автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование управления технологией доменного процесса на основе применения ультразвуковой диагностики кладки горна и лещади



На правах рукописи

ЗА^ОСКОВЦЕВ ДЕНИС ЕВГЕНЬЕВИЧ

2 7 окт 1998

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ КЛАДКИ ГОРНА И ЛЕЩАДИ

Специальности 05.16.02 - Металлургия черных металлов и 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск -¡998

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова - (МГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Иванов Н. И.

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор Вачаев А. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Федулов Ю. В.;

доцент, кандидат технических наук, Кацай ДА.

Ведущее предприятие - ОАО "Мечел" (г. Челябинск).

Защита состоится "_"_ 1998 г. в 15 часов на

заседани диссертационного совета Д 063.04.01 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. ГЛ. Носова.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим отправлять по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ.

Автореферат разослан "_"_1998 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета . .„X

доцеш.к.т.н. Л л» Iiy^^ В.Н.Селиванов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Надежность и долговечность работы доменных печен в настоящее время ограничивается сроком службы футеровки горна и лещади, что в свою очередь связано с особенностями двух основных видов разрушения этих зон доменной печи. Первый из них связан с износом самих углеродистых блоков за счет проникновения чугуна, щелочей, цинка через поры и микротрещины. В областях, куда проникает чугун, возникает "'охрулченный слой" с резко пониженными прочностными свойствами. Разрушение блока в этом случае связано с многократно повторяющимся процессом образования и скалывания "охрупченных слоев". Происходит это в основном на стыке стенок горна и летали.

Вторым видом разрушения футеровки лещади является всплытие углеродистых блоков без их повреждения в случае проникновения чугуна в стык между рядами. Этот вид разрушения происходит в случае горизонтального размещения блоков и приводит к исчезновению целых рядов. Поэтому для решения проблемы повышения эксплуатационной надежности и увеличения продолжительности кампании доменньи печей, большое значение имеет контроль за физико-механическим состоянием кладки: наличием трещин (их величиной), настыли (ее толщиной), рабочим профилем лещади и горна, изменением объемов перерожденного углерода, гарнисажа.

Главным преимуществом такого контроля является своевременное выявление участков износа футеровки и наличия гарнисажа в лещади, объема и профиля перерожденного углерода, по которым можно прогнозировать динамику разгара и, как следствие, обеспечивать оптимальную и безопасную работу печи.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Разработка методики ультразвукового контроля за состоянием кладки доменной печи, позволяющей управлять процессом поддержания ее горна н лещади.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА основных результатов полученных автором в

ходе решения поставленных задач заключается в том, что разработаны:

• возможность управления технологическим процессом поддержания горна и лещади доменной печи;

» новый метод восстановления кладки горна и лещади, на основе результатов ультразвуковой диагностики при задувке доменной печи, после полугодового простоя, с застывшем металлом;

» номограмма определения поступления титана в шихте, содержания его в чугуне и шлаке, необходимой температуры чугуна на выпуске;

• комплекс математических моделей, позволяющий определять по скорости распространения ультразвука и времени прохождения ультразвуковой волны показатели, характеризующие состояние кладки горна и лещади доменной печи (фактические размеры футеровки, наличие настыли, температуру рабочей поверхности кладки, ее размыв, величину гарнисажного слоя, наличие трещин, их количество на единицу площади, глубину проникновения влаги, процентное содержание влаги, цинка);

• математическая модель взаимосвязи времени прохождения ультразвука в массивном теле ( лещадь и т.д.) с температурным распределением в нем;

• методика ультразвукового кошроля горна и лещади доменной печи.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

• способ и алгоритм управления состоянием горна и лещади доменной печи;

• номограмма определения поступления титана с шихтой, содержания его в чугуне и шлаке, необходимой температуры чугуна на выпуске;

• метод восстановления кладки горна и лещади, на основе результатов ультразвуковой диагностики при задувке доменной печи, после полугодового простоя, с застывшем металлом;

• математические связи скорости распространения (времени прохождения)

ультразвука с фнзко-механнчеекнмн характеристиками огнеупорной кладки горна и лещади;

• методика ультразвукового контроля за состоянием горна и лещади доменном печи:

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Предложена и реализована новая методика кошроля за состоянием горна и лещади доменной печи, позволяющая своевременно определять участей износа футеровки, измерять температуру рабочей поверхности кладки, установите наличие участка перерожденного углерода гарнисажа, затвердевшего металла и определять их объемы, оценить наличие трещин, их величину и количество на единицу площади футеровки, остаточную величину кладки, процентное содержание цинка, влаги и фронт ее распространения; разработан и опробован алгоритм управления толщиной гарнисажного слоя, реализация которого на доменных печах №7 и 10 АО "ММК", позволила выработать ряд рекомендации по использованию титаносодержаицих материалов в шихте и работе фурм; кроме того, оперативный контроль за состоянием горна и лещади доменной печи № 10 позволил продлить ее кампанию на 1 год и 4 месяца.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты докладывались н обсуждались;

• на межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" /Магнитогорск, 1996 г./; на международном конгрессе доменщиков /Магнитогорск, 1997 г./;

• на всероснйской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Перспективные матернаггы: получение и технологии обработки" /Красноярск, 1998 г./;

• на техническом совете АО "ММК";

• на семинарах МГТУ металлургического факультета;

• материалы диссертации изложены в шести статьях и докладах.

Результаты исследований прошли апробацию и внедрение в доменное

производство АО "ММК".

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит т введения, пята глав, заключения, списка используемой литературы из 127 наименований. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, включая 69 рисунков, приложение (23 таблицы и 5 рисунков).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Техническое состояние элементов конструкций во многом определяет продолжительность кампании доменной печи. Одним из основных элементов является огнеупорная кладка, состояние которой необходимо учитывать для безопасной и производительной работы печи. Влияние состояния кладки на условия работы печи обусловлено дефектами футеровки (разгар, гарнисаж, настыль, сколы, посечки, трещины, к т. д.). Так, например, образование устойчивой настыли на стенках печи приводит к зависанию шихты и отклонению тепловых потоков от оптимального. Вследствие преждевременного износа огнеупорной футеровки в 1985 г. на доменной печи Мв 9 АО "ММК" произошла авария (ремонт I разряда проводился в 19S3 г.). В результате, следующий ремонт i разряда провели в 1986 г. Таким образом, продолжительность кампании составила три года вместо 12,5 лет.

