Способ определения повреждения в системе охлаждения металлургической печи

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам контроля охлаждения металлургических печей, и может быть использовано, например для обнаружения герметичности и целостности воздушных фурм доменной печи. Способ включает в себя контроль состояния хладагента и печных газов, поступление печных газов в охлаждаемую полость поврежденного элемента охлаждения и образование при этом газожидкостной смеси, а также фиксирование газовой фазы в отходящем трубопроводе хладагента и отключение при этом подачи хладагента в напорном трубопроводе поврежденного элемента охлаждения. При превышении разницы давления между хладагентом в системе охлаждения и печными газами от заданного уровня, появление газовой фазы в охлаждаемой полости поврежденного элемента охлаждения обеспечивают по окончанию выпуска продуктов плавки путем одноразового уменьшения давления хладагента в его напорном трубопроводе ступенчато, с темпом изменения на каждые 4,0% от текущего значения и с интервалом изменения в каждую подачу шихты в печь до фиксирования газовой фазы в отходящем трубопроводе поврежденного элемента охлаждения. Причем уменьшение давления хладагента ограничивают величиной 25,0...30,0% от текущего значения и осуществляют периодически через 2...7 выпусков продуктов плавки. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам контроля охлаждения металлургических печей, и может быть использовано, например, для обнаружения герметичности и целостности воздушных фурм доменной печи.

Известны способы контроля прогаров воздушных фурм доменной печи, при которых контролируется нарушение герметичности фурм путем фиксирования пузырьков газа в воде. Так, в частности, используют разделительный сосуд, в котором с появлением пузырьков газа в отходящей воде образуется газовая среда с переходом от небольшой величины разрешения к избыточному давлению (авт. свид. СССР N 230841, 1968, C 21 B 7/10), а также обнаружение пузырьков газа акустическим методом (авт. свид. ЧССР N 8143-71, 1975, кл. 18а 7/24 C 21 B 7/24, C 21 B 7/10), или фиксации пузырьков газа индикатором излучения при пропускании светового потока через отходящую охлаждающую фурму воду (авт. свид. 836105, 1981, С 21 B 7/24), а также фиксация пузырьков газа при пропускании электрического тока через охлаждающую воду на выходе воздушной фурмы (авт. свид. СССР 831791, 1981, C 21 B 7/24).

Основным недостатком известных способов, при которых печные газы в результате повреждения элемента обхлаждения поступают в водную полость воздушной фурмы и при этом образуется газожидкостная смесь, а затем в отходящем трубопроводе фиксируется тем или иным методом является то обстоятельство, что устройства, реализующие вышеназванные способы, оказывается неработоспособными в случае использования в системе охлаждения в качестве хладагента воды с высоким давлением. Это объясняется тем, что ". для печей, работающих с давлением воды в самой яурме, превышающей давление горячего дутья, методы обнаружения повреждений с помощью газоловушек непригодны, так как при прогаре фурмы вода поступает в печь".

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ определения повреждений в системе охлаждения металлургического агрегата и устройство для его осуществления (авт. свид. СССР N 1488308, 1989, C 21 B 7/24), при котором контролируют состояния хладагента путем пропускания через него электрического тока и при поступлении печных газов в охлаждаемую полость поврежденного элемента охлаждения газовую фазу при этом фиксируют непосредственно в трубопроводе хладагента.

