УДК 669.162.212
ОПЫТ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПРОФИЛЯ РАБОТАЮЩИХ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
©Лежнев Геннадий Петрович,
ООО «Диагностика металлургических агрегатов и Технология», Тел. + 7 (3519) 37 57 37, e-mail: dma_t@mail.ru;
Прохоров Иван Евгеньевич, канд. техн. наук,
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова. Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38. Тел.: + 7 (3519) 29 84 30;
Щеглов Эдуард Михайлович, Ляпин Сергей Семенович,
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат»;
Портнов Леонид Владимирович,
ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат»;
Денисов Анатолий Васильевич,
ОАО «Челябинский металлургический комбинат»;
Шпонько Александр Анатольевич, канд. техн. наук, ООО «Диагностика металлургических агрегатов и Технология»
В статье отменено большое влияние профиля доменных печей на технико-экономические показатели их работы. Рабочий профиль может существенно отличаться от проектного и требуется оперативное его определение. Показано, что возможно оперативно контролировать профиль работающих доменных печей акустическим методом неразрушающего контроля. Приведены примеры результатов диагностики в сопоставлении с данными о выдувке доменных печей и вероятными причинами наблюдаемых изменений рабочего профиля. Ключевые слова: печь доменная, профиль, настыль, способы диагностики Статья поступила 24.09.2008 г.
Многовековой опыт эксплуатации доменных печей выявил большое влияние профиля доменной печи (ДП) на технико-экономические показатели ее работы. Рациональный профиль печи способствует ровному сходу шихтовых материалов, что при поддержании максимального перепада давления газов обеспечивает достижение высокой производительности печи при низком расходе топлива. В настоящее время сформировались основные научные подходы к расчету профиля ДП, учитывающие:
• закономерности противоточного теплообмена между газом и шихтой;
• механику движения сыпучих материалов в условиях их противотока с газами;
• закономерности распределения газов по радиусу ДП.
Приложения этих фундаментальных подходов позволили разработать конкретные решения, вошедшие в практику проектирования профиля доменной печи (ДП):
- выполнение шахты с переменным углом наклона стен (меньшим в верхней зоне интенсивного теплообмена) [1];
- выбор очертаний заплечиков и распара, обеспечивающих исключение образования застойных зон, что снижает вероятность нерегулируемого образования гарнисажа;
- выполнение заплечиков с переменным углом наклона, что позволяет снизить градиент давлений в области воздушных фурм и, соответственно, вероятность нижних подвисаний шихты [2].
Футеровка из стойких к разрушению в условиях ДП огнеупоров на основе карбида кремния (.ЧКЛ в со-
четании с высокоэффективными системами охлаждения позволяет сформировать достаточно устойчивый к разгару профиль ДП уже при ее строительстве. Однако рабочий профиль печи в процессе ее эксплуатации может существенно отличаться от проектного вследствие образования излишнего гарнисажа или настылей. Качественное и своевременное определение геометрического положения и размеров настылей или излишнего гарнисажа является весьма актуальной задачей, особенно при значительных технологических расстройствах хода печей с потерей производительности. Результаты своевременного инструментального контроля состояния рабочего профиля ДП позволяют разработать технологические приемы и мероприятия, позволяющие исправить нежелательные искажения профиля и вернуть его рациональные очертания.
Для диагностики рабочего профиля ДП применяются различные методы оценки толщины огнеупорной футеровки и гарнисажа:
- определение количества тепла, отводимого холодильниками (теплосъем);
- расчет температурных полей по показаниям термопар, расположенных в футеровке [3];
- отбор керна (бурение до температур -600 °С);
- контроль по заложенным радиоактивным элементам;
- различные варианты акустической диагности-
ки [4]. 1
Все перечисленные методы имеют недостатки: по- ^ вязка холодильников, изменение плотности набойки (футеровки) и зарастание трубок холодильников ис- | кажают результаты определения толщины футеровки < и гарнисажа по величине теплосъема; науглерожива- г
Рис. 1. Искажение профиля доменной печи с системой охлаждения медными плитовыми холодильниками
Рис. 2. Настыли в нижней части шахты доменной печи при выплавке ферромарганца
ние термопар, их разрушение или появление трещин в футеровке обусловливают несоответствие результатов расчета температурных полей действительному профилю; наличие многочисленных шумов затрудняет выделение сигналов от границ разделов футеровки при акустических способах диагностики.