Учитывая условия работы печей (непостоянство состава шихты, колебания тепловых нагрузок, интенсивность работы и т. д.), целесообразно сделать вывод о необходимости оперативного контроля за состоянием кладки доменной печи. Вопросом контроля за состоянием огнеупорной футеровки занимаются ученые Японии, Англии, США, России и других стран (школа профессора Б.И. Китаева: В.Г. Ярошенко, A.M. Спирин и др., A.M. Банных, H.H. Боборыкин, М.А. Стефанович, Ю.В. Федулов, В.К. Кропотов).

Предложенные ранее способы имеют ряд недостатков, которые не позволяют в полной мере оценить состояние футеровки. Поэтому необходима разработка нового способа и методики диагностики элементов конструкций

доменной печи.

Решению данной задачи и посвяшены исследования настоящей диссертационной работы, которые включают: выявление основных факторов, влияющих на скорость распространения ультразвуковых колебаний в огнеупорной футеровке, математических связей между этими факторами и скоростью ультразвука, обоснование оптимальной частоты и мощности ультразвуковых колебаний, разработку алгоритма обработки информации, полученной при контроле.

Поэтому для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

» установить взаимосвязь в формализованном виде между скоростью распространения ультразвуковых колебаний и физико-механическими, теплофизическими характеристиками огнеупорных изделий (остаточной длиной огнеупорного изделия, трещиноватостью, размером трещин, влажностью, глубиной проникновения влаги, устойчивостью к разрушению, содержанием цинка, температурой, наличием пустот, рыхлостей).

• разработать алгоритм расчетов состояния кладки и определения рабочего профиля лещади доменной печи по данным ультразвуковой диагностики.

• разработать методик}'контроля состояния огнеупорной кладки горна и лещади доменной печи.

• разработать алгоритм управления по поддержанию горна и лещади доменной печи.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОГНЕУПОРНОГО ИЗДЕЛИЯ ПО СКОРОСТИ УЛЬТРАЗЕУРСА

Огнеупорные изделия металлургических тепловых агрегатов в зависимости от марки имеют определенный минералогический и петрографический состав, пористость, прочность и другие инженерно-физические свойства. Однако в процессе эксплуатации они, как известно,

подвергаются одностороннему воздействию высоких периодически меняющихся температур, агрессивных печных газов, шлакометаллйческих расплавов и тл. В результате этого происходит разрушение огнеупоров. Основным параметром, характеризующим физические свойства огнеупоров, как и любых пород, будет являться скорость продольных волн \гр. В связи с этим утверждается, что свою информативность эта характеристика среды сохраняет и в нарушенных огнеупорах. Кроме того установлено, что коэффициент теплопроводности и скорость звука в твердом теле взаимосвязаны, а первый зависит от температуры. Следовательно, и скорость ультразвука должна зависеть от нее. Исходя из этой гипотезы, был выполнен значительный объем экспериментальных исследований по изучению характера измерения скорости продольных и поперечных волн в ненарушенных и нарушенных огнеупорах.

Для измерении распространения ультразвука по длине образца использован зеркально-теневой метод. Измерение величины трещин, остаточной длины огнеупорного изделия (1ф) осуществляли на физической модели футеровки доменной печи.

В процессе эксперимента кладка подвергалась механическому воздействию, в результате чего образовались трещины, вывалы, на что дефектоскоп мгновенно реагировал.

Измерение процентного содержания цинка, влаги осуществляли по скорости ультразвука. Для этого огнеупорное изделие помещали в расплавленный цинк, воду и через определенное время, физико-химическим и физическими способами /ГОСТ 8735-65/ соответственно определяли процентное содержание цинка и влаги в образцах, а также скорость ультразвука с помощью дефектоскопа УК-14П.

Для определения расгояния пройденного ультразвуком необходимо знать разность между скоростью ультразвука пройденного в холодном объекте и скоростью ультразвука на рабочей печи: У=У(+АУ, где

АУ=ЛЬ/Лт= (Ь-<1)/(т-то); У= Ь/т, в то же время

Ь=(1+АЬ-*-Ь=Уо(х-Лх)+ДЬ

(1 - диаметр лещади печи, м; Ь - длина пройденная ультразвуком, м.

Ь = 1)(х+Ахг)(т-Дх)-1, /2.1/

где х - время пройденное ультразвуком на рабочей печи,' с; хц - время пройденное улыразпуком в холодном псч!!, с; Дх = х - ю.

При торцевом нагреве для кварцеодержащнх огнеупоров характерно повышение скорости ультразвука до температуры 600-700 °С с дальнейшим ее падением, что можно объяснить кодификационными превращениями решетки 8Ю2.

Эти кривые описываются уравнением типа:

У,=яГр"ь, м/с /2.2/

где а и Ь эмпирические коэффициенты, зависящие от марки огнеупора.

Выразив скорость ультразвука через путь, пройденный ультразвуковой волной, и время, получим:

1р-<а11ф/Аху1У\ /2.3/

ще 1ф -фактическая толщина футеровки в точке снятия информации, м.

В огнеупорных изделиях марки ПХСП, МХСП, ПУД5, ХМ, БХМ, ФХ, бетоне жаропрочном, кирпиче красном, силикатном, набивке магнезитовой, ДМ, пернклазоушеродистом кирпиче скорость ультразвука уменьшается с увеличением температуры, т.е.:

Ур =ЬкГ„ , м/с /2.4/ где Ь, к -эмпирические коэффициенты.

Тогда У„/(Ь-к),сС /2.5/

С другой стороны, I, = рА^+ж, "С /2.6/

гдеАт - время прохождения ультразвуковой волны через огнеупорное изделие, с.

