Способ контроля состояния футеровки фосфорной рудно- термической печи

 

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<SB POS="POST">PO</SB>. Затем определяют зависимость между краевым углом смачивания Θ между огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака с разным содержанием P<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> и строят зависимость C<SB POS="POST">PO</SB> = F (COSΘ), по которой определяют расчетное значение C<SB POS="POST">PO</SB>. В случае превышения C<SB POS="POST">PO</SB> расчетного над C<SB POS="POST">PO</SB> фактическим фиксируют наличие в расплаве агрессивных примесей и определяют износ футеровки U за этот период времени с помощью зависимости U = F (P, C<SB POS="POST">PO</SB>) по C<SB POS="POST">PO</SB> расчетному, полученному по графику зависимости C<SB POS="POST">PO</SB> = F (COS Θ). 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1567650 (51)5 C 22 В 4/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4448968/23-02 (22) 16.05.88 (46) 30.05,90. Бюл. У 20 (71) Ленинградский 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

М 908829, кл. С 21 С 5/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1366544, кл. С 22 В 4/08, 1985. (54) СПОСОБ KOHTPOJIH СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ ФОСФОРНОЙ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ

ПЕЧИ (57) Изобретение относится к способам контроля футеровки рудно-термических 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 эа определенный (выбранный) период работы печи, определение средней величины рабочей мощности печи, по ве2 разрушения. Цель изобретения — повышение точности определения износа футеровки и повышение надежности работы печи. Способ контроля включает определение расхода активной электроэнергии эа определенный период ра6оты печи; определение средней величины рабочей мощности печи P и определение содержания пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве С 0, Затем опреде203 ляют зависимость между краевым углом смачивания 8 и огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака с разным содержанием P О и строят зависимость С Р 0 = f (cos О ) по которой

2 Ю

У определяют расчетное значение С р 0.

В случае превышения Ср расчетного

205 над С р 0 фактическим фиксируют нали5 чие в рпсплаве агрессивных примесей и определяют износ футеровки U эа С этот период времени с помощью зависимости U = f(Р,СР p ) по Сp р расчетно2 5 2 S му, полученному по графику зависимости Сp p= f(cos 6). 3 ил., 1 табл.

2 5 личине которой определяют оптимальное 3 содержание пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве по формуле: С = К P где С вЂ” оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве,7.;

Р— средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч, К и n — эмпирические коэффициенты, зависящие от типоразмера рудно-термической печи. 3атем определяют удельный износ футеровки по графику функции U = f(Р,С) и с учетом выбранного периода определяют фактический износ футеровки печи.

Затем дополнительно определяют фактическое значение Р20 S в шлаке

1567650 методом химанализа.

Измеряют краевой угол смачивания (В) между огнеупорным материалом (футеровки) и расплавом шлака с разным содержанием Р О и строят зависимость

С p p = f(cos 8). Затем по ней опре2 5 деляют расчетную величину содержания

Р О в шлаке и сравнивают ее с ранее полученным фактическим значением 10

Р О в шлаке и в случае превышения

Р О д „над Р> О „фиксируют наличие н расплаве агрессивных примесей,например оксидов железа, щелочей и серы, а износ футеровки эа этот же период времени определяют с учетом наличия примесей, подставляя в график зависимости U = f(P,С) не фактическое значение С, а расчетное, t "5 полученное по зависимости С,1=

f (cos8) .

Необходимость предложенного способа обусловлена тем, что в связи с комплексным использованием запасов по20 лезных ископаемых в настоящее время 25 в производство фосфора н больших количествах вовлекается фосфатное сырье 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, 35 является крайне агрессивным по отношению к огнеупорным материалам. В этих случаях точность определения износа футеровки только по содержанию

Р О5 будет неудовлетворительной.

Кроме того, опыт эксплуатации промышленных печей показывает, что для повышения точности контроля состояния футеровки работающей печи необхо- 45 димо до установки огнеупора на промьпаленном агрегате проводить оценку химичЕской стойкости огнеупора, в соответствии с которой отбраковывать непригодный упорный материал и полу50 чить прознозный срок службы огнеупора,что позволит дать обоснованный график планово-предупредительного ремонта. При выборе способа оценки скорости разъедания огнеупоров arpec55 сивнь|ми средами необходимо учесть максимально возможное количество факторов, имеющих место при взаимодействии с огнеупорными материалами.

Определение зависимости С я= г 5

= f(cos8) осуществляется следующим образом.

Иэ футеровочного (стандартного) углеродистого блока изготавливают подложку — таблетки ф 20 мм, толщиной 2 мм из шлака с постоянным отношением Si0

Fe<0 ) 1,0; Na О + К О©,5; $0д 6

6 0,2 мас.7 и разным содержанием

Р О (С р @ изменяется от 0,5 до

7 мас.7) 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 смачивания (см,фиг.!,а,б) а) 8 c 90

6 = sin (- ); х — +у )

У

e) 8 г90 е 90+ tg (- ). х угла

Зависимость 6 от содержания Р О g в фосфорном шлаке представлена ниже, на основании которой настроен график зависимости С р О = f (6), Для шлака уо5

С р О 1,5Å. 9, равный 140, считается эталонным, Исследованиями авторов установлена зависимость стойкости огиеупорного 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 Р О>. Смачивание характеризует природу взаимодействующих фаэ, 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-расплав.

