

личине которой определяют оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве по формуле: С К-РП, где С - оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве,%; Р - средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч, Кип- эмпирические коэффициенты, зависящие от типоразмера рудно-термической печи. Затем определяют удельный износ футеровки по графику функции U f(P,C) и с учетом выбранного периода определяют фактический износ футеровки печи. Затем дополнитепьно определяют фактическое значение Р 0 $ в шлаке.

с ®

(Л

СП

О5 J

О

ел

методом химанализа.

Измеряют краевой угол смачивания (в) между огнеупорным материалом (футеровки) и расплавом шлака с разным содержанием и строят зависимост С р Q f(cos Э). Затем по ней определяют расчетную величину содержания в шлаке и сравнивают ее с ранее полученным фактическим значением в шлаке и в случае превышения Јвнтфиксируют наличие в расплаве агрессивных примесей,например оксидов железа, щелочей и серы, а износ футеровки за этот же период времени определяют с учетом наличия примесей, подставляя в график зависимости U f(P,C) не фактическое значение Ср , а расчетное, полученное по зависимости С р ., f(cos0).Pl°5

Необходимость предложенного способа обусловлена тем, что в связи с комплексным использованием запасов плезных ископаемых в настоящее время в производство фосфора в оольших количествах вовлекается фосфатное сырь низкого качества, чем значительно усложняется режим подготовки сырья для электротермии. В случае плохой термообработки фосфатного сырья в печь поступает сырье с завышенным содержанием соединений железа, серы, натрия, калия. Высокотемпературный шлаковый расплав, содержащий оксиды фосфора, железа, натрия, калия, серы является крайне агрессивным по отношению к огнеупорным материалам. В этих случаях точность определения износа футеровки только по содержанию будет неудовлетворительной.

Кроме того, опыт эксплуатации промышленных печей показывает, что для повышения точности контроля состояния футеровки работающей печи необходимо до установки огнеупора на промышленном агрегате проводить оценку химической стойкости огнеупора, в соответствии с которой отбраковывать непригодный упорный материал и получить прознозный срок службы огнеупора,что позволит дать обоснованный график планово-предупредительного ремонта. При выборе способа оценки скорости разъедания огнеупоров агрессивными средами необходимо учесть максимально возможное количество факторов, имеющих место при взаимодействии с огнеупорными материалами.

0

5

0

5

0

5

0

5

Исследованиями авторов установлена зависимость стойкости огнеупорного материала с краевым углом смачивания между ним и расплавом различного состава. Это позволило получить зависимость между краевым углом смачивания и расплавом шлака с различным содержанием . Смачивание характеризует природу взаимодействующих фаз, краевой угол смачивания служит мерой смачивания между поверхностью огнеупора и поверхностью расплава. Использование явления смачивания при оценки химической стойкости огнеупорных материалов позволяет учесть диффузионные процессы, межмолекулярные взаимодействия, которые предшествуют химическому взаимодействию в зоне контакта: огнеупор-рас- плав.

Определение зависимости Ср д f(cos0) осуществляется следующим образом.

Из футеровочного (стандартного) углеродистого блока изготавливают подложку - таблетки f 20 мм, толщиной 2 мм из шлака с постоянным отношением 0,85, содержанием Fez03 71,0; + ,5; S07 0,2 мас.% и разным содержанием Р205(С р2Ј5изменяется от 0,5 до 7 мас.%) изготавливают образцы в виде конуса с основанием 6 мм и высотой 13 мм.

В вакуумной печи сопротивления расплавляют образец шлака на подложке. Краевой угол смачивания определяют по результатам фотосъемки и за«- ерам контура капли расплава.

Пример расчета краевого угла смачивания (см.фиг.1,а,б):

а)в 90°;

е - 31п-ч--2н--- ); А , YA у +У

б)

6 90 + tg-4- O.

X

Зависимость в от содержания в фосфорном шлаке представлена ниже, на основании которой настроен график зависимости С р,0 Ј( $). Для талака Ср 0 1,5% & , равный 140°, считается эталонным.

Зависимость в от С

Ср пв шлаке Q °

гг °5

0,5145,0

1,0143,0

1,5140,0

2,5135,0

3,5130,0

5,0125,0

6,0120,0

7,0115,0

О влиянии примесей на износ футеровки можно судить по тому, что, например, для двух шлаков, имеющих Рг05 1,5%, Fe203 1,0, + + С 0,5 и отличающихся только по содержанию 80 0,6 и 0,8 соответственно краевой угол смачивания составляет 120 и 110°, т.е. равносильно износу футеровки с содержанием в шлаке 6,0 и 8,0%.