Прировняв уравнения /2.3/ и /2.4/, а также /2.5/ и /2.6/ соответственно получим возможность измерения фактической длины огнеупорного изделия по времени прохождения ультразвуковой волны через него

для кварцеодержащих: 1ф = Ат(р Ат,+ж)"ьа, мм /2.7/

для остальных: 1ф =[Ь-к(р Ат'+х)] Ах , мм /2.8/

где р, Я, г -эмпирические коэффициенты.

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что величина

трещины, температура рабочей поверхности огнеупора и скорость ультразвука взаимосвязаны и описываются уравнением:

где т, Л, f -эмпирические коэффициенты зависящие от марки огнеупора;

Ас -время прохождения ультразвуковой волны по длине (1ф) огнеупора.

Для установления взаимосвязи скорости ультразвука, интенсивности трещиноватости и процентного содержания цинка, огнеупорное изделие марки шамот подвергали воздействию его паров в течении 24, 48, 72, 96 часов. Затем, соответственно, на образцах подсчитьшалась интенсивность трещиноватости со (количество трещин на единице площади) и коэффициент устойчивости (ку) огнеупорного изделия, показывающий какую часть от нормативной прочности на сжатие составляет прочность поврежденного образца. Результаты исследования показали что:

где 0>, Л, М, N - эмпирические коэффициенты, зависящие от марки

1/(«,п)Чи (ДтЛф*( тчЬ,)), мм

/2.9/

о = ((2егр[-Е. Ч^/аи-МД* ехр[-Е. Ч, Ч1))ш, к, = (1ф1/Атсхр[-Е, Ч, Ч]) - М,

/2.10/

/2.11/

огнеупорного изделия; Е- - относительный модуль упругости, для спеченных огнеупоров 1-1.2, для не спеченных 1.5-2.0; tp н t - температура наружного и внутреннего, по отношению к рабочему пространству печп, торца изделия, соответственно.

Результаты позволили установить зависимость по которой можно судить о процентном содержании цинка:

а -(5,64 (1ф/'(Атехр[-Ев Ч,,'fj)» 0М5 % /2.12/

Результаты эксперимента свидетельствуют. что с глубиной проникновения влага скорость ультразвука уменьшается и, из рассмотренных, наименьшая у пернклазоуглсродпстых. Так, при одинаковой глубине проникновения влаги, она меньше в 1.09 раза, чем у изделий марки ПХСП. Но характер перемещения влага одинаков и описывается уравнением:

h = (ВАхехр[-Е."Ч,"Ч]/1ф) - А, мм /2.13/

где А и В -эмпирические коэффициенты.

Процентное содержание влаги можно определить по формуле:

W=H - (Glt/AxexpIEVV1*]). % /2.14/

где VV -процентное содержание влаги в огнеупоре, %; Н и G -эмпирические коэффициенты

Таким образом, в результате проведенных исследований получены математические модели позволяющие определить по времени (скорости) распространения ультразвуковой волны показатели, характеризующие состояние огнеупорной кладки доменной лечи: фактические размеры футеровки, наличие вывалов, настылей, температуру рабочей поверхности, размеры трещин н их количество на единицу площади, структурное ослабление, глубину проникновения влаги, процентное содержание влаги, цинка.

3. МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОГНЕУПОРНОЙ КЛАДКИ ПЕЧИ

На основе лабораторных и теоретических исследований определен вид зависимости tp(t). Данная кривая отображает распределение температуры и ее взаимосвязь со временем прохождения ультразвуковой волны X в кладке лещади. Уравнение определения температуры доя каждой точки отражения ультразвуковых колебаний имеет вид:

г

-1 а+ + Ai)-с*(т1 + Ai)

Wj = Q 10 +t, /3.1/

где t и t|K«uJ - соответственно температура кожуха лещади и в точке отражения ультразвуковых колебаний, "С; а, Ь, с -эмпирические коэффициенты; Q -коэффициент, учитывающий изменение распределения температур в зависимости от угла прозвучнвания; xi -время прохождения ультразвуковой волны до точки отражения; Ах = X«, - х*с - разность между временем прохождения ультразвуковых колебаний до противоположной стены лещади при прохождении луча ультразвука через нижнюю точку разгара Хкр = 4.83sin(90°- а) и временем прохождения ультразвука до противоположной стены лещади под углом а (тм); а - угол прозвучнвания объекта исследования.

Для Ах < 0 коэффициент изменения распределения температур в объеме исследуемого объекта Q, имеет вид:

G = (<ЖАт)1. /3.2 /

Для Ах > 0 G имеет вид: G = f At" + k , /3.3/

где f, h, k -эмпирические коэффициенты.

Определение смещения нижней точки разгара относительно центральной оси осуществляется по совокупности информации, полученной при горизонтальном прозвучиванин, методом поиска.

Х\ + Лх, если предполагаемое смещение нижней точки разгара перед центральной осью печи и Ц - Ах, если эта точка за центральной осью. При поиске смешения нижней точки разгара изменение времени прохождения ультразвука Ах в уравнении /3.1 / не учитывается.

Определив температуру в каждой точке отражения, можно рассчитать скорость ультразвука по формуле:

V,, =3814-0.6185^«.^, м/с /3.4/

. Зная скорость Ур( и время прохождения ультразвуковых, отражении ц, получим путь, пройденный ультразвуковой волной до отражения:

81=У,,х,,м /3.5/

Истинные значения расчетных величин будут иметь вид: (ршст = ^«ю/ 8Ш(90°-О£) , /3.6/

V,b-.tr = Ур!/ ч!п(90°-а), /3.7/

йыгг^ в/ яш(90°-а) . /3 8/

Затем по точке ликвидуса (для чугуна 1150°С) определяется разгар. Определение состояния кладки шахты доменной печи сводится к решению нескольких уравненнй: температуры рабочего торца фактической • длины кирпича 1$; расстояние до границы сухого во влажном огнеупоре 11 (по необходимости): коэффициента устойчивости Ку остаточной длины огнеупорного изделия; интенсивности трещиноватости в остаточной длине огнеупора ©

По монтажным чертежам определяется минимальное количество

отражений ультразвуковых колебаний в футеровке доменной печи Р.

