УДК 620.179.14
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА КОЖУХОВ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ И ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ МЕТОДОМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В.Л. Сивирюк, И.В. Грамотник, А.Н. Безруков, О.В. Проровская
Исследована возможность использования методики магнитного контроля напряженного состояния металлургических металлоконструкций, базирующейся на корреляционной зависимости между физико-механическими свойствами и коэрцитивной силой Н . Приведены примеры практического использования методики для оценки состояния кожухов доменных печей и воздухонагревателей. Установлены тенденции изменения состояния металла за длительный период времени.
Доменные печи и воздухонагреватели — одни из важнейших металлургических объектов, характеризуются тяжелыми режимами эксплуатации, что приводит к возникновению значительных нагрузок в материале их кожухов. В связи с непрерывностью металлургического производства и большими потерями при внеплановых остановках важнейшей задачей является оценка состояния металла кожухов этих объектов для технически обоснованного планирования объемов и сроков капитальных ремонтов.
На ОАО "ЗСМК" действуют две доменные печи и восемь воздухонагревателей.
Существенные факторы — размеры этих объектов. Так кожухи доменных печей имеют высоту более 40 м, диаметры 10—22 м и толщину 40—45 мм, а воздухонагреватели соответственно 50 м, 8 м и 20—25 мм.
Нагрузка, Н/мм2
Рис. 1. Зависимость между коэрцитивной силой Нс (А/см) и действующими напряжениями о (Н/мм2) при растяжении плоских образцов, изготовленных из стали 09Г2С.
Для оценки технического состояния металла кожухов доменных печей и воздухонагревателей выбрана методика магнитного контроля, ба-
зирующаяся на корреляционной зависимости между физико-механическими свойствами ферромагнитных материалов и величиной коэрцитивной силы Нс (А/см) [1—5]. Для определения коэрцитивной силы выбран магнитный структуроскоп КРМ-ЦК-2М с автономным питанием оснащенный приставным преобразователем на основе датчика Холла.
Рис. 2. Зависимость между разностью поперечных и продольных значений коэрцитивной силы Нс (А/см) и действующими напряжениями а (Н/мм2).
Предварительно получено уравнение зависимости между коэрцитивной силой Нс (А/см) и действующими напряжениями а (кН) при растяжении плоских образцов размером 350x60x12 мм, изготовленных из стали 09Г2С. На образцы устанавливали два преобразователя, вдоль и поперек направлению растяжения. Измерения проводили с интервалом 25 кН вплоть до разрушения образцов.
На рис. 1, 2 показан типичный пример исследованной зависимости. Видно, что разность значений поперечных и продольных измерений коэрцитивной силы относительно растяжения является наиболее информационной величиной. В результате исследования тридцати образцов получено уравнение регрессии приложенной нагрузки от коэрцитивной силы
а = 102,6Н пп - 65,53Н + 19,55,
п ' сип с пр ' '
где ап — предполагаемая нагрузка; Нспп — значение коэрцитивной силы при поперечном положении преобразователя; Н — при продольном положении преобразователя.
На доменных печах и воздухонагревателях были определены участки кожухов, испытывающие наибольшие нагрузки, и разработана схема контроля. На рис. 3, 4 показано, в каких сечениях проводили измерения коэрцитивной силы при горизонтальном и вертикальном положениях датчиков на участках, расположенных по периметру этих сечений через 2 м.
Для оценки состояния кожухов условно приняли, что значения предполагаемой нагрузки ниже 60 % (183 Н/мм2) от предела текучести <7т по ГОСТ 27772—88 для стали 09Г2С безопасны, значения от 60 % до 85 % от
Рис. 3. Уровни проведения замеров коэрцитивной силы Н (А/см) на кожухе воздухонагревателя.
0т (259 Н/мм2) находятся в контролируемой зоне и требуют повышенного внимания, свыше 85 % — критическая зона, так как в металле могут про-
Площадка № 4
Площадка № 3
Площадка № 2
Фурменная зона
Зона лещади
Отм. 13.000 £
Отм. 5.000
Рис. 4. Уровни проведения замеров коэрцитивной силы Н (А/см) на кожухе доменной печи.
исходить необратимые изменения. На рис. 5—9 приведены результаты измерений на воздухонагревателях № 2—4 и доменной печи № 3.
