RU2773869C1 - Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации - Google Patents
Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773869C1 RU2773869C1 RU2021120409A RU2021120409A RU2773869C1 RU 2773869 C1 RU2773869 C1 RU 2773869C1 RU 2021120409 A RU2021120409 A RU 2021120409A RU 2021120409 A RU2021120409 A RU 2021120409A RU 2773869 C1 RU2773869 C1 RU 2773869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lining
- account
- correction factor
- temperature
- thickness
- Prior art date
Links
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к оценке остаточного ресурса теплового ограждения (футеровки) сталеразливочных ковшей. Заявленное решение позволяет получить данные об остаточном ресурсе теплового ограждения сталеразливочных ковшей на основе комплексной оценки условий их эксплуатации, позволяющей учесть основные величины, определяющие срок службы футеровки сталеразливочного ковша. Значение остаточного ресурса тепловых ограждений сталеразливочных ковшей определяют по формуле, включающей общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации:
где nк - количество плавок; δi - толщина футеровки в начале i-го цикла, мм; δкр - минимально допускаемая (критическая) толщина футеровки, мм; υ - средняя скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата, мм/плавку; КΣ - общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации, находится по выражению:
где К1 - корректирующий коэффициент для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении; К2 - корректирующий коэффициент для учёта кислотности (основности) шлака; К3 - корректирующий коэффициент для учёта температуры подогрева футеровки; К4 - корректирующий коэффициент для учёта температуры расплава; К5 - корректирующий коэффициент для учёта плотности огнеупоров. Технический результат – повышение информативности получаемых данных за счет получения данных об остаточном ресурсе тепловых ограждений сталеразливочных ковшей в процессе работы на основе расширенной и комплексной оценки условий их эксплуатации. 1 ил.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к определению остаточного ресурса теплового ограждения (футеровки) сталеразливочных ковшей.
Известен способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок, в котором определяют износ и старение сосудов давления на основе составления математической модели "нагрузка - несущая способность", где в качестве нагрузки принято внутреннее давление, а в качестве несущей способности - толщина стенок сосудов давления [Патент 2126955 РФ, МПК G01D21/00. Способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок].
Недостатком этого способа является отсутствие в используемой математической модели влияния температурных напряжений, возникающих в стенках.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов, в котором остаточный ресурс определяют критериями надежности по прочности, как для сжатия, так и для расширения [Патент 2724135 РФ, МПК G01N25/72. Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов].
Недостатком этого способа при определении остаточного ресурса является учёт влияния только одного условия эксплуатации - температурных напряжений в футеровке при разогреве или охлаждении.
Технический результат (практическая значимость) предлагаемого изобретения - получение данных об остаточном ресурсе теплового ограждения сталеразливочных ковшей на основе комплексной оценки условий их эксплуатации, позволяющей учесть основные величины, определяющие срок службы футеровки.
Это достигается тем, что в способе оценки остаточного ресурса теплового ограждения сталеразливочного ковша, значение остаточного ресурса определяют на основе определения значения количества плавок (nk), учитывающего толщину футеровки в начале i-го цикла (δi), минимально допускаемую толщину футеровки (δкр), среднюю скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата (υ), определяющих срок службы футеровки сталеразливочного ковша, причём количество плавок (nk), определяют по формуле, включающей общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации:
где nk - количество плавок;
δi - толщина футеровки в начале i-го цикла, мм;
δкр - минимально допускаемая (критическая) толщина футеровки, мм;
υ - средняя скорость снижения толщины футеровки высокотемператур- ного агрегата, мм/плавку;
КΣ - общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации, находят по выражению:
где К1 - корректирующий коэффициент для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении;
К2 - корректирующий коэффициент для учёта кислотности (основности) шлака;
К3 - корректирующий коэффициент для учёта температуры подогрева футеровки;
К4 - корректирующий коэффициент для учёта температуры расплава;
К5 - корректирующий коэффициент для учёта плотности огнеупоров, при этом значения корректирующих коэффициентов определяют по таблице с учётом отклонения от нормативных значений условий эксплуатации футеровки сталеразливочного ковша, а величину отклонения корректирующего коэффициента для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении, находят по формуле:
где σ - температурное напряжение в футеровке, МПа
σдоп - предел прочности применяемого огнеупорного материала, МПа;
x - толщина футеровки, м;
n - число участков в которых напряжения превышают допустимые;
τ - время разогрева или охлаждения, с.
σср - среднее значение температурных напряжений в футеровке на данном участке, МПа;
xi - толщина футеровки, на которой температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, м;
τi - время разогрева или охлаждения участка, на котором температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, с.