Для углов, отличных от перпендикулярного прозвучнвания, следует учитывать зтол прозвучнвания а относительно горизонта (а-90°)

Xj - T,sin(90°-a) , /3.9/

где Tj -пересчитанные значения времени прохождения улыразвзтеа до точки отражения, с: X) -время прохождения ультразвуковых колебаний до отражения, с.

Время прохождения ультразвука в футеровке печи определяется по формуле: At' =Хк - х». /3.10/

где "С* -время прохождения ультразвуковых колебаний до рабочего торца огнеупорного изделия; х« -время прохождения ультразвуковых колебаний до холодного торца огнеупора.

Бели реальное количество отраженных сигналов превышает количество Р, то это свидетельствует о наличии либо трещины, либо настыли, либо и того и другого. В этом случае определение состояния кладки доменной печи производится по следующему алгоритму:

1. При Xjb, > тьвкдмл, где tjn, -время прохождения ультразвука до дальней точки отражения, с, timascui -время прохождения ультразвука до рабочего торца огнеупорного изделия.

При этом условии: Xtm = - tin, где t^.j -предыдущий сигнал, с, Хя -время прохождения ультразвука в настыли, с. По известному Бремени прохождения ультразвука I» определяем температуру горячего торца настыли ^н/'С его размеры 1ф, м: (рк = р1я' + 1, /3.11/

!ф =(а-кг-крхн)тн. /3.12/

Затем необходимо определить состояние огнеупорного изделия. Для

этого предполагается, что в огнеупорном изделии присутствует трещина, если количество отраженных сигналов Р' больше количества Р более, чем на один сигнал, иначе Аг = x^a.i - X(щ.*. Таким образом, Ах = x^.i - ijra j. По формулам 10, 13, 16, 17 определяем температуру рабочего торца огнеупорного изделия tp, фактический размер взятого участка и трещи новатооть ы.

Если Л) = 0, то трещин нет, следовательно, т^з -холодный горец огнеупорного изделия, следовательно, Ах = ты-1 - ты-г и определяется температура рабочего торца огнеупорного изделия tp, его фактическим размер 1ф, его коэффициент устойчивости К,. Если ш > 0, то Tim-: -трещина, тогда определяем размер трещины 1тр, tp, 1ф, Ку и <о. При с» = 0, трещина /пустота, рыхлость/ находятся между кожухом и огнеупорным изделием.

2. При ifa, > Tjpj.^.ui настыль отсутствует, либо настыль не препятствует нормальному сходу шихты, так как она достаточно мала. В этом случае, Ах = Thn.i - tin,.!, а определение характеристик огнеупора и дальнейшие рассуждения аналогичны предыдущему пункту.

3. При Тщ, < Тшлдол и при количестве отраженных сигналов Р' меньше количества Р можно говорить с большой достоверностью об износе огнеупорного изделия.

4. Если Tim я xiaawtfi, а Р'<Р, то произошло спекание огнеупора.

Исследуемые величины, характеризующие состояние огнеупорной кладки доменной печи, определяются по формулам 3, 5,7,8,9, 10, II, 13.

• Учитывая угол прозвучивания а относительно горизонта, получим истинные характеристики огнеупорной кладки:

W = tp/»in(90°- а) ; 1ф.шт = l$/sin(90°- a); Ir,.,,^ = lrp/sln(90°- а); Кумп = K,/sin(90°- а); lw«r = h/sin(90°- а); QW = ffl/sin(90°- а).

Совокупность полученных данных дает полную картину состояния ог неупорной кладки доменной печи.

Ультразвуковое сканирование проводится зеркально-теневым методом, основанном на получении необходимой информации от серии отраженных сигналов. Для определения состояния кладки используется ультразвуковой прибор УК-14П с приставкой АБЗИП (автоматический блок запоминания информации переносной). Сигнал генерируется пьезопреобразователем П111-0.06-П3.1 с волноводом,

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ АКОСТМА

Разработанная система успешно прошла испытания на седьмой и десятой доменных печах АО "ММК".

По разработанной методике была получена информация о состоянии лещади доменной печи № 7 и 10. Результаты расчетов позволили построить разгары лещадей рис. 1, 2,3 и 4.

Оперативный контроль за состоянием застывшего "козла" доменная печь №7 при задувке печи, после полугодового простоя, позволил проследить процесс его расплавления и получить информацию об изменении его конфигурации в динамике. Это способствовало принятию решения об интенсивном нагреве центральной части "козла", за счет чего удалось избежать периферийного его расширения и как следствие разрыва футеровки.

Результаты диагностики по десятой печи (рис. 2) позволили разработать алгоритм управления толщиной гарнисажиого слоя.

Raa 1. РЕсггр горти дахада доменной ncni № 7 по вертшсальшму разрезу

Pi ах 2 Топогргфичесетй шип разгара лещади доменной печи № 7

Риа 3. Paar^ixpitaH :кгцщщдомжшЙ11ечи№ 10 m вертикалшому разрезу

Рис. 4. Топографический план разгара лоцзди домавюй печи № 10

5. УПРАВЛЕНИЕ ТОЛЩИНОЙ ГАРНИСАЖНОГО СЛОЯ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Анализ работы доменной печи № 10 и результатов ультразвуковой диагностики за период с сентября 1996 года по январь 1997 позволил разработать алгоритм оптимальной подачи шихты, содержащей тугоплавкие материалы.

Известно, что гитан, содержащийся в шихте образует карбонитрияы титана в ходе доменной плавки. Температура плавления этих соединений превышает температуру плавления чугуна. Таким образом, образовавшиеся тугоплавкие соединения, имея большую плотность, оседают в горне. Вследствие чего образуется гарнисажный слой предохраняющий кладку горна и лещади. Однако объем гарнисажного слоя влияет на производительность печи, кроме того, в ходе эксплуатации печи кладка горна и лещади вследствие разных причин разрушается, в результате чего часть чугуна остается в горне. Так же не целесообразен большой объем гарнисажного слоя в печи, когда кладка имеет проектный профиль, так как он уменьшает полезный объем горна. Таким образом становится очевидным, что оптимальная толщина гарнисажного слоя должна быть равной толщине выгоревшей хяадки горна и лещади.

