RU2211247C2 - Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection - Google Patents
Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211247C2 RU2211247C2 RU2001124524/02A RU2001124524A RU2211247C2 RU 2211247 C2 RU2211247 C2 RU 2211247C2 RU 2001124524/02 A RU2001124524/02 A RU 2001124524/02A RU 2001124524 A RU2001124524 A RU 2001124524A RU 2211247 C2 RU2211247 C2 RU 2211247C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blast furnace
- blast
- furnace
- hearth
- ultrasonic vibrations
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области физики и металлургической технологии и предназначено для определения остаточной толщины слоя композиционных материалов (в частности горна и лещади доменной печи) с целью продления кампании печи во времени и предотвращения аварийных ситуаций в процессе эксплуатации. The invention relates to the field of physics and metallurgical technology and is intended to determine the residual thickness of the layer of composite materials (in particular the hearth and the bottom of the blast furnace) in order to extend the campaign of the furnace in time and prevent accidents during operation.
Известен способ контроля толщины сохранившихся углеродистых блоков в доменной печи с помощью упругих ударных волн, предложенный фирмой Nippon Steel Corp. /1/. Согласно данному методу по времени распространения отраженной волны и скорости ее распространения определяется расстояние до конца углеродистого блока. A known method of controlling the thickness of the remaining carbon blocks in a blast furnace using elastic shock waves, proposed by Nippon Steel Corp. /1/. According to this method, the distance to the end of the carbon block is determined by the propagation time of the reflected wave and its propagation velocity.
Применение упругих ударных волн осложняется рядом факторов, которые невозможно устранить:
1. Упругие ударные волны распространяются во все стороны, вследствие чего определение направления до точки отражения невозможно, т.к. возвратившиеся сигналы распространялись в перпендикулярном направлении прозвучивания /2...5/.The use of elastic shock waves is complicated by a number of factors that cannot be eliminated:
1. Elastic shock waves propagate in all directions, as a result of which it is impossible to determine the direction to the reflection point, because the returned signals propagated in the perpendicular direction of sounding /2...5/.
2. Особенности работы печи позволяют утверждать, что в ходе ее эксплуатации возникает множество акустических шумов с частотой всего звукового диапазона. Как следствие - неисправимое влияние этих шумов на результаты измерений /5...7/. 2. Features of the furnace allow us to argue that during its operation there is a lot of acoustic noise with a frequency of the entire sound range. As a result, the fatal effect of these noises on the measurement results /5...7/.
Известен ультразвуковой метод сканирования для неразрушающего контроля композиционных материалов /8/. При этом исследовались изменения в структуре материалов в результате ультразвуковых воздействий. Следовательно, подобрав соответствующие параметры ультразвуковых колебаний, можно исследовать массивные композиционные тела (горн и лещадь доменной печи). Known ultrasonic scanning method for non-destructive testing of composite materials / 8 /. In this case, changes in the structure of materials as a result of ultrasonic influences were investigated. Therefore, having selected the appropriate parameters of ultrasonic vibrations, one can investigate massive composite bodies (forge and bream of a blast furnace).
Известен ультразвуковой способ контроля износа футеровки шахты доменной печи /9/. Васильевым П.П., Левченко В.Е., Алапаевым Н.Е., Шульгой А.В. разработана методика ультразвукового контроля футеровки шахты доменной печи. Методика предполагает использование встроенных в футеровку волноводов, что и обуславливает ряд недостатков:
-использование волноводов не отражает полной картины состояния футеровки;
-с помощью предложенного метода невозможно определить наличие настыли, гарнисажа;
-диагностирование износа футеровки привязано к месту закладки волновода;
-с помощью данного метода невозможно определить топографию кладки горна и лещади доменной печи и тем более динамику изменения топографии вследствие оседания тугоплавких элементов.Known ultrasonic method for controlling the wear of the lining of the mine blast furnace / 9 /. Vasiliev P.P., Levchenko V.E., Alapaev N.E., Shulgoi A.V. The technique of ultrasonic testing of the lining of the blast furnace shaft is developed. The technique involves the use of waveguides built into the lining, which causes a number of disadvantages:
- the use of waveguides does not reflect the full picture of the state of the lining;
- using the proposed method it is impossible to determine the presence of nastily, skull;
-diagnosis of wear of the lining is tied to the place of laying the waveguide;
- using this method, it is impossible to determine the topography of the masonry of the hearth and the flames of the blast furnace, and even more so the dynamics of the change in topography due to settling of refractory elements.
