Способ контроля работы печи Советский патент 1993 года по МПК F27D19/00 F27D21/04 

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

Оперативная информация о состоянии огнеупорной футеровки печей исключительно важна как с точки зрения экономичной технологии, так и сточки 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 D основу решения данной проблемы..

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

Поставленная цель достигается тем, что, как и в известном способе, принятом за прототип, измерение температур в футеровке производят не менее, чем в двух точках по ее толщине на нескольких уровнях по высоте огнеупорной футеровки 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 s каждом дополнительном элементе ив футеровке выполняют одинаковыми/ а степень износа огнеупорной футеровки вычисляют как отношение убыли толщины футероаш к ее первоначальной толщине, причём 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.

7r47f7() + lr()

tAp I

tp- + WtK ) ЗГ l2 tl12)

tp-m + rgr {ti3-.tii3) + a tis-tiis), t

ке, в первом и втором дополнительных элементах, °С;

#р - коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к поверхности футеровки, 5 Вт/м2, град;

Аь Аг, Аз - коэффициенты теплопроводности материалов футеровки, первого и второго дополнительных элементов,

х - остаточная толщина кладки до первой точки измерения температур, м;

5i, 62,63 - 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 дополнительным элементом.

При соблюдении вышеуказанных условий каждое из уравнений системы (1) выведено из равенства значений величины плотности теплового потока от рабочей среды к поеерхности стенки и от поверхности в ее глубину, записанногочерезтеплофизиче- ские и геометрические параметры.. Распределение TeMnepatyp в футеровке и в дополнительных элементах при Аз м 6i - 5а 5з 5 имеет вид, представленный на фиг.1, где неупоминавшиеся ранее параметры: хо - исходная толщина футеровки до первой точки измерения температур,м, so - исходная толщина футеровки, м, s -остаточная толщина футеровки, м.

Действительно, величина плотности теплового потока, идущего от рабочей среды и проходящего через футеровку при условии стационарной теплопроводности может быть записана как

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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

где tp - температура рабочей среды, °С;

tiii t)2, Щ - температуры, измеренные в ближайшей к поверхности точке соответственно в футеровке кладки, в первом и втором дополнительных элементах, °С;

Ш. tiia, tii3 - температуры, измеренные во аторой точке соответственно в футеровgt

-

5

1 , х ctp AT

или

ai-tMrtl11

gt --ft AT

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

tp tu + -Igj )+ Ј(tn tin)

4

; В данном уравнении три неизвестных X,|tp И «р.

При соблюдении вышеупомянутых допущений и при условии, что расстояние от поверхности футеровки до ближайшей к ней точки измерения температур во всех мате- р лапах одинаковы, могут быть записаны два следующих уравнения системы (1) - через параметры дополнительных элементов - с т« ми же тремя неизвестными.Таким образом получаем систему трех уравнений с тремя неизвестными.

Теперь, получив экспериментально значения температур tn, tt2, Ш, tin, tii2, tin, и подставив их в известные теплофизические и геометрические параметры в систему (1), можно известными.методами решить ее для получения неизвестных значений параметров х, tp и (Zp.

Сопоставление заявляемого решения с

рототипом показывает, что заявляемый Способ отличается от известного тем, что:

Г 1. В футеровку печи дополнительно устанавливают не менее двух дополнительных элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга и от материала футеровки значениями коэффициентов теп- ; опроводности.

| Указанные отличия обеспечивают более высокую точность определения степени износа огнеупорной кладки, поскольку реализация заявляемого способа в отличие от прототипа не требует использования параметров, значения которых не могут быть получены с достаточной достоверностью, юлее того, заявляемый способ позволяет получить значения неподдающихся прямому контролю важных технологических параметров как температура рабочей среды у юверхности кладки и коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к стенке печи. ; Способ реализуется следующим обра- ом (см. фиг.2):

I - 1. В футеровку печи из огнеупорного Материала с коэффициентом теплопровод- Йости AI устанавливают дополнительные

элементы из огнеупорных материалов с коэффициентами теплопроводности Яг и Яз. причем 7 Аз.