Известный способ определения повреждений в системе охлаждения относительно прост в реализации, оперативен и надежен при его использовании. Однако в случае применения для охлаждения металлургического агрегата хладагента, например воды, с высокими параметрами давления, что имеет место на современных доменных печах больших мощностей, данный способ также неработоспособен. При повреждении элемента охлаждения, например воздушной фурмы доменной печи, происходит прерывистое поступление воды в печь и частичный захват печных газов с поступлением в водную полость фурмы и дальнейшим переносом их в виде пузырьков газа в отходящий трубопровод вместе с охлаждающей водой. Но все это имеет место только при относительно малых давлениях воды в системе охлаждения; при относительно больших давлениях воды газожидкостной смеси в полости фурмы не образуется, так как вода из поврежденной фурмы поступает сплошной струей и печные газы не захватываются. Процесс захвата охлаждающей водой печных газов происходит в условиях прерывистости струи воды, поступающей из отверстия прогоревшей фурмы. При этом в месте отрыва водяной струи образуется зона разрежения, куда и поступают печные газы с дальнейшим проникновением в охлаждаемую полость поврежденной воздушной фурмы. Таким образом, в условиях использования для охлаждения доменной печи воды при высоком давлении, а также в условиях работы печи на низком давлении дутья известный способ по фиксации газовой фазы непригоден для его использования.

Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении технико-экономических показателей работы металлургической печи за счет значительного повышения чувствительности и надежности фиксирования газовой фазы при высоком давлении хладагента в системе охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения повреждения в системе охлаждения металлургической печи, включающем контроль давления хладагента и печных газов, фиксирование газовой фазы в отходящем трубопроводе хладагента и отключение подачи хладагента в напорном трубопроводе поврежденного элемента охлаждения, согласно предлагаемому изобретению при превышении разницы давления между хладоагентом в системе охлаждения и печными газами от заданного уровня, появление газовой фазы в охлаждаемой полости поврежденного элемента обеспечивают по окончании выпуска продуктов плавки путем одноразового уменьшения давления хладагента в его напорном трубопроводе ступенчато, с темпом изменения на каждые 4,0% от текущего значения и с интервалом, изменения в каждую подачу шихты в печь до фиксирования газовой фазы в отходящем трубопроводе поврежденного элемента охлаждения, причем уменьшение давления хладагента ограничивают величиной 25,0.30,0% от текущего значения и осуществляют периодически через 2.7 выпусков продуктов плавки.

При осуществлении данного изобретения сравнивают контролируемую величину разницы давления между хладоагентом в системе охлаждения и печными газами металлургической печи с заданным уровнем этой разницы. Например, в условиях охлаждения воздушных фурм и промышленной эксплуатации доменных печей Акционерного общества "Новолипецкий металлургический комбинат" заданный уровень разницы давлений между хладоагентом и печными газами составляет 170.200 кПа.

Выбор предлагаемых пределов изменения заданного уровня указанной выше разницы давления в основном определяется величиной количества проходящего во времени хладагента через охлаждаемый элемент металлургической печи. Так, в условиях АО "НЛМК" нижний предел указанной разницы давления обусловлен величиной скорости прохождения охлаждаемой воды через воздушную фурму доменной печи до 5,0 л/сек, а верхний предел свыше 9,0 л/сек.

В соответствии с последовательностью действия предлагаемого способа при достижении величины вышеназванной разницы давления более 170.200 кПа и определяемой как заданный уровень этой разницы, одноразово и ступенчато уменьшают давление хладагента в напорном трубопроводе системы охлаждения металлургической печи. Например, в одном из коллекторов охлаждающей воды для воздушных фурм доменной печи, в его напорном трубопроводе относительно фурм, монтируют клапан для изменения подачи воды на охлаждение воздушных фурм доменной печи. При этом изменение подачи воды в коллекторе охлаждения воздушных фурм осуществляют с темпом через каждые 4,0% от текущего значения давления воды в указанном коллекторе и с интервалом через каждую подачу шихты в доменную печь, а также это изменение осуществляют в конце выпуска чугуна и шлака из леток доменной печи.

Выбор параметра ступенчатого уменьшения давления охлаждающей воды 4,0% от его текущего значения определяется максимальной погрешностью или классом прибора (1,6; 2,5; 4,0) для показывающего манометра, установленного на коллекторе охлаждения воздушных фурм. Интервал ступенчатого изменения определен условиями дискретной работы доменной печи, обусловленной загрузкой шихтовых материалов в печь и срабатыванием засыпного аппарата при этом, а также с учетом ограничивающей величины ступенчатого уменьшения давления хладагента, равной 25,0.30,0% При таких условиях ступенчатое изменение давления хладагента максимально характеризуется от шести до семи шагов действия, что соответствует времени от тридцати до пятидесяти минут, достаточному для периода накопления продуктов плавки в металлоприемнике доменной печи.