Как видно из рисунков, значения предполагаемой нагрузки не постоянны. На доменных печах происходят более значительные колебания нагрузки (особенно в зоне лещади), что обусловлено технологическими
2 5
200 г 180 ■ 160140120 100 80 60 40 20 0
Контролируемая зона
Безопасная зона
Точки
126.02.02 17.05.2002 | 126.09.02
6 7
117.10.2002 ■
60% от <3т
2 а?
се'
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Точки
¡26.02.021 | 17.05.2002 26.09.02
6 7 8 17.10.2002 - 60% от От
200 180 с 160
| 140 I 120 « 100 I 80
С 60 X 40 20 0
1
2
3
4
Точки
26.02.02 □ 17.05.2002 [~] 26.09.02
6
17.10.2002
60% от <3т
Рис. 5. Значения предполагаемой нагрузки (Н/мм2) на кожухах воздухонагревателей
№ 2, 3, 4.
2
3
5
8
5
7
особенностями их эксплуатации. Конструктивными особенностями кожуха печи обусловлены зоны относительно стабильных значений нагрузки в точках 7,8 и 24, 26. При сравнении средних значений поквартально виден незначительный, но стабильный рост нагрузки. Значения
предполагаемой нагрузки на участках контроля в основном находятся в пределах безопасной зоны.
Ось чугунной летки № 1 28 120С/
23 22
31.07.2002 30.09.2002 ■ 05.10.2002 | от вт
I — безопасная
зона
II — контролируемая
зона
Ось чугунной летки № 3 16 | ^
Ось чугунной летки № 2
Рис. 6. Распределение предполагаемой нагрузки (Н/мм2) на кожухе доменной печи № 3 в зоне лещади.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования описанной методики для оценки состояния
Ось чугунной летки № 1
24
23 22
21
Ось чугунной летки № 3 /
15
Ось чугунной летки №
23.07.2002 10.09.2002 07. 10.2002 60% от От
I — безопасная
зона
II — контролируемая
зона
Рис. 7. Распределение предполагаемой нагрузки (Н/мм2) на кожухе доменной печи № 3 в фурменной зоне.
кожухов доменных печей и воздухонагревателей. В настоящее время на ОАО "ЗСМК" проводятся работы, направленные на создание автомата-
зированной системы контроля кожухов доменных печей на базе опробованной методики с использованием структуроскопов КРМ-ЦК-2М и ста-
Ось чугунной летки № 1
Рис. 8. Распределение среднеквартальных нагрузок (2002 г.) на кожухе доменной
печи № 3 в зоне лещади.
ционарно установленных преобразователей, результаты которых позволят увеличить площадь зоны контроля, выполнять контроль в труднодо-
Ось чугунной летки № 1
Рис. 9. Распределение среднеквартальных нагрузок (2002 г.) на кожухе доменной
печи № 3 в фурменной зоне.
ступных и газоопасных местах, а также повысить оперативность контроля, что даст технологическому персоналу возможность получать досто-
верную информацию о состоянии кожуха печи и принимать обоснованные решения по изменению технологического процесса.
1. Христенко И.Н., Кривова В.В. Влияние пластической деформации на коэрцитивную силу малоуглеродистой стали.— Дефектоскопия, 1984, № 6, с. 90.
2.Мужицкий В.Ф., Попов Б.Е., Безлюдько Г.Я. и др. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса стальных металлоконструкций грузоподъемных кранов.— Дефектоскопия, 1996, № 3, с. 12—19.
3.Горкунов Э.С., Федоров В.П., Бухвалов А.Б., Веселов И.Н.Моделирование диаграммы деформирования на основе измерения ее магнитных характеристик.— Дефектоскопия, 1997, № 4, с. 87—95.
4. Попов Б.Е., Мужицкий В.Ф., Безлюдько Г.Я., Левин Е.А. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса подъемных сооружений.— Диагностика, 1998, № 3, с. 40—44.
5.Безлюдько Г.Я., Мужицкий В.Ф., Попов Б.Е. Магнитный контроль (по коэрцитивной силе) напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса стальных металлоконструкций.— Заводская лаборатория, 1999, № 9, с. 53—57.
ОАО "ЗСМК" Новокузнецк
Поступила в редакцию 13 января 2003 г.
ЛИТЕРАТУРА
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.