Анализ работы печи за период с сентября 1996 года по 3! января 1997 года позволил определить необходимые показатели плавки и разработать номограмму. По номограмме определяется необходимое содержание титана в железорудной части шихты Он=Г(Ьс|.г.«.). Так, после определения необходимого содержания в шихте (^н^ОЬр.г.«.) по функциям: [(]Т1]~Г(ОТО. (чТ1)=Г(<2Т1), <1Тш=Г((2Т1) определяются соответственно содержание титана в чугуне, шлаке и горне (невязка). Зная содержание титана в чугуне, определяется необходимая температура чугуна на выпуске Т=1Х[чТ1]).

А налим статистических данных за этот период позволил разработать

алгоритм управления образованием гарнисажного слоя в доменной печи.

По данным ультразвуковой диагностики определяется объем V и средняя глубина зумпфа Ь3. Очевидно, что средняя высота гарнисажного слоя Ьср.г.о не должна превышать средней глубины зумпфа

Затем необходимо определить достаточное содержание титана в железорудной части шихты (^ц в зависимости от средней оптимальной высоты гарнисажного слоя ЬГра-.о или объема V.

Ьср.г., = 1.163У ,м /5.1/

Как известно для того, чтобы заполнить объём пустот гарнисажем, необходимо подать определённое количество титана в чистом виде или в составе железорудной части шихты. С этой целью на основе статистических данных установлена взаимосвязь суммарного количества титана, поступающего в шихту и средней величины гарнисажного слоя: 41Д44

Он = 0.0641Ь«,^., , % /5.2/

Взаимосвязь количества титана, поступающего с качканарскими, соколовскими окатышами, агломератом магнитогорских агломерационных фабрик и количество этих составляющих, поступающих в шихту доменной печи установлены по соотношениям вида:

-5

ч Г..К = 0.0011 * 10*ч.к.к , % /5.3/

-4

-11 2.45 -1.46*10 *<[»►<•<

ЧТ1.с= 1.61*10 * Чок.( * е , % /5.4/

-4

-14 3.07 -1.66*10 "4»ГЛ

яг..» = 7.02*10 * О ,% /5.5/

где qTi.it, qгм:, qтl.з - соответственно количество, титана поступающего в шихту с качканарскими, соколовскими окатышами, агломератом Магнитогорск)гх

агломерационных фабрик.

По определенному содержанию титана в железорудной части шихты Qri, методом перебора определяется оптимальный состав железорудной части шихты: Qn = qTi.K + qn.« +qai . /5.6/

Однако для решения данной оптимизационной задачи необходимо соблюсти следующие условия: суммарная стоимость железорудной части шихты должна быть минимальной, содержание двуокиси титана в шлаке должно быть не более 1.2-1.4% (что соответствует (qn)=0.43"¿ титана), а содержание в чугуне [qii)<-0.7%. Для поддержания гарнисажного слоя на одном уровне, Qr, необходимо сохранять равное 0.072% при температуре чугуна на выпуске 1490°С.

Таким образом первым критерием задачи является : С = CVq.nj, + C2*q«.« + С3*Яжгл = rain , /5.7/

где С - суммарная стоимость пгтаносодержащей части шихты, тыс. руб.: Ci] Сг, С) - соответственно стоимость одной тонны качканарских, соколовских окатышей и агломерата магнитогорских агломерационных фабрик.

По но?лограмме определяется содержание титана в шлаке и в чугуне. На графике (<Jti)- f(Qn) видно, что при 0.0965 < Qn < 0.1245 содержание титана в шлаке превышает 0.43%. Поэтому если Qn принадлежит первой половине данного интервала, то Qn присваивается значение 0.096. Если же оно принадлежит второй половине интервала, то ему присваивается значение 0.125. Таким образом второй критерии имеет вид: Qr, í? [0.0965; 0.1245] , 5 3/

Расчет ведется для времени наращивания tu = 55 суток. Пятьдесят пять суток время наиболее благоприятное, т.к. мало сказывается на ходе плавки.

При определении нового Qn , для него определяется hcp.r средняя высота гарннсажа, которая нарастает за 55 суток с новой Qn. Далее находится слой

гарнисажа, на которой больше или меньше 11«Р.г:

АЬг - Ь ср.г.о - Ьср.г , /5.9/

В конечном итоге определяется время необходимое для проведения наращивания: = 55-АЬГ/V), , /5.10/

гае V], - скорость наращивания гарнисажа 0.00272 м/сут. Таким образом при необходимости более быстрого наращивания гарнисажа возможно определение удовлетворяющее данному условию.

Следующим критерием задачи является - производительность печи. Так-как максимальная производительность печи П определена проектом, следовательно суммарная подача тнтаносодержащи.ч материалов не должна превышать максимально возможной загрузки:

+ +ч«гл ^ П*1.58 , /5.11/

где ф - подача иных железорудных компонентов.

После решения оптимизационной задачи по номограмме определяются: содержание титана в чугуне ^ц] и в ишаке (4x1). оптимальная температура чугуна на выпуске Т, невязка титана дпл.

Таким образом используя методы обработки статистических данных был получен алгоритм оптимальной подачи титаносодержащих в шихте.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ существующих способов контроля состояния огнеупорной кладки металлургических теплоагрегатов, проведены теоретические и экспериментальные исследования и осуществлен контроль с помощью продольных ультразвуковых волн.

2. Доказана на десятой печи АО "ММК"' взаимосвязь между теплопроводностью и упругими характеристика ми нагретого массивного тела. Установлены функциональные зависимости между скоростью /временем/ распространения ультразвука и температурой рабочего торца огаеупора, фактической его данной размером трещины, интенсивностью трещиноватости, коэффициентом устойчивости огнеупорного изделия, процентным

содержанием цинка и его глубиной проникновения, распределением температурного поля в кладке лещади.

3. Разработаны алгоритмы определения рабочего профиля и состояния кладки горна н лещади, доменной печи.

4. Разработан алгоритм управления толщиной гарнисажного слоя в доменной печи.