Алгоритм способа заключается в следующем.
При анализе состояния футеровки и определении остаточного ресурса ее работы рассматриваются условия эксплуатации сталеразливочного ковша:
- температурные напряжения, возникающие в футеровке при разогреве и охлаждении;
- уровень кислотности (основности) шлака;
- температура подогрева футеровки;
- температура расплава;
- плотность огнеупоров.
В предлагаемом способе учёт условий эксплуатации футеровки производится при помощи корректирующих коэффициентов, значения которых зависят от величины отклонения условий эксплуатации теплового ограждения от нормативного значения.
Температурные напряжения в футеровке являются определяющим фактором при оценке ее остаточного ресурса, так как вследствие их действия уменьшается толщина теплового ограждения и это является причиной частого выхода из строя сталеразливочного ковша и увеличения затрат на его ремонты.
Любым известным способом находят распределение температур (например, Инновационный патент № 30372 Республика Казахстан, МПК G01K 13/00 опубл. 15.09.2015, бюл. № 9).
Далее находят возникающие напряжения в зоне растяжения σр и сжатия σс по формуле:
где α - коэффициент теплового расширения, (1/°C);
Тср - средняя температура огнеупорного слоя, °C;
Ti - температура точки, в которой производится расчёт температурного напряжения, °C;
Е - модуль упругости материала, МПа
υ - коэффициент Пуассона.
Затем определяется величина отклонения корректирующего коэффициента для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении, по формуле:
где σ - температурное напряжение в футеровке, МПа;
σдоп - предел прочности применяемого огнеупорного материала, МПа;
x - толщина футеровки, м;
n - число участков в которых напряжения превышают допустимые;
τ - время разогрева или охлаждения, с.
σср - среднее значение температурных напряжений в футеровке на данном участке, МПа;
xi - толщина футеровки, на которой температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, м;
τi - время разогрева или охлаждения участка, на котором температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, с.
Значение температурных напряжений в формуле берётся по модулю, то есть без учёта знака, для напряжений сжатия или растяжения.
Само значение корректирующего коэффициента для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении, находится из таблицы (Фиг.) по найденному значению отклонения условия эксплуатации от нормативного значения.
Значения корректирующих коэффициентов в зависимости от кислотности (основности) шлака, температуры подогрева футеровки, температуры расплава и плотности огнеупоров также находятся из таблицы (Фиг.) с учётом отклонения величины от нормативного значения. Так, например, изменение плотности огнеупоров, нужно учитывать только при снижении этого параметра относительно нормированного.
Общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации рассчитывается путём умножения корректирующих коэффициентов отдельных условий эксплуатации:
Остаточный ресурс nk (количество плавок) с учётом общего корректирующего коэффициента условий эксплуатации будет определяться формулой:
где δi - толщина футеровки в начале i-го цикла, мм;
δкр - минимально допускаемая (критическая) толщина футеровки, мм;
υ - средняя скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата, мм/плавку;
КΣ - общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации.
Технико-экономическая эффективность внедрения предлагаемого технического решения - получение данных об остаточном ресурсе тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов в процессе работы и использование этих величин при их эксплуатации.
Пример
В качестве примера использования методики комплексной оценки остаточного ресурса футеровки сталеразливочных ковшей с учётом условий эксплуатации рассмотрим работу 25-тонного сталеразливочного ковша. Для оценки остаточного ресурса футеровки были проведены замеры температуры на внутренней поверхности его футеровки в процессе разогрева, с учётом того, что процессы разогрева сталеразливочных ковшей перед сливом каждой плавки идентичны.
По найденным значениям критерия для оценки остаточного ресурса и допустимого значения критерия для оценки остаточного ресурса получаем значение отклонения условия эксплуатации по температурным напряжениям равным 3,6, что в соответствии с таблицей (Фиг.) даёт значение корректирующего коэффициента К1 = 1,08.
Согласно данным эксплуатации, при работе сталеразливочного ковша в течение 30 циклов не зафиксировано повышение избытка основных или кислотных оксидов. Поэтому значение данного коэффициента примем равным К2 = 1.
Превышение температуры подогрева ковшей зафиксировано не было, исходя из этого принимается К3 = 1.
Температура расплава была зафиксирована на уровне около 1650°С (повышение температуры металла в установке печь-ковш) в 15-ти циклах. Принимаем для расчётов корректирующий коэффициент по температуре расплава равный К4 = 1,01.