1567650

Зависимость О от С Р о о 2

Р 0

0,5 145,0

143,0

1,5 140,0

2,5 135,0

3,5 130,0

5,0 125,0

6,0 120 О

7,0 1!5,0

О влиянии примесей на износ футеровки можно судить по тому, что, например, для двух шлаков, имеющих 205 = 1,57., Fe 20 «1,0, Na O +

+ К О (0 5 и отличающихся только по содержанию SO = 0,6 и 0,8 соответственно краевой угол смачивания составляет 120 и 1!О, т.е. равносильно износу футеровки с содержанием Р О L в шлаке 6,0 и 8,07.

На фиг.2 приведена зависимость краевого угла смачивания от содержа,ния P Î в шлаке; на фиг.3 — зависимость износа футеровки от количества потребляемой электроэнергии при различном содержании Р О в шлаке.

График на фиг.3 представляет собой функцию Бу= Е(Р,С„), где U> " удельный износ футеровки, г/см ;

Р— средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч; С„ - содержание Р Ою в шлаке (фактическое или расчетное),Х

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

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на примере определе ния износа футеровки фосфорной печи

РК3-48ФМ2 или РКЗ-80.

Фосфорная печь имеет три самоспекающихся электрода диаметром (йэ) соответственно 1400 и 1700 мм, в зависимости от типоразмера печи, расположенных по треугольнику с размером (Dl!) 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 периодически или непрерывно в зависимости от рабочей мощности лечи не реже двух раз в смену определяют содержа-, 5 ние Р О в шлаке и в зависимости от отклонения корректируют состав шихты.

Пример 1. В начальный момент печь имеет следующие параметры плавки: рабочая мощность Р„ 35 МБт, ток электрода I « «51 кА, напряжение печного трансформатора U = 414 В.

При этом cos (р 0,981, температура под крышкой печи должна находиться в пределах 260-400 С. Отношение высоты подэлектродного пространства к диаметру электрода поддерживают в пределах Нд/d = 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). Пред25 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, I « 50 кА.

Пусть среднее фактическое содержание Р О в шлаке будет С р« l 77.

По зависимости U « f(P,Ñ „) определяем удельный износ футеровки, который составляет 0,0452 г/см

Одновременно с химическим анализом на определение содержания Р О в шлаке измеряют краевой угол смачивания между огнеупорным материалом и

40 расплавом шлака, который равен 140 о

По зависимости д = f (Р Оз) опре деляют содержание Р 01 в шлаке, оно равно » 1,6X, т.е. расчетное значение Р О в шлаке соответствует факти45 ческому и поэтому фиксируют, что. агрессивных примесей в расплаве нет.

Относительное уменьшение расчетного значения Р О в шлаке от фактического объясняется тем, что точность определения краевого угла смачивания зависит о" субъективных причин и может колебаться в пр делах +l 2, поэтому фиксация примесей в расплаве осуществляется только при отклонении

55 расчетного значения Р О от фактического более 0,57. Р О .

Износ футеровки за смену определяем по формуле U = U t, где U — износ футеровки, г/см ; Uv- удельный

15> 7650

40 износ футеровки, г/гм ; t — время работы печи, >, U = 0,045 6 = О,?70 1/е;,.

П р и и р 2. Опрецеление ни»оса футеровки эа сутки.

Ежесменно определяют фактич екое содержание Г О у в шла "e химическ:>и методом и кревые углы смачиванин. Iloлучены следую.иие результаты: фактическое содержание 1 <О> в шлака 2,0;

3,0; 2,8; 3,5; т.е. среднее С„ = 2,7Е.

Соответственно углы смачива 139

130, 125,. 120 °

Из зависимости 9 =f(P<0+) (фиг.2) определяют расчетное значение содержания P Î в шлаке, получаем соответственно,О; 4,0; 5,5; б,ЗТ.

Потребление активной энергии можно опред .:> тт:::. i ч.:тчику активн и энергии пi> tj>op>..ónå („=(ц — Q«, 20 где Q »Q - соответственно предыдущие и последующие показания счетчика, Потребление активной энергии можно определить и по.формуле

= Р И-К, где Рс,- средняя мощность 25

< в печи за выбранный период работы печи, МВт/ч; N — календарное время работы печи, за выбранный промежуток времени, ч; К 8 — коэффициент рабочего времени, К =- 0,824. 30

Пусть Я и = (с, - (д,= 820 МВт, тог820 да P = - -," = ------ — — 41,46 МВт.

N К 8 24х0,824

Сравнивают фактическое и расчетное значение Р О по сменам, соответст35 венно: 2,0-2,0 = 0; 3,0-4,0=-1,0;

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 превьш>ение расчетного значения Р.>О указывает на наличие агрессивных примесей в шлаке. Такими примесями могут быть оксиды железа, щелочи или сера, пр»чем наиболее агрессивна сера.