5. Разработана номограмма определения необходимого содержания титана в железорудной части шихты, содержания титана в чугуне и шлаке, необходимой температуры чугуна на выпуске.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. .Замосковцев Д.Е., Кищук В.Д. К вопросу создания автоматизированной системы контроля огнеупорной футеровки ультразвуком. /•' Автоматическое управление металлургическими процессами под ред. Б.Н. Парсункина. - Магнитогорск: 1996, - С. 45.

2. Вачаев АД Замосковцев Д.Е. Изменение скорости ультразвука в огнеупорной футеровке. II Межгосударственная научно-техническая конференция "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века": тезисы докладов. — Магнитогорск, 1996,-С. 122.

3. Вачаев А.В, Замосковцев Д.Е. Измерение температуры при нагревании огнеупорных изделий по скорости ультразвука. // Межгосударственная научно-техническая конференция "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века": тезисы докладов. - Магнитогорск, 1996.-С. 123.

4. Вачаев A.B. Замосковцев Д.Е. Влияние дефектов в огнеупорной футеровке на скорость ультразвука. II Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Сб. науч. тр., т.5 - Магнитогорск, 1996. - С. 164-169.

5. Вачаев А.В, Замосковцев Д.Е. Изменение скорости ультразвука в зависимости от температуры. // Проблемы развития металлургии Урала на

рубеже XXIвека: Сб. науч. тр., т.5 - Магнитогорск, 1996.-С. 170-176.

6. Замосковцев Д.Е.. Кищук ВД., Чаплоусский A.A. Использование ультразвуковой диагностики при регулировании гарнисажного слоя. // Сб. докладов IV международного конгресса доменщиков "Доменное производство на рубеже XXI века". - Магнитогорск, 1997. - С. 7.

7. Замосковцев Д.Е. Результаты ультразвуковой диагностики горна и лещади доменной печи Мг 10 АО "ММК". // Перспективные материалы: получение н технологии обработки: тезисы докладов. - Красноярск, 1998. - С. 30.

8. Замосковцев Д.Е., Терентьев ВЛ. Результаты ультразвуковой диагностики горна и лещади доменной печи № 7 АО "ММК". // Перспективные материалы: получение и технологии обработки: тезисы докладов. - Красноярск, 1998. - С. 31.



-J?

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Г. И. НОСОВА

ЗАМОСКОВЦЕВ Денис Евгеньевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ КЛАДКИ ГОРНА И ЛЕЩАДИ

Специальности 05.16.02 - Металлургия черных металлов и 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем

Диссертация на соискание ученой степени кандидо наук

Научный руководитель: проф., докт. техн. наук

Н.И. Иванов Научный консультант: проф., канд. техн. наук A.B. Вачаев

На правах рукописи

управления

Магнитогорск 1998

АКТ

о внедрении методики ультразвуковой диагностики горна и лещади доменной печи, предложенной Замосковцевым Д.Е. Методика подтверждается:

1. Уменьшением объема горна на соответствующий объем гар-нисажного слоя и "тотермана".

2. Увеличением тепловых нагрузок на холодильниках второго ряда лещади доменной печи № 10 АО "ММК" в районе 6-8 фурм и о пределенного в этом же районе малого зумпфа

3. Наличие "тотермана" подтверждается горением фурм на десятой печи.

4. Данные диагностики по печи № 7 подтверждаются визуальным осмотром поверхности застывшего материала

Использование методики ультразвуковой диагностики позволило:

1. Провести корректировку титаносодержащей части шихты для равномерного распределения гарнисажа в горне.

2. Продлить эксплуатационную кампанию доменной печи № 10, остановка которой предполагается на конец I полугодия 1998 года, вместо февраля-марта 1997года

Начальник доме цеха

Помощник на> доменного це:

Сединкин В.И.

Чаплоуский А. А.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ,

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ состояния рабочей поверхности доменной печи_6

1.2. Технологические меры по продлению кампании доменной печи_^_;_9

1.3. Анализ существующих способов контроля за состоянием рабочей поверхности доменных печей___14

1.4. Анализ существующих способов контроля за состоянием рабочей поверхности сталеплавильных печей, ковшей и других тепловых агрегатов_23

1.5. Основные факторы, определяющие выбор метода ультразвуковой дефектоскопии_28

1.6. Задачи и методы исследования_34

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ОГНЕУПОРНОГО ИЗДЕЛИЯ ПО

СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

2.1. Методика проведения лабораторных исследований_36

2.2. Взаимосвязь длины огнеупорных изделий со скоростью ультразвука_42

2.3. Измерение температуры поверхности огнеупорной футеровки со стороны рабочего пространства _46

2.4. Измерение величины трещины по скорости ультразвука_48

2.5. Измерение интенсивности трещиноватости огнеупорной футеровки со стороны рабочей поверхности по скорости ультразвука_50

2.6. Измерение перемещения фронта влажности и

процентного содержания влаги в огнеупорной футеровке

по скорости ультразвука__56

2.7. Выводы по главе_57

3. МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РАБОЧЕЙ

ПОВЕРХНОСТИ ШАХТЫ И ЛЕЩАДИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

3.1. Объект контроля: огнеупорная футеровка шахты и

лещадь доменной печи__60

3.2. Выбор и обоснование основных параметров контроля_61

3.3. Выбор и разработка средств контроля_65

3.4. Программное обеспечение и алгоритм расчета разгара_71

3.5. Алгоритм контроля состояния кладки

огнеупорной футеровки доменной печи_79

3.6. Работа с системой АКОСТМА _82

3.7. Выводы по главе_83

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНТЯ ОГНЕУПОРНОЙ КЛАДКИ ЛЕЩАДИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ №10, №7 АО "ММК"

4.1. Результаты диагностики состояния огнеупорной кладки лещади доменной печи № 10 АО "ММК" на 21.10.96 г_85

4.2. Результаты диагностики состояния огнеупорной кладки лещади доменной печи № 10 АО "ММК" на 15.12.96 г_92

4.3. Результаты диагностики состояния огнеупорной кладки лещади доменной печи № 10 АО "ММК" на 31.01.97 г_96

4.4. Результаты диагностики состояния огнеупорной кладки лещади доменной печи № 7 АО "ММК" на 18.02.97 г_101