На фиг.2 приведена зависимость краевого угла смачивания от содержания в шлаке; на фиг.З - зависимость износа футеровки от количества потребляемой электроэнергии при различном содержании в шлаке.

График на фиг.З представляет собой функцию Uy f(P,Ck), где Uy - удельный износ футеровки, Р - средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч; Ck - содержание Рч.05 в шлаке (фактическое или расчетное),

График является комплексным, т.е. достоверным для печей различной мощности, так как оптимальные значения содержания в шлаке укладываются .в возможный диапазон отклонений, не снижая точности определения износа

футеровки.

i

i

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на примере определе- ния износа футеровки фосфорной печи РКЗ-48ФМ2 или РКЗ-80.

Фосфорная печь имеет три самоспекающихся электрода диаметром (d3) соответственно 1400 и 1700 мм, в зависимости от типоразмера печи, расположенных по треугольнику с размером (D.) 10500 мм и высотой 5650 мм В печь загружается исходная шихта, состоящая из трех компонентов: фосфорита, кварцита, и кокса. За счет тепла, образующегося в результате протекания тока по электродам, происходит плавление шихты и возгонка фосфора. В процессе плавки периоди%.

5676506

чески или непрерывно в зависимости от рабочей мощности печи не двух раз в смену определяют содержа-, ние PjO в шлаке и в зависимости от отклонения корректируют состав шихты. Пример 1. В начальный момент печь имеет следующие параметры плав-. ки: рабочая мощность Ри а 35 МВт, JQ ток электрода I 51 кА, напряжение печного трансформатора U 414 В. При этом cos (fa 0,981, температура под крышкой печи должна находиться в пределах 260-400°С. Отношение вы- 15 соты подэлектродного пространства к диаметру электрода поддерживают в пределах 0,65-0,9.

Учитывая, что рабочая мощность печи, а соответственно ток .электрода 20 в процессе работы печи могут изменяться по различным причинам, для построения модели эти значения усредняют следующим образом. Выбирают время усреднения смену (6 ч). Пред- 25 положим, за это время печь потребила 200 МВт (показание счетчика активной энергии), следовательно, средняя рабочая мощность 33,4 МВт, ток электрода за этот период колебался от 30 40 до 58 кА, 1эф 50 кА.

Пусть среднее фактическое содержание P2Oj в шлаке будет С 1,7%.

По зависимости U f(PtcJ) определяем удельный износ футеровки, кото- рый составляет 0,0452 г/см.

Одновременно с химическим анализом на определение содержания в шлаке измеряют краевой угол смачивания между огнеупорным материалом и расплавом шлака, который равен 140. По зависимости в f (Рз.05) определяют содержание Pfls B шлаке, оно равно з;1,6%, т.е. расчетное значение в шлаке соответствует факти- ческому и поэтому фиксируют, что агрессивных примесей в расплаве нет.

Относительное уменьшение расчетного значения P$0S в шлаке от фактического объясняется тем, что точность определения краевого угла смачивания зависит от субъективных причин и может колебаться в пределах ±1-2°, поэтому фиксация примесей в расплаве осуществляется юлько при отклонении расчетного значения P-jO от фактического более 0,5% P20S.

Износ футеровки :ы смену определяем по формуле U Uy t, где U - износ футеровки, г/см1; Uy- удельный

износ футеровки, г/см 1; t - время работы печи, ч, U - 0, 0,270 i/i,

П р л м t р 2. Определение и нюса футеровки за сутки.

Ежесменно определяют фактическое содержание шлаке химическим методом и кревые углы смачивания. Получены следующие результаты: фактическое содержание PjOj D шлакс ЛО 3,0; 2,8; 3,5; т.е. среднее Ск 2,7% Соответственно углы смачивания 139 , 130, 125, 120°.

Из зависимости (Pj,05) (фиг.2) определяют расчетное значение содержания в шлаке, получаем соответственно 2,0; 4,0; 5,5; 6,3%.

Потребление активной энергии можно опред п 1Ь (Ч мчпку акг ншый энергии по формуле af QCM- где QcfuQw-j соответственно предыдущие и последующие показания счетчика.

Потребление активной энергии можно определить и по формуле Q а P N-Kg , где Ра- средняя мощность печи за выбранный период работы печи, МВт/ч; N - календарное время работы печи, за выбранный промежуток времени, ч; К - коэффициент рабочего времени, К - 0,824.

g §20 а N-Га 24x0,82А

Пусть Qa QccT Qcn 820 МВт, тог41,46 МВт.