Выбор пределов ограничивающей величины уменьшения давления хладагента 25,0. 30,0% определяется изменением теплосъема охлаждения воздушных фурм, величина которой изменяется из расчета увеличения температуры охлаждающей воды не более, чем на 1.3^oC. Так, в условиях эксплуатации доменных печей АО "НЛМК" нижний предел ограничивающей величины обусловлен значением скорости прохождения охлаждающей воды через воздушную фурму доменной печи до 5,0 л/сек, а верхний предел ограничивающей величины свыше 9,0 л/сек.

Кроме того, в соответствии с последовательностью действия предлагаемого способа ступенчатое уменьшение давления хладагента в напорном трубопроводе системы охлаждения осуществляют не только с учетом ограничивающей величины изменения давления хладагента, но и в период окончания выпуска продуктов плавки из леток печи, а также до появления газовой фазы в виде пузырьков в охлаждаемой полости поврежденного элемента охлаждения с обозначением фиксирования этой газовой фазы в виде пузырьков в отходящем трубопроводе поврежденного элемента охлаждения. Поскольку ступенчатое изменение давления хладагента осуществляется одноразово, то после этого изменения и в случае фиксирования газовой фазы, т.е. при поврежденном элементе и в случае, когда поврежденный элемент в системе охлаждения отсутствует, давление хладагента возвращают до величины исходного значения.

В процессе разработки заявляемого способа было определено, что периодичность одноразового уменьшения давления хладагента в напорном трубопроводе системы охлаждения может изменяться в пределах времени прохождения выпусков продуктов плавки из металлургической печи в количестве от одного до семи. Максимальная продолжительность для начала этого изменения - семь выпусков продуктов плавки, принята из расчета производить трехкратное изменение в течение суток, или один раз при восьмичасовой рабочей смены. Минимальная продолжительность этого изменения, как и суть начального момента этого изменения обусловлено тем, что в момент начала выпусков продуктов плавки они ближе всего по уровню приближаются к элементам охлаждения металлургической печи, т.е. в этот момент элементы охлаждения с наибольшей вероятностью подвергаются воздействиям, способствующим разрушению элементов охлаждения.

Ниже приводится конкретный пример осуществления заявляемого способа.

Заявляемый способ был реализован в условиях охлаждения водой тридцати двух воздушных фурм доменной печи полезным объемом 3200 м³. Эта доменная печь оборудована системой контроля повреждения воздушных фурм, принцип работы которой основан на улавливании пузырьков газа в отходящей воде контролируемых фурм, в частности на фиксации этих пузырьков путем пропускания электрического тока непосредственно в отходящем трубопроводе каждой воздушной фурмы печи. Доменная печь оборудована также средствами контроля: измерения давления охлаждающей воды в каждом из имеющихся на печи четырех коллекторов для подачи охлаждающей воды на каждые восемь воздушных фурм с помощью показывающих манометров с погрешностью 4,0% а также измерение давления горячего дутья с использованием имеющейся на печи киповской аппаратуры. Доменная печь оборудована также запорным клапаном для изменения подачи воды в каждом из четырех коллекторов охлаждения воздушных фурм печи.

В процессе работы доменной печи велось наблюдение за изменением величин контролируемого давления охлаждающей воды в каждом из четырех коллекторов охлаждения воздушных фурм печи и величины давления горячего дутья, подаваемого через воздушные фурмы печи.

В результате наблюдения к моменту закрытия летки после выпуска продуктов плавки из металлоприемника горна доменной печи давление охлаждающей воды в первом коллекторе достигло величины, равной 485 кПа; во втором коллекторе - 485 кПа; в третьем 495 кПа и в четвертом коллекторе 475 кПа. При этом давление горячего дутья на фурмы составило величины, равной 300 кПа.