4.5. Выводы по главе_105

5. УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЕМ ГАРНИСАЖНОГО СЛОЯ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

5.1. Определение доли титана в шихте, содержание его в шлаке и чугуне, а также необходимые температуры чугуна

на выпуске_112

5.2. Статистический анализ результатов управления состоянием кладки горна подачей тианосодержащей части

шихты в доменную печь № 10_116

5.3. Алгоритм управления образованием гарнисажного слоя в доменной печи_130

5.4. Выводы по главе_136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ_137

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК_139

ПРИЛОЖЕНИЕ__150

ВВЕДЕНИЕ

Техническое состояние элементов конструкций во многом определяет продолжительность кампании доменной печи. Одним из основных элементов является огнеупорная кладка, состояние которой необходимо учитывать для безопасной и производительной работы печи. Влияние состояния кладки на условия работы печи обусловлено дефектами футеровки (разгар, гарнисаж, настыль, сколы, посечки, трещины, и т.д.). Так, например, образование устойчивой настыли на стенках печи приводит к зависанию шихты и отклонению тепловых потоков от оптимального. Вследствие преждевременного износа огнеупорной футеровки в 1985 г. на доменной печи №9 АО "ММК" произошла авария (ремонт 1 разряда проводился в 1983 г.). В результате, следующий ремонт 1 разряда провели в 1986 г. Таким образом, продолжительность кампании составила три года вместо 12,5 лет.

Учитывая условия работы печей (непостоянство состава шихты, колебания тепловых нагрузок, интенсивность работы и т.д.), целесообразно сделать вывод о необходимости оперативного контроля за состоянием кладки доменной печи. Вопросом контроля за состоянием огнеупорной футеровки занимаются многие ученые Японии, Англии, США, России и других стран (школа профессора Б.И. Китаева: В.Г. Ярошенко, A.M. Спирин и др., A.M. Банных, H.H. Боборыкин, М.А. Стефанович, Ю.В. Федулов, В.К. Кропотов).

Предложенные ранее способы имеют ряд недостатков, которые не позволяют в полной мере оценить состояние футеровки. Поэтому необходима разработка нового способа и методики диагностики элементов конструкций доменной печи.

Решению данной задачи и посвящены исследования настоящей диссертационной работы, которые включают: выявление основных факторов, влияющих на скорость распространения ультразвуковых колебаний в огнеупорной футеровке, математических связей между этими факторами и ско-

ростью ультразвука, обоснование оптимальной частоты и мощности ультразвуковых колебаний, разработку алгоритма обработки информации, полученной при контроле.

Для решения поставленных задач был применен комплексный метод исследования, включающий анализ и обобщение имеющихся разработок в этой области, теоретические и экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование, технико-экономическое обоснование и математическую статистику, составление программы и расчеты на ЭВМ. Производственные эксперименты проводились на доменных печах № 10, №7 АО "ММК".

Благодарю коллективы кафедры Т и ЭС (кандидата технических наук, профессора A.B. Вачаева) и кафедры МЧМ (кандидата технических наук, доцента В.Г. Дружкова), доменного цеха (Сидинкина В.И., Терентьева B.JL, Чаплоусского A.A.) и Центра энергосберегающих технологий, которые оказали всестороннюю помощь в выполнении данной работы.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ состояния рабочей поверхности доменной печи

Продолжительность кампаний между капитальными ремонтами и величина потерь тепла с охлаждающей средой в значительной мере определяются сроком службы огнеупоров в тепловых агрегатах.

Установлено, что стойкость футеровки в разных по высоте участках печи различна /1...16/, причем разрушение огнеупорной футеровки этих зон часто происходит уже в первые месяцы работы после строительства или капитального ремонта. При изучении состояния кладки в ходе капремонта, установлено, что на ее боковых стенках имеются трещины, интенсивно развивающиеся, и частично преобразующиеся в достаточно глубокие отверстия/13, 15,17/.

На рабочей поверхности футеровки обнаружены легкоплавкие соединения типа стекла /6, 16, 18/, которые встречаются в трещинах футеровки как в растрескавшемся, так и в расплавленном состояниях /19/.

Большинство исследователей свидетельствуют об абразивном износе верхней части шахты доменных печей. Абразивный износ нижней ее части считается второстепенным фактором, поскольку износ футеровки очень значителен, а явных признаков других видов износа нет /20/.

При изучении состояния кладки печи в процессе работы отдельные авторы /4, 21, 22/ указывают о наличии отложений цинка и цинкита, сажистого углерода /23/, нарушений первичной структуры огнеупоров /4, 18, 24/, гарнисажа. Металлический цинк встречается в трещинах и швах кладки нижней части шахты, тогда как отложения окиси цинка (цинкита) наблюдаются по всей высоте печи и являются основным компонентом настылей в газоотводах и верхней части шахты /25/.

На ММК в 1959... 1963 г. зарастание газоотводов цинкитом представляло серьезную проблему. Определение содержания цинка в огнеупорной

футеровке в этот период показало, что максимальное содержание его приходится на распар и нижнюю половину шахты /12/.

Питак Н.В. утверждает, что поры, швы и трещины силикатных огнеупоров насыщаются жидкими и газообразными компонентами шихты из газовой среды; о разложении муллита и образовании новых соединений из стекла, о восстановлении новообразований и истирании продуктов реакции нисходящими и восходящими потоками /26/.

Установлено, что температура рабочей поверхности футеровки снижается при увеличении теплопроводности огнеупоров и интенсивности охлаждения футеровки /28/, что обуславливает образование гарнисажа и "настыли" /27...31/. Ее основными составляющими являются куски обожженного известняка и кокса. В верхних горизонтах отдельные куски известняка различных размеров спрессованы в сравнительно легко разрушаемую массу, пропитанную сажистым углеродом и небольшим количеством железистых включений. По мере опускания к основанию появляются настыли в виде спекшейся и оплавленной массы /32...34/.