Сравнивают фактическое и расчетное значение РгО по сменам, соответственно: 2,0-2,0 0; 3,0-4,,0; 2,8-5,5 -2,7; 3,5-6,3 -2,8. По результатам сравнения делают вывод, что в первую смену состав шлака соответствует регламентному, а в остальные смены нет, так как превышение расчетного значения указывает на наличие агрессивных примесей в шлаке. Такими примесями могут быть оксиды железа, щелочи или сера, прг- чем наиболее агрессивна сера.

Для точного определения примесей необходимо провести дополнительный анализ исходной шихты, особенно на серу. Кроме того, причиной проявлени агрессивных примесей может быть недостаточная термообработка фосфатного сырья. В любом случае, чтобы уменьшить износ Футеровки, необходимо изменить шихтовку или электротехнологический режим плавки.

Износ футеровки в данном примере определяется следующим образом. По зависимости 1 f(CK,Pa) (фиг.З) оп

ределяют удельный износ футеровки за час для каждого расчетного значения P-jOj-, а именно: 0,075; 0,105; О, 160 0,240 г/см7.

Износ определяют по формуле U 21 vy, МККЯ (0,075+0,105+0,160+ +0,240)х6,00,824 0,580-4,944 2,876 г/см7.

Возможен расчет износа футеровки за сутки следующим образом.

В первую смену при отсутствии примесей износ равен U 0,051- 6824 0,252 г/см .

За три последующие смены определяют среднюю расчетную величину содержания P-j.O 5 з шкале

5

/ч .

кр- п

il0±5A5±6.t3 5±8

з з

20

5,3%.

0

5

0

5

Тогда износ футеровки за три последующие смены составит U Uy NK-K8 0,172-18-0,824 2,551 г/см2. Износ за сутки Ј11. 0,252+2,551 2,803 г/см4.

Относительная ошибка по сравнению с предыдущим расчетом составит

д- 2Л876-2Л803 1( 02,866

т.е. вполне допустимая погрешность. Сравним ошибку определения износа футеровки за сутки по прототипу и предлагаемым способам. По прототи- 5 ну U U -NK-KB 0,067-24-0,824

предлагаемому:

100 2,2%,

1 ,325 г/см2. По U 2,876 г/см г.

Таким образом, при наличии агрессивных примесей в шлаке ошибка в определении износа футеровки значительна 2 раза) .

П р и м е р 3. Рассмотрим осуществление предлагаемого способа определения стойкости футеровки перед установкой углеродистых блоков в печь.

Для стандартного углеродистого блока и фосфатного шлака, содержащего 1,5% и Мк 0,83-86, угол смачивания соответствует 0 140°. Этот угол смачивания принимается в качестве эталона при оценки стойкости огнеупорного материала и используется при экспресс-анализе блоков при их установке в печь.

Если угол смачивания меньше 135- 140 , то стойкость блока недостаточная и устанавливать в печь нельзя, так как он быстро выйдет из строя и создается аварийная ситуация.

Таким образом, последовательность осуществления способа следующая. Предварительно строят зависимость 9 f(P2Oj), как описано (фиг.1). Задают электротехнологический режим плавки, т.е. мощность, ток, напряжение, расстояние электрод-под, шихтовку, температуру под крышкой печи и т.д, За выбранный промежуток време- ни (смена, сутки и т.п.) определяют электрические параметры, расход активной электроэнергии, ток электрода, температуру и т.д. Определяют среднюю

но определять износ футеровки при наличии агрессивных примесей в шлаке. Кроме того, он позволяет провести предварительную отбраковку углеродистых блоков перед их установкой в печь и фиксировать нарушение электротехнологического режима плавки и режима термообработки шихты, загружаемой в печь.

Использование предлагаемого изобретения позволит более точно составлять график планово-предупредитель

Изобретение относится к способам контроля футеровки рудно-термических печей химической электротермии, в частности к контролю состояния футеровки в зонах ее активного разрушения. Цель изобретения - повышение точности определения износа футеровки и повышение надежности работы печи. Способ контроля включает определение расхода активной электроэнергии за определенный период работы печи, определение средней величины рабочей мощности печи P и определение содержания пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве C_PO. Затем определяют зависимость между краевым углом смачивания Θ между огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака с разным содержанием P₂O₅ и строят зависимость C_PO = F (COSΘ), по которой определяют расчетное значение C_PO. В случае превышения C_PO расчетного над C_PO фактическим фиксируют наличие в расплаве агрессивных примесей и определяют износ футеровки U за этот период времени с помощью зависимости U = F (P, C_PO) по C_PO расчетному, полученному по графику зависимости C_PO = F (COS Θ). 3 ил., 1 табл.