Специалистами по неразрушающему контролю ООО «Диагностика металлургических агрегатов и Технология» (ДМАиТ) совместно с технологами-доменщиками разработан акустический метод определения фактического состояния профиля работающих доменных печей. В нем используется принцип акусгико-эмиссионного метода неразрушающего контроля (НК). На кожухе ДП устанавливаются датчики, которые регистрируют акустические волны, образую-
щиеся в футеровке работающей ДП. Датчики располагают в виде антенной группы с шагом, зависящим от конкретных конструктивных особенностей футеровки и кожуха ДП. Благодаря применению уникального алгоритма обработки акустических сигналов обеспечивается выделение полезного сигнала и фильтрация помех. После анализа полученных данных рассчитывается рабочий профиль ДП.
Разработанный метод оперативного контроля состояния профиля успешно используется, помогая технологам выявлять и устранять причины неудовлетворительной работы доменных печей. На рис. 1 представлены результаты диагностики состояния профиля первой в России ДП, в системе охлаждения низа шахты и распара которой использованы медные холодильники. Необходимость диагностики была вызвана неудовлетворительной работой печи после изменения сырьевой базы предприятия [5]. Результаты диагностики выявили значительное отклонение рабочего профиля печи от проектного, вызванное нарастанием гарнисажа значительной толщины в основном в зоне расположения медных холодильников. Вероятной причиной нарастания гарнисажа явилось увеличение содержания тугоплавких магнезиальных шпинелей в первичных шлаках ДП и колебания теплового состояния печи, приводившие к соответствующим изменениям положения корней зоны когезии. В результате в зоне интенсивного теплоотвода образовался прочный гарнисаж. Принятые меры по распределению шихты и применению промывочных материалов в ее составе позволили в значительной мере улучшить профиль печи и увеличить выплавку чугуна на 150-200 т в сутки (на 6-8%).
Аналогичные результаты получены с применением метода неразрушающего контроля при диагностике состояния профиля малой ДГ1 (объем 250 м2), выплавляющей ферромарганец. В нижней части шахты этой печи была обнаружена кольцевая настыль (рис. 2), которую удалось впоследствии ликвидировать технологическими приемами без выдувки доменной печи. В результате производительность печи увеличилась на 12%.
Диагностику состояния профиля шахты ДП объемом 3200 м3 во время ее тяжелого технологического расстройства с потерей производительности на 50% проводили в связи с предположением об образовании настыли в нижней части шахты. Основанием для такого предположения было снижение тепловых потерь с охлаждающей водой в этой части печи. Проведенный контроль состояния футеровки с помощью акустического метода не выявил каких-либо настылей в шахте. Результаты этого контроля были подтверждены при визуальном осмотре состояния футеровки во время опускания уровня засыпи до нижнего ряда холодильников шахты. Нормальная работа печи была восстановлена путем формирования структуры столба шихты при работе на пониженном стабильном перепаде давления, который поддерживали постоянным, изменяя давление газа на колошнике.
Кроме оценки состояния профиля ДП акустический метод ООО «ДМАиТ» применяется для оценки
011140
В13440 <314240
Рис. 3. Износ горна и лещади доменной печи объемом 3000 м3:1 - профиль по данным диагностики; 2 - выдувочный профиль; 3 - кольцевая трещина
толщины остаточной футеровки и толщины гарнисажа в горне в конце кампании ДП с целью оптимизации времени проведения их капитального ремонта I разряда, а также для адаптации применяемых на многих печах систем мониторинга разгара футеровки горна на основе измерения температуры углеродистых блоков с помощью закладных термопар. Получение достоверной информации об остаточной толщине футеровки и гарнисажа в наиболее ответственных зонах горна и лещади позволяет принимать решение о продлении кампании печи и о необходимости принятия мер по наращиванию гарнисажа в этих зонах путем загрузки в цечь гарниса-жеобразующих добавок (титансодержащие материалы, шунгит). Такой контроль в конце кампании ДП с помощью акустического метода проводится систематически на большинстве крупных металлургических предприятий России, помогая минимизировать расходы на капитальные ремонты ДП. Так, проведенная диагностика состояния футеровки горна на ДП объемом 3000 м3 позволила принять решение о переносе срока ремонта печи на 1,3 года, хотя высокие тепловые нагрузки на холодильники горна вызывали тревогу. Через год повторная диагностика состояния футеровки горна на этой печи показала необходимость ремонта, который и был проведен. При выдувке и разборке футеровки горна печи результаты диагностики остаточной толщины стен горна и лещади были подтверждены на 90% (рис. 3).
Результаты наших обследований фактического профиля футеровки горна и лещади печей и анализ условий их работы позволяют назвать следующие основные причины износа футеровки, которые определяют продолжительность кампании доменных печей:
• низкая дренажная способность коксовой насадки в горне ДП, обусловливающая развитие периферийных потоков продуктов плавки во время выпусков, которые ускоряют износ и размывание гарнисажа и футеровки;
• повышенный физический нагрева чугуна, приводящий к росту растворимости в нем углерода, что ухудшает условия образования железо-углеродистого гарнисажа в горне;
• продолжи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.