Ближайшим аналогом к изобретению является способ измерения износа футеровки стен доменной печи по JP 61-127804, кл. С 21 В 7/24, 16.06.1986, согласно которому излучают ультразвуковые колебания внутрь доменной печи. Принимают отраженные ультразвуковые колебания и определяют толщину кладки доменной печи по времени распространения ультразвуковых колебаний. The closest analogue to the invention is a method of measuring the wear of the lining of the walls of a blast furnace according to JP 61-127804, cl. C 21 V 7/24, 06.16.1986, according to which ultrasonic vibrations are emitted inside a blast furnace. Received reflected ultrasonic vibrations and determine the thickness of the masonry blast furnace by the propagation time of ultrasonic vibrations.
Недостатком ближайшего аналога является невысокая точность, поскольку излучение и прием ультразвуковых колебаний осуществляется только с одного места на кожухе печи. The disadvantage of the closest analogue is the low accuracy, since the radiation and reception of ultrasonic vibrations is carried out only from one place on the casing of the furnace.
Технический результат - повышение точности измерения. The technical result is an increase in measurement accuracy.
Технический результат достигается за счет того, что излучают ультразвуковые колебания внутрь доменной печи, принимают отраженные ультразвуковые колебания, определяют толщину кладки доменной печи по времени распространения ультразвуковых колебаний. При этом осуществляют ультразвуковую локацию с восьми точек, расположенных по периметру горна и лещади доменной печи в горизонтальной плоскости и под несколькими углами к ней. В каждой точке подготавливают место на кожухе доменной печи путем зачистки его от ржавчины, закрепляют упор с пазом на кожухе доменной печи, фиксируют генерирующий ультразвуковые колебания пьезопреобразователь с волноводом в пазе упора под необходимым углом. Перемещают приемный преобразователь в пределах каждого зачищенного места, время распространения ультразвуковых колебаний фиксируют в запоминающем устройстве, по которым в соответствии с математической моделью определяют топографию разгара горна и лещади доменной печи. The technical result is achieved due to the fact that they emit ultrasonic vibrations inside the blast furnace, receive reflected ultrasonic vibrations, determine the thickness of the masonry of the blast furnace by the propagation time of ultrasonic vibrations. In this case, an ultrasonic location is carried out from eight points located along the perimeter of the hearth and the bottom of the blast furnace in the horizontal plane and at several angles to it. At each point, prepare a place on the casing of the blast furnace by scraping it from rust, fix the stop with a groove on the casing of the blast furnace, fix the ultrasonic vibrations-generating piezoelectric transducer with the waveguide in the stop groove at the required angle. The receiving transducer is moved within each cleaned place, the propagation time of ultrasonic vibrations is fixed in a storage device, according to which, in accordance with a mathematical model, the topography of the furnace and bottom flames of the blast furnace is determined.
Заявляемый способ базируется на математической модели определения рабочего профиля нижнего строения работающей доменной печи с помощью ультразвуковой локации ее конструкции и элементов. The inventive method is based on a mathematical model for determining the working profile of the lower structure of a working blast furnace using ultrasonic location of its structure and elements.
При разработке заявляемого способа определения разгара горна и лещади доменной печи учитывались следующие факторы:
-теплоемкость прозвучиваемых материалов;
-коэффициенты теплопроводности материалов горна и лещади доменной печи;
-скорость распространения ультразвуковых колебаний в различных материалах и средах, присутствующих в доменной печи в процессе ее работы;
-распределение температур в объеме горна и лещади печи;
-определены зоны ввода и направления распределения ультразвуковых колебаний;
-технологические особенности механизма образования разгара горна и лещади доменной печи.In developing the proposed method for determining the height of the hearth and the bottom of the blast furnace, the following factors were taken into account:
- heat capacity of the sounding materials;
-the coefficients of thermal conductivity of the materials of the hearth and the bottom of the blast furnace;
- the propagation velocity of ultrasonic vibrations in various materials and media present in the blast furnace during its operation;
- temperature distribution in the volume of the hearth and the bottom of the furnace;
-the input zones and directions of the distribution of ultrasonic vibrations are determined;
-technological features of the mechanism of formation of the height of the hearth and the bottom of the blast furnace.
Для прозвучивания горна и лещади доменной печи использовались продольные ультразвуковые колебания, т. к. толщина исследуемой части печи находится в пределах 10-15 метров, глубина распространения поперечных ультразвуковых волн в прозвучиваемом материале небольшая. For sounding the hearth and the bottom of the blast furnace, longitudinal ultrasonic vibrations were used, because the thickness of the investigated part of the furnace is within 10-15 meters, the propagation depth of transverse ultrasonic waves in the material being sounded is small.