Для точного определения примесей необходимо провести дополнительный анализ исходной шихты, особенно на серу. Кроме того, причиной проявления агрессивных примесей может быть недостаточная термообработка фосфатного сырья. В любом случае, чтобы уменьшить износ футеровки, необходимо изменить шихтовку или электро55 технологический режим плавки.

Износ футеровки в данном примере определяется следующим образом. По зависимости Б,1= f(Ñ„,Рд) (фиг.3) onределяют удельный износ футеровки за час для каждого расчетного значения P О, а именно: 0,075; 0,105;

0,160; 0,240 г/см

Износ определяют по формуле

2Uy> I 1 К = (0,075+0,105+0,160+

<0,240)х6,0 0,824 = 0,580 ° 4,944 — 2,876 г/см

Возможен расчет износа футеровки за сутки следующим образом.

В первую смену при отсутствии примесей износ равен U = UgN

0,051 6 824 = 0,252 г/см

За три последующие смены определяют среднюю расчетную величину содержания Р О в шкале

-Ск1 4 0+5 5+6 3 15 8 кР п 3 3

5, 37.

Тогда износ футеровки за три последующие смены составит U =

= Uy N„К8 = 0,172 18 0,824

2,551 г/см . Износ за сутки, > Б .

2 — О, 252+2, 551 = 2, 803 г/см

Относительная ошибка по сравнению с предыдущим расчетом составит

2 876-2 803 й= -ь — — — — -- 100 = 2 27.

2,866 т.е, вполне допустимая погрешность. сравним ошибку. определения износ» футеровки за сутки по прототипу и предлагаемым способам. По протатипу U = Ug N„K g = 0067 24 0824

1,325 г/см . По предлагаемому:

2,876 г/см .

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

Пример 3. Рассмотрим осуществление предлагаемого способа определения стойкости футеровки перед установкой углеродистых блоков в печь.

Для стандартного углеродистого блока и фосфатного шлака, содержащего Р О5= 1,5Х и Мк = 0,83-86, угол смачивания соответствует 8 = 140 ь

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 135о

140, то стойкость блока недостаточная и устанавливать в печь нельзя, так как он быстро выйдет из строя и создается аварийная ситуация.

15676

Таким образом, последовательность осуществления способа следующая.

Предварительно строят зависимость

6 = f (P 0 ), 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- 1р ни (смена, сутки и т.п.) определяют электрические параметры, расход актинной электроэнергии, ток электрода, температуру и т.д. Определяют среднюю рабочую мощность за выбранный прс межу-15 ток времени (Р„). Определяют раз или два в смену содержание Р О в шлаке, измеряют краевой угол смачивания между расплавом шлака и материалом футеровки. Ежесменно по зависимости В =

f(P 05) определяют расчетное значение Р О в шлаке и сравнивают с соответствующими значениями Р О, определяемыми известным методом (химаналиэом). В случае превышения расчетного 25 значения Р Og 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 (P,Ñ ) (фиг.3), причем там, где расчетное значение содержания P

Определяют износ футеровки за выбран- 35 ный промежуток времени суммированием износа эа смену.

Второй вариант: выявляют смены, в которых шлак соответствует регламентному ине соответствует. усред-- 4P няют содержание Р О в шлаке для тех и других смен. По зависимости

Uy= f(P„,Ñi,) определяют удельный износ для обоих случаев, далее по формуле U = U у.Б „К определяют износ

45 футеровки путем их суммирования.

В качестве основной единицы, характеризующей работу обслуживающего персонала, является смена, поэтому и целесообразно оценивать износ футе- 5 > ровки эа смену. Соответственно за этот промежуток целесообразно усреднять значения рабочей мощности, содержание Р О в шлаке и т.п.

Предлагаемый способ определения 55 износа футеровки позволяет более точ50 10 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-предупредительных ремонтов и избежать аварийных остановок печи иэ-за выхода иэ строя футеровки. Это позволит увеличить коэффициент рабочего времени печи на

0,01-0,027.. формулаизобретения

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 Р О в шлаке за тот же промежуток времени и определение удельного износа футеровки по графику функции

f (P,C), где P — - средняя величина рабочей мощности печи, УВп;

С вЂ” фактическое содержание

Р О 5 (С р о ) в шлаковом

2 05 расплаве, 7;

U — удельный износ футеровки, г/см 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 Р О в шлаке определяют расчетное значение Р О и сравнивают

его со средней фактической величиной

Р О в шлаке, при превышении расчетным значением Р,20 н шлаке фактического определение удельного износа футеровки производят по расчетному значению Р О (С р о ) в шлаке.

1567650

Фиг. f

И3

2О

2РО

ISO

4ЛИВФ ъг

Редактор О.Спесивых

Подписное

Тирам 488

Заказ 1303

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1Я

323

N щ

tfP

tIN

Составитель Т.Морозова

Техред П.Олийнык Корректор В.Кабаций