рабочую мощность за выбранный прсГмежу- ных ремонтов и избежать аварийных

25

30

ток времени (Рм). Определяют раз или два в смену содержание в шлаке, измеряют краевой угол смачивания между расплавом шлака и материалом футеровки. Ежесменно по зависимости 6 jn f(P2Oj) определяют расчетное значение PiOs в шлаке и сравнивают с соответствующими значениями , определяемыми известным методом (химанали- зом). В случае превышения расчетного значения фактического фиксируют наличие агрессивных примесей в расплаве и информируют от этом технолога. Далее износ футеровки можно определить двумя путями. Определяют удельный износ футеровки за каждую - смену по зависимости U f (РСЦ,СК) (фиг.З), причем там, где расчетное значение содержания PjOj превышает фактическое, берут Ск расчетное. Определяют износ футеровки за выбран- 35 ный промежуток времени суммированием износа за смену.

Второй вариант: выявляют смены, в которых шлак соответствует регламентному и не соответствует. Усред- няют содержание PjOj- в шлаке для тех и других смен. По зависимости Uy fCP.Cfc) определяют удельный износ для обоих случаев, далее по формуле U UyNx Kjj определяют износ футеровки путем их суммирования.

В качестве основной единицы, характеризующей работу обслуживающего персонала, является смена, поэтому и целесообразно оценивать износ футеровки за смену. Соответственно за этот промежуток целесообразно усреднять значения рабочей мощности, содержание в шлаке и т.п.

Предлагаемый способ определения

40

45

остановок печи из-за выхода из стр футеровки. Это позволит увеличить эффициент рабочего времени печи на 0,01-0,02%.

Формула «изобретени

Способ контроля состояния футер ки фосфорной рудно-термической печ включающий определение расхода активной электроэнергии за определен ный период работы печи, средней ве чины рабочей мощности печи и средн фактической величины содержания Р в шлаке за тот же промежуток време и определение удельного износа фут ровки по графику функции

U f(P,C), где Р - средняя величина рабочей

мощности печи, МВт; С - фактическое содержание (С р7оу) в шлаковом расплаве, %; U - удельный износ футеровки,

г/смг, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности контрол износа футеровки печи в промышленны условиях и надежности работы печи, дополнительно измеряют краевой угол смачивания между огнеупорным матери алом футеровки и расплавом шлака, по заранее полученной зависимости между краевым углом смачивания и с держанием в шлаке определяют

50 расчетное значение сравниваю его со средней фактической величино в шлаке, при превышении расчет ным значением в шлаке фактичес кого определение удельного износа

55 Футеровки производят по расчетному

износа футеровки позволяет более точ- значению (С р., Ог) в шлаке.

остановок печи из-за выхода из строя футеровки. Это позволит увеличить коэффициент рабочего времени печи на 0,01-0,02%.

Формула «изобретения

Способ контроля состояния футеров- ки фосфорной рудно-термической печи, включающий определение расхода активной электроэнергии за определенный период работы печи, средней величины рабочей мощности печи и средней фактической величины содержания в шлаке за тот же промежуток времени и определение удельного износа футеровки по графику функции

U f(P,C), где Р - средняя величина рабочей

мощности печи, МВт; С - фактическое содержание (С р7оу) в шлаковом расплаве, %; U - удельный износ футеровки,

г/смг, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности контроля износа футеровки печи в промышленных условиях и надежности работы печи, дополнительно измеряют краевой угол смачивания между огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака, по заранее полученной зависимости между краевым углом смачивания и содержанием в шлаке определяют

расчетное значение сравнивают его со средней фактической величиной в шлаке, при превышении расчетным значением в шлаке фактического определение удельного износа

Футеровки производят по расчетному

Г

т

т

U9

ш

at

т т т w

105

аи i,o ц

Раиа8

икарознераш

наг

250

200

НО

т

50

V

V OJ Фи.3

Редактор О.Спесивых

Составитель Т.Морозова

Техред л.Олийнык Корректор В.Кабаций

Заказ 1303

Тираж 488

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

4«feif ZUL

Фчг tft

7,1%

««

Подписное