При дефектоскопии горна и лещади кладка прозвучивалась по диаметру лещади в горизонтальной плоскости и под углом к ней с частотой ультразвуковых колебаний от 30 до 70 кГц. Выбор частоты ультразвуковых колебаний обусловлен конструкцией горна и лещади доменной печи, материалом футеровочных блоков, их размерами и видом кладки. Поскольку серийный пьезоэлектрический преобразователь (ПШ-0,06-П 3.1) имеет рабочий диапазон частот f=42...78 кГц, а скорость распространения ультразвуковых колебаний в рабочем углеродистом блоке горна и лещади доменной печи и в жидком металле, соответственно верхний и нижний пределы, составляет Vp=2500...4500 м/с, длина волны вычисляется следующим образом:
λ=Vp / f,
где λ - длина волны, м;
Vp - скорость распространения ультразвука, м/с;
F - частота ультразвуковых колебаний, кГц.During flaw detection of the hearth and bream, the masonry was sounded by the diameter of the bream in the horizontal plane and at an angle to it with the frequency of ultrasonic vibrations from 30 to 70 kHz. The choice of the frequency of ultrasonic vibrations is determined by the design of the hearth and the bottom of the blast furnace, the material of the lining blocks, their size and type of masonry. Since the serial piezoelectric transducer (PSh-0.06-P 3.1) has a working frequency range f = 42 ... 78 kHz, and the propagation velocity of ultrasonic vibrations in the working carbon block of the hearth and the bottom of the blast furnace and in the liquid metal, respectively, upper and lower limits, is Vp = 2500 ... 4500 m / s, the wavelength is calculated as follows:
λ = V p / f,
where λ is the wavelength, m;
V p is the propagation velocity of ultrasound, m / s;
F is the frequency of ultrasonic vibrations, kHz.
Т.е. λ=(2500-4500)/((42-78)•103)=0,059...0,058 м.Those. λ = (2500-4500) / ((42-78) • 10 3 ) = 0.059 ... 0.058 m.
Очевидно, что длина волны много больше размеров зерен углеродистых блоков λ>(10-15)D, где D - средний диаметр зерна углеродистых блоков. В этом диапазоне волны слабо затухают и на результаты мало влияют помехи от структурных составляющих. Зона ввода, направление распространения ультразвуковых колебаний, шаг прозвучивания определены конструктивными особенностями горна и лещади (доступом к зоне прозвучивания), оптимальным количеством точек и направлений прозвучивания. Достаточно и необходимо прозвучивание с шагом 2-3 метра в горизонтальной плоскости по периметру горна и лещади с 2-3 углами (0o, 20o, 40o, 60o) к горизонту (фиг.1). Прозвучивание аналогично осуществляется на нескольких уровнях (фиг.2). Полученные результаты прозвучивания дают информацию о 70...90% объема горна и лещади, позволяют определить величину разгара, рабочий профиль и состояние кладки с достаточной степенью точности - 4,7% относительная ошибка. Увеличение шага приводит к росту погрешности при определении рабочего профиля и состояния кладки лещади доменной печи.Obviously, the wavelength is much larger than the grain sizes of carbon blocks λ> (10-15) D, where D is the average grain diameter of carbon blocks. In this range, the waves weakly attenuate and the interference is little affected by the structural components. The input zone, the direction of propagation of ultrasonic vibrations, the pitch of sounding are determined by the design features of the hearth and bream (access to the sounding zone), the optimal number of points and directions of sounding. Enough and necessary sounding with a step of 2-3 meters in a horizontal plane around the perimeter of the hearth and bream with 2-3 angles (0 o , 20 o , 40 o , 60 o ) to the horizon (figure 1). Sounding is similarly carried out at several levels (figure 2). The obtained sounding results provide information on 70 ... 90% of the volume of the hearth and bream, allow determining the height, working profile and masonry condition with a sufficient degree of accuracy - 4.7% relative error. An increase in the step leads to an increase in the error in determining the working profile and the masonry condition of the bottom of the blast furnace.
Прозвучивание проводится зеркально-теневым методом, устанавливая генерирующую головку пьезопреобразователя жестко. Меняется положение приемной головки пьезопреобразователя в радиусе 0,5... 1 метра относительно генерирующей головки. Sounding is carried out by a mirror-shadow method, setting the generating head of the piezoelectric transducer rigidly. The position of the receiving head of the piezoelectric transducer in a radius of 0.5 ... 1 meter relative to the generating head is changing.