По результатам наблюдения было определено, что в каждом из четырех коллекторов охлаждения воздушных фурм доменной печи величина разности давления охлаждающей воды, поступающей на охлаждение воздушных фурм, превысило заданный уровень этой разницы давления, равный 170.200 кПа. Так, в первом коллекторе охлаждения воздушных фурм N 1.8 эта разница составила 185 кПа; во втором коллекторе для фурм N 9.16 185 кПа; в третьем коллекторе для фурм N 17.24 190 кПа и в четвертом коллекторе для фурм N 25.32 175 кПа.

По результатам наблюдения было установлено, что дискретная величина одноразового изменения давления охлаждающей воды для каждого коллектора охлаждения воздушных фурм печи составляет 20,0 кПа и с учетом величины ограничения этого изменения количество шагов до шести.

В соответствии с установленными параметрами одноразового и ступенчатого изменения давления охлаждающей воды в коллекторах охлаждения воздушных фурм после закрытия чугунной летки и очередного срабатывания засыпного аппарата с поступлением в доменную печь порций кокса и рудной части шихты в каждом из коллекторов охлаждения фурм с помощью запорного клапана уменьшили давление охлаждающей воды на 20,0 кПа. После очередного срабатывания засыпного устройства и поступления в печь подачи шихты повторили уменьшение давления воды в коллекторах охлаждения воздушных фурм на 20,0 кПа. В результате этих действий сработала система контроля повреждения воздушных фурм печи, сигнализируя о нарушении целостности воздушной фурмы N 18. С помощью запорного клапана повысили давление охлаждающей воды в третьем коллекторе, от которого охлаждающая вода поступает на охлаждение как фурмы N 18, так и на воздушные фурмы N 17, 19.24, до величины, равной 495 кПа. В первом, втором и четвертом коллекторах охлаждения воздушных фурм продолжали уменьшать давление охлаждающей воды по 20,0 кПа в течение четырех срабатываний загрузочного устройства и соответственно после поступления в печь четырех подач шихты. Давление охлаждающей воды достигло в первом коллекторе охлаждения фурм величины, равной 360,0 кПа; во втором коллекторе 365 кПа и в четвертом коллекторе 360 кПа. При этом система контроля повреждения воздушных фурм не сигнализировала о нарушении целостности воздушных фурм. После этого возвратили на прежний уровень давление охлаждающей воды: в первом коллекторе охлаждения фурм составило величины, равные 490 кПа; во втором коллекторе 480 кПа и в четвертом коллекторе 480 кПа.

При остановке доменной печи и замене воздушной фурмы N 18 было установлено нарушение целостности ее охлаждающей полости.

Использование заявляемого изобретения позволит расширить диапазон применения способов обнаружения повреждения элементов охлаждения, в которых улавливают газовые пузырьки в условиях работы металлургической печи с системой охлаждения на высоком давлении хладагента, что положительно скажется на технико-экономических показателях металлургической плавки.

Формула изобретения

1. Способ определения повреждения в системе охлаждения металлургической печи, включающий контроль давлений хладагента и печных газов, фиксирование газовой фазы в отходящем трубопроводе хладагента поврежденного элемента системы охлаждения и отключение подачи хладагента в напорном трубопроводе поврежденного элемента, отличающийся тем, что определяют разницу между давлением хладагента и давлением печных газов и при превышении этой разницы давлений от заданного ее значения одноразово в период окончания выпуска продуктов плавки осуществляют ступенчатое уменьшение давления хладагента в напорном трубопроводе с темпом изменения на 4,0% от его текущего значения и с интервалом изменения в каждую подачу шихты до фиксирования газовой фазы в отходящем трубопроводе хладагента поврежденного элемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчатое уменьшение давления хладагента осуществляют периодически через 2 7 выпусков продуктов плавки до 25,0 30,0% от его текущего значения.