Характер износа углеродистой кладки горна и лещади зарубежных доменных печей практически идентичен характеру износа отечественных печей. Считают, что грибообразный характер вертикального разрушения блоков связан с тем, что верхние ряды блоков выше и ниже чугунной летки защищены гарнисажем, а ниже этой зоны чугун и кокс истирают незащищенный блок /35/. Предполагают, что основное влияние на износ блоков оказывает интенсивность перемещения материалов, которая затухает с ростом глубины приямка по экспоненте. Специалисты пришли к выводу, что разрушение углеродистых блоков носит эрозийно-химический характер, на который существенно влияют тепловые процессы, уровень последних связан с образованием трещин напряжения в длинных блоках.

Сотрудниками фирмы "Хооговенс" (Нидерланды), установлено, что на разрушение футеровки оказывают влияние абразивный износ, наличие щелочей и тепловая нагрузка.

Анализ характера разгара горна и лещади доменных печей в странах Европы и Японии позволил выделить два его основных типа. Первый характеризуется чашеобразным износом самой лещади, а второй - износом стенок горна в области сочленения их с лещадью на уровне, расположенном на 2 м ниже оси чугунных леток.

Результаты исследований выдутых и охлажденных доменных печей Японии свидетельствуют о наличии хрупких слоев в углеродистой кладке горна /36/. Считается, что одной из причин их образования является тепловое воздействие на стены горна. На модели горна экспериментально подтвердили возникновение трещин на расстоянии 1/3 от рабочей поверхности блока, когда его расширение составляет 30 - 50 % свободного хода /37/.

Проникновение чугуна, щелочей и цинка в углеродистые блоки через поры и микротрещины являются одним из видов их разрушения. В области, куда проник чугун, возникает охрупченный слой с резко пониженными прочностными свойствами /38/. Разрушение блока в этом случае связано с многократно повторяющимися процессами образования и скалывания охрупченных слоев.

В случае проникновения чугуна в стык между рядами происходит всплытие углеродистых блоков. Этот вид разрушения происходит в случае горизонтального размещения блоков и приводит к исчезновению целых рядов/38/.

Исследователи фирмы "Син Ниппон Сэйтэцу" в различных сечениях ряда выдутых доменных печей выявили значительное местное разъедание углеродистого кирпича в боковых стенах, расположенного в двух метрах от уровня выпускного отверстия. Установили, что жидкий чугун проникал в поры размером 1 мкм и более крупные в углеродистом кирпиче и что на этих участках существовал хрупкий слой /37/.

Выводы, сделанные в работе /39/ Стефановичем М.А., Кропотовым В.К. и Дружковым В.Г. свидетельствуют, что контроль за состоянием

кладки доменной печи необходим не только с точки зрения безопасности работы печи, но и с точки зрения технологии.

Следовательно, для качественного ведения технологического процесса, предупреждения возможной аварии и перерасхода топлива, увеличения срока межкапитальных ремонтов и т.д. необходимо поддержание рабочей поверхности доменной печи в соответствии с эксплуатационными требованиями. Для этого необходимо своевременное проведение ремонтов в зависимости от состояния оборудования, его частей, узлов, деталей. При такой стратегии решающим моментом является установление закономерностей степеней повреждения футеровки, по которым должны определяться соответствующие ремонты. Конструктивно такая стратегия должна оформляться применением систем диагностики и их функционированием через современные ЭВМ, процессоры и т.д.

1.2. Технологические меры по продлению кампании

доменных печей

На доменной печи № 2 в Ошве, кампания которой продолжается двенадцатый год, осуществляли замедление роста температуры лещади с помощью различных средств измерения в нижней части печи и с привлечением данных о распределении шихты на колошнике /40/. Считают, что температура лещади возрастает в результате разрушения гарнисажа под воздействием потока металла в печи, а также, что наличие и интенсивность потока в горне тесно связаны с массой выпускаемого чугуна, нагрузкой со стороны столба газовому потоку, связанному с этими факторами, всплытием и погружением массы материала в зоне металлоприемника.

В результате анализа измерений, выполненных с помощью различных средств, установили следующее:

- температура лещади возрастает одновременно с повышением температуры газа, контролируемой зондом в верхней части шихты;

- существует положительная корреляционная связь между температурой твердого материала в распаре и температурой лещади;

- существует отрицательная корреляционная связь между индексом плавучести центральной зоны ("тотермана") и температурой кладки лещади.

Таким образом, зарегистрированное в последнее время увеличение температуры лещади обусловлено повышением уровня зоны когезии (и, следовательно, уменьшением нагрузки со стороны столба шихты) и всплытием материала в центральной части печи ("тотермана"), что привело к возникновению потока чугуна между "тотерманом" и лещадью. Установили, что с этой целью необходимо перенастроить распределение шихты на колошнике, в частности, увеличить доли загрузки руды и железорудных окатышей с укладкой к центру.

Состояние центральной части печи (зоны "тотермана") оказывает сильное влияние на распределение потока газов в печи и газопроницаемость материалов. В литературе описаны способы контроля активности центральной части печи № 2 в Муроране. В феврале 1988 года в связи с повышением удельной производительности печи, изменением удельного расхода топлива и другими причинами дестабилизировался ход печи, поэтому пришлось прибегнуть к промывке. Причиной нестабильности хода считали пассивацию центральной части печи.

На печи определили следующие параметры контроля состояния центральной зоны в нижней ее части: глубину зоны циркуляции, индекс газового потока в центральной зоне (U/h, где U и h - суммарная температура холодильников в верхней и нижней частях соответственно), индекс потока жидких продуктов в горне (А/В).

Глубину зоны циркуляции, измеряли металлическим стержнем, вводимым через смотровое отверстие в фурменном приборе с соответствующей герметизацией зазора. Такой замер дает количественное представление о размере центральной зоны и позволяет обнаружить ее увеличение

и

при пассивации. Как показали исследования, в период пассивации центральной зоны из-за ухудшения ее газопроницаемости, усиливается периферийный газовый поток в нижней части печи. При пассивном состоянии центральной зоны вследствие плохой ее проницаемости для жидких продуктов образующиеся металл и шлак обтекают центральную зону по кольцевой траектории. В этих условиях кривая окружности и температурное отношение А/В уменьшаются.

В связи с этим предприняли регулирование теплового уровня и распределения шихты на колошнике (с целью �