Для проведения прозвучивания использовался ультразвуковой прибор УК-14П производства НПО "Волна" г. Кишинев с разработанной в дополнение приставкой АБЗИП (автоматизированный блок запоминания информации переносной). Прибор УК-14П показывает время прохождения ультразвукового сигнала через объект в микросекундах. Это позволяет оценивать информацию без дополнительной расшифровки осциллограмм. Полученные значения времен обрабатываются, группируются, пересчитываются с учетом температуры материала по формуле:
lgtp = a+b•τ-c•τ2.
Потенцируя, получаем температуру,
где tp - температура в точке отражения ультразвуковых колебаний, oС;
а, b, с - эмпирические коэффициенты, учитывающие коэффициент теплопроводности, теплоемкость и их изменение от величины разгара;
τ - время прохождения ультразвуковой волны до точки отражения, микросекунд.To perform the sounding, an ultrasound device UK-14P manufactured by NPO Volna, Chisinau, was used with the ABZIP prefix (automated block for storing portable information). The UK-14P device shows the transit time of an ultrasonic signal through an object in microseconds. This allows you to evaluate information without additional interpretation of the waveforms. The obtained values of the times are processed, grouped, recalculated taking into account the temperature of the material according to the formula:
lgt p = a + b • τ-c • τ 2 .
Potentiating, we get the temperature,
where t p is the temperature at the reflection point of ultrasonic vibrations, o C;
a, b, c - empirical coefficients that take into account the coefficient of thermal conductivity, heat capacity and their change from the magnitude of the height;
τ is the transit time of the ultrasonic wave to the reflection point, microseconds.
Результатом обработки данных при помощи математической модели является топография профиля разгара (фиг.3) и вертикальный разрез горна и лещади доменной печи (фиг. 4). Погрешность данного метода очень мала и подтверждена производственными испытаниями на действующих агрегатах доменного цеха Открытого Акционерного Общества "Магнитогорский Металлургический Комбинат" г. Магнитогорск, Челябинской области. Российская Федерация и составляет 4,7%. The result of data processing using a mathematical model is the topography of the peak profile (Fig. 3) and a vertical section of the hearth and bottom of the blast furnace (Fig. 4). The error of this method is very small and is confirmed by production tests on the existing units of the blast furnace shop of the Magnitogorsk Iron and Steel Works Open Joint-Stock Company in Magnitogorsk, Chelyabinsk Region. Russian Federation and is 4.7%.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ определения разгара горна и лещади доменной печи с помощью зеркально-теневого метода ультразвуковой локации устраняет недостатки, имеющие место в ближайшем аналоге и аналогичных способах, приведенных в тексте. Соответственно, заявляемый способ может быть применен в металлургической технологии для контроля разгара нижнего строения доменной печи, а следовательно, соответствует условию "промышленной применимости". Based on the foregoing, we can conclude that the inventive method for determining the height of the hearth and the bottom of the blast furnace using the mirror-shadow method of ultrasonic location eliminates the disadvantages that occur in the closest analogue and similar methods given in the text. Accordingly, the inventive method can be applied in metallurgical technology to control the height of the lower structure of the blast furnace, and therefore, meets the condition of "industrial applicability".
Источники информации
1. Разработка неразрушающих средств контроля огнеупорной футеровки / Nippon Steel Corp. // Реферативный журнал. Металлургия. -1992. 4.Sources of information
1. Development of Non-Destructive Controls for Refractory Lining / Nippon Steel Corp. // Abstract journal. Metallurgy. -1992. 4.
2. Абрамов О.В., Хорбенко И.Г., Швегла Ш.М. Ультразвуковая обработка материалов. - М.: Машиностроение, 1984. -276 с. 2. Abramov OV, Khorbenko I.G., Schwegla Sh.M. Ultrasonic processing of materials. - M.: Mechanical Engineering, 1984. -276 p.
3. Бергман Л. Н. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Изд-во Иностр. лит., 1957. -727 с. 3. Bergman L. N. Ultrasound and its use in science and technology. - M .: Publishing house of Inostr. lit., 1957. -727 p.
4. Физические основы ультразвуковой технологии / Под ред. Л.Д. Розенберга. - М.: Наука, 1970. -687 с. 4. Physical fundamentals of ultrasonic technology / Ed. L.D. Rosenberg. - M .: Nauka, 1970. -687 p.
5. Матаушек И. Ультразвуковая техника. - М.: Металлургиздат, 1962. -511 с. 5. Mataushek I. Ultrasonic technology. - M.: Metallurgizdat, 1962. -511 p.