5 известных параметров AI, А2, Аз, 5i, 62 и бз подставляют в уравнения системы (1), которую затем известными методами решают относительно искомых параметров х, tp . Пример реализации способа выполнен

0 для условий работы доменной печи № 6 ММК в верхней части ее шахты (1.5 м выше верхнего ряда холодильников). Для сокращения теплопотерь через дополнительный элемент с высоким значением коэффициен5 та теплопроводности Аз 10 Вт/м-грэд этот элемент выполнен составным (фиг.З)- с наружной стороны установлена тепловая заглушка из материала с низкой теплопроводностью ХА. Расстояния между

0 первой и второй точками измерения температур во всех элементах г риняты одинаковыми д Й2 5з д 0,2 м. Геометрические размеры и теплофизические параметры представлены в таблице. Значения темпе5 ратур tn, ti2, Ш, tin. tii2 и тиз получены из вычислительного эксперимента методом моделирования процесса стационарной теплопроводности с выполнением допущений заявляемого способа о равенстве тем0 пературы рабочей среды tp и коэффициента теплоотдачи от рабочей среды к поверхности стенки «р в зоне установки термодатчиков в материале футеровки и в дополнительных элементах.

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

Р tp 1000°С,

«р 200 Вт/м-град, х 0,1 м.

Таким образом убыль толщины футеровки составляет 0,12-0,1 0,02 м, а степень изно5 са 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

(а)

точки измерения температуры определяется по формуле:

„ (tp -tn)di Ai tn -tin «p

При подстановке в эту формулу истинных значений tp иар, 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 tp иар 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 по температуре в первой точке измерения tn, т.е. очевидно, что tp выше ш, однако насколько выше - зависит от остаточной толщины футеровки, т.е. искомой величины х, от условий теплообмена, т.е. йр 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 tP 1100°C):

(1100- 913)- 0,2 1 П991

х 913-747--ЖГ° 221мТаким образом, 10% - ошибка при выборе значения tp {что практически вполне реально) приводит к ошибке в определении износа футеровки, превышающей 100%.

Точность выбора второго неизвестного для способа - прототипа параметра сгр также 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. Из вида формулы (а) следует, что ошибка в выборе значения параметра «Р будет неодинаково влиять на результат определения х в различных диапазонах истинного значения параметра ар - при высоких его значения (1000 Вт/м-град и выше) ошибка в определении сер незначительна, при более низких значениях а$ - более существенна. Так, для условий нашего примера, если задаться значением «р 50 Вт/М град

(1000-913)-0,2 1 ппяцм x i-913 Г. 747---5(5-0,085 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

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.

0 Формула изобретения

Способ контроля работы печи, включающий измерение температуры не менее чем в двух точках по толщине огнеупорной футеровки печи на нескольких уровнях по высоте

5 огнеупорной футеровки печи, вычисление степени износа огнеупорной футеровки, о т- личающийся тем, что устанавливают в огнеупорной футеровке по ее высоте не менее двух дополнительных элементов из ог0 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 изме5 рения температур в каждом дополнительном sneMGHfe и в футеровке выполняют одинаковыми, а степень износа огнеупорной футеровки вычисляют как отношение убыли толщины футеровки к ее первона0 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

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

fin - tin) + Ј(tn- tin)

( - tli2) + gj (tl2 tM2)

ap-Vtl3 tn3)+ где tp - температура рабочей среды. °С;

tn, ti2, tis - температуры, измеренные в ближайшей к поверхности точке соответственно в первом и втором дополнительных элементах. °С;

tin, tii2, tii3- температуры, измеренные во второй точке соответственно в футеровке, в первом и вторам дополнительных элементах, °С;

ар - коэффициент теплоотдачи от рабо- чей среды к поверхности футеровки, Вт/м хград;

5Д.1, Kit Аз - коэффициенты теплопроводности материалов футеровки, первого и второго дополнительных элементов, Вт/м-град; х - остаточная толщина кладки до первой точки измерения температур, м;

0

5

0

tp to +

j(5t, 62, 5з - расстояния между первой и ВТОРОЙ точками измерения температур в футеровке, в первом и втором дополнительных элементах, м.

,ФИГ.1.

«Риг; г.

7 S / S

/ Л Л,

zz