Введение к работе
Актуальность работы. Для решения проблемы повышения эксплуатационной надежности и увеличения продолжительности кампании доменных печей большое значение имеет контроль огнеупорной кладки печи: ее толщины, тепловых нагрузок на футеровку и холодильники. Главным преимуществом такого контроля является возможность прогноза рабочего профиля печи, что позволяет обслуживающему персонал}' своевременно определять локальные участки износа футеровки и принимать необходимые меры по их устранению. Оперативная информация о текущем состоянии огнеупорной кладки исключительно важна как с точки зрения технологии, так и с точки зрения безопасности работы печей.
Одной из основных задач ведения доменного процесса является стабилизация теплового режима плавки, что позволяет, в конечном итоге, выплавлять чугун заданного состава и способствует снижению удельного расхода кокса. Регулирование теплового состояния доменной печи, осуществляемое технологическим персоналом, в значительной степени базируется на устранении уже произошедших отклонений в нагреве печи от заданного уровня, т.е. производится с существенным запаздыванием. При этом одной из главных трудностей, осложняющей регулирование теплового режима, является неполнота и недостаточная достоверность информации о текущем тепловом состоянии печи, а интерпретация полученных экспериментальных данных порой затруднена из-за их невысокой информативности и представительности. Цель работы
-
Разработка и опытно-ттромытленные испытания системы диагностики состояния огнеупорной кладки доменных печей.
-
Оценка возможностей использования температуры торцевой стенки воздушной фурмы как показателя теплового состояния фурменного очага, разработка и испытание на этой основе системы контроля теплового режима фурменных зон.
Научная новизна основных результатов, полученных автором в ходе решения поставленных задач, проявилась в следующем:
- разработан комплекс математических моделей стационарного и нестационарного, одномерного и двумерного теплообмена футеровки с печной средой, дано решение обратной задачи нестационарного теплообмена в материале футеровки, позволивших пред-
ложить новый способ диагностики состояігая огнеупорной кладки но ее температурному полю;
решена задача движения частицы расплава в объеме фурменной полости, определена траектория ее движения, рассчитаны компоненты вектора скорости этой частицы и время ее пребывания в ииьсме фурменного очага;
разработана математическая модель теплообмена в объеме фурменного очага, позволившая оценить величину плотности теплового потока на торцевую стенку воздушной фурмы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
способы диагностики состояния футеровки доменных печей, основанные на закономерностях теплообмена, позволяющие кон-іролировать толщину футеровки, тепловые нагрузки на футеровку и холодильники; математическое и программное обеспечение системы диагностики состояния футеровки, а также результаты ее опытно-промышленных испытаний;
анализ информативности и представительности температуры торцевой стенки воздушной фурмы как показателя теплового состояния фурменной зоны на основе решения задачи движения частицы расплава в полости фурменного очага и математического моделирования теплообмена в его объеме; разработка на этой основе усовершенствованной системы контроля теплового состояния фурменной зоны;'результаты опытно-промышленных испытаний этой системы.
Практическая значимость работы
Предложены и реализованы новые методы диагностики состояния огнеупорной футеровки доменных печей, позволяющие контролировать толщгагу кладки и тепловые нагрузки на холодильники.
Реализован метод контроля теплового состояния фурменной зоны и способ прогноза теплового состояния фурменного очага по измерениям температур торцевой стенки воздушной фурмы. Апробация работы и публикации
Основные результаты работы докладывались и обсуждались
на международных ішушо-тсхшкееких конференциях ""Научные
основы конструирования металлургических печей"
(Днепропетровск, 1993) и "Экология и теплотехника - 1996" (Днепропетровск, 1996); Всесоюзной конференции "Средства и системы автоматического контроля и управления технологически-
скими процессами в металлургии" (Свердловск, 1991); конференции, посвященной 75-летию образования металлургического факультета УГТУ - УПИ "Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов" (Екатеринбург, 1996). Материалы диссертации изложены в 8 статьях и докладах, по результатам работы получено 2 патента Российской Федерации. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 176 наименований и приложения. Работа изложена на 146 стр. машинописного текста, включая 35 рисунков и 4 таблицы.