6. Neppias E.A. Ultrasonics measurements in liquids. Ultrasonics. -1963. - 3. 6. Neppias E.A. Ultrasonics measurements in liquids. Ultrasonics -1963. - 3.
7. Иванов В. И. Повышение точности измерений скорости ультразвука в твердых телах импульсно-фазовым методом. - Л.: ЛЭТИ, 1970. -Вып.89. -С.21-24. 7. Ivanov V. I. Improving the accuracy of measuring the speed of ultrasound in solids by the pulse-phase method. - L .: LETI, 1970. - Issue 89. -C.21-24.
8. Preuss Т.Е., Clark G. Применение ультразвукового метода сканирования композитных материалов // Non - Destruch. Fest. -1989. - 3. -С.64-68. 8. Preuss TE, Clark G. Application of the ultrasonic scanning method of composite materials // Non - Destruch. Fest. -1989. - 3. - S. 64-68.
9. Ультразвуковой контроль износа футеровки шахты доменной печи / П.Г. Васильев, В. Е. Левченко, Н.Е. Алпаев, А.В. Шульга. // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1992. - 3. -С.3-5. 9. Ultrasonic control of wear of the lining of the mine blast furnace / P.G. Vasiliev, V.E. Levchenko, N.E. Alpaev A.V. Shulga. // Metallurgical and mining industry. -1992. - 3. -C.3-5.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124524/02A RU2211247C2 (en) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124524/02A RU2211247C2 (en) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001124524A RU2001124524A (en) | 2003-07-20 |
| RU2211247C2 true RU2211247C2 (en) | 2003-08-27 |
Family
ID=29245795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001124524/02A RU2211247C2 (en) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2211247C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529332C2 (en) * | 2012-08-27 | 2014-09-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Евростандарт" | Method to determine topography of metallurgical facility lining layers |
-
2001
- 2001-09-03 RU RU2001124524/02A patent/RU2211247C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529332C2 (en) * | 2012-08-27 | 2014-09-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Евростандарт" | Method to determine topography of metallurgical facility lining layers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1960766B1 (en) | Detection of defects in welded structures | |
| US7665362B2 (en) | Systems, methods and apparatus for non-disruptive and non-destructive inspection of metallurgical furnaces and similar vessels | |
| RU2211247C2 (en) | Method for determination of blast-furnace hearth and bottom erosion with the aid of the mirror-shadow method of supersonic detection | |
| RU2305134C1 (en) | Method of determining topography of metallurgical assembly lining layers | |
| EP1893972A1 (en) | Systems, methods and apparatus for non-disruptive and non-destructive inspection of metallurgical furnaces and similar vessels | |
| RU2529332C2 (en) | Method to determine topography of metallurgical facility lining layers | |
| JP4270040B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method | |
| Soldatov et al. | Echography of in-tube sealing units: Simulation and experiment | |
| RU2326320C1 (en) | Method of determining topography of metallurgical facility lining layers | |
| JP2001255308A (en) | Method and apparatus for ultrasonic flaw detection | |
| RU2334224C1 (en) | Method of ultrasonic measuring of average grain size | |
| US20240027402A1 (en) | Method for destruction-free determination of the depth of hardening on surface-hardened components | |
| RU2715913C1 (en) | Ultrasonic inclined transducer for measuring speed of propagation of acoustic waves in steel rolling products when determining parameters of mechanical properties, which characterize cold resistance | |
| Teodorovich | Technique of measurements of elastic wave attenuation parameters | |
| JP4173071B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
| Yu et al. | Survey of ultrasonic properties of aircraft Engine Titanium forgings | |
| JP6619283B2 (en) | Non-destructive inspection device for steel and non-destructive inspection method for steel | |
| JP2017187289A (en) | Nondestructive inspection device for steel material and nondestructive inspection method for steel material | |
| JPH0829398A (en) | Method and apparatus for measuring deterioration of material in the material surface layer | |
| Morkun et al. | Ultrasonic control of the level of the heterogeneous surface medium in mining | |
| Sukatskas et al. | Investigation of the Lamb wave inference in a pipeline with sediments on the inner surface | |
| Periyannan et al. | Ultrasonic Waveguide Techniques for Distributed Temperature Sensing | |
| JP5904331B2 (en) | Array flaw detection apparatus and method | |
| Togol | Local Polycrystalline Measurements Using Focused Ultrasound Beams | |
| SU1237965A1 (en) | Method of checking solution strength |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20041210 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040904 |