Изменение плотности применяемых огнеупоров было зафиксировано с отклонением до 2 %. Корректирующий коэффициент по плотности огнеупоров принимаем равным К5 = 1,01.
Общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации получается равным 1,1. Остаточный ресурс nК (в количестве плавок) с учётом корректирующего коэффициента условий эксплуатации будет определяться формулой:
Полученный результат подтверждается реальной эксплуатацией сталеразливочных ковшей. Результаты эксплуатации сталеразливочного ковша до капитального ремонта показали, что итоговое количество циклов работы ковша составило 41 плавку. Рекомендательное количество после 30 плавок было равным 10. Большее число плавок nk можно отнести на погрешность метода и отсутствие корректировок расчёта при работе после 30 плавок.
Claims (22)
- Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения сталеразливочного ковша, отличающийся тем, что остаточный ресурс определяют на основе определения значения количества плавок (nk), учитывающего толщину футеровки в начале i-го цикла (δi), минимально допускаемую толщину футеровки (δкр), среднюю скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата (υ), определяющих срок службы футеровки сталеразливочного ковша, причём количество плавок (nk) определяют по формуле, включающей общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации:
- где nk - количество плавок;
- δi - толщина футеровки в начале i-го цикла, мм;
- δкр - минимально допускаемая (критическая) толщина футеровки, мм;
- υ - средняя скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата, мм/плавку;
- КΣ - общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации, находят по выражению:
- где К1 - корректирующий коэффициент для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении;
- К2 - корректирующий коэффициент для учёта кислотности (основности) шлака;
- К3 - корректирующий коэффициент для учёта температуры подогрева футеровки;
- К4 - корректирующий коэффициент для учёта температуры расплава;
- К5 - корректирующий коэффициент для учёта плотности огнеупоров, при этом значения корректирующих коэффициентов определяют по таблице с учётом отклонения от нормативных значений условий эксплуатации футеровки сталеразливочного ковша, а величину отклонения корректирующего коэффициента для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении, находят по формуле:
- где σ - температурное напряжение в футеровке, МПа
- σдоп - предел прочности применяемого огнеупорного материала, МПа;
- x - толщина футеровки, м;
- n - число участков в которых напряжения превышают допустимые;
- τ - время разогрева или охлаждения, с.
- σср - среднее значение температурных напряжений в футеровке на данном участке, МПа;
- xi - толщина футеровки, на которой температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, м;
- τi - время разогрева или охлаждения участка, на котором температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, с.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773869C1 true RU2773869C1 (ru) | 2022-06-14 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2003021C1 (ru) * | 1991-02-22 | 1993-11-15 | Zantsev Vladimir K | Способ определени толщины футеровки теплового агрегата |
RU2126955C1 (ru) * | 1996-07-19 | 1999-02-27 | Острейковский Владислав Алексеевич | Способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок |
US6200022B1 (en) * | 1997-04-21 | 2001-03-13 | Ta Instruments, Inc. | Method and apparatus for localized dynamic mechano-thermal analysis with scanning probe microscopy |
RU2265237C1 (ru) * | 2004-08-17 | 2005-11-27 | Закрытое акционерное общество "Координационный центр по надежности, безопасности и ресурсу оборудования и трубопроводам атомных электростанций" (КЦНБРАС) | Способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля |
RU2366936C2 (ru) * | 2007-03-23 | 2009-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Способ диагностики эксплуатационного состояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата |
RU2428682C1 (ru) * | 2010-03-12 | 2011-09-10 | Олег Николаевич Будадин | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов |
RU2724135C2 (ru) * | 2017-07-05 | 2020-06-22 | Товарищество с ограниченной ответственностью "GN Energy" | Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2003021C1 (ru) * | 1991-02-22 | 1993-11-15 | Zantsev Vladimir K | Способ определени толщины футеровки теплового агрегата |
RU2126955C1 (ru) * | 1996-07-19 | 1999-02-27 | Острейковский Владислав Алексеевич | Способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок |
US6200022B1 (en) * | 1997-04-21 | 2001-03-13 | Ta Instruments, Inc. | Method and apparatus for localized dynamic mechano-thermal analysis with scanning probe microscopy |
RU2265237C1 (ru) * | 2004-08-17 | 2005-11-27 | Закрытое акционерное общество "Координационный центр по надежности, безопасности и ресурсу оборудования и трубопроводам атомных электростанций" (КЦНБРАС) | Способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля |
RU2366936C2 (ru) * | 2007-03-23 | 2009-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Способ диагностики эксплуатационного состояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата |
RU2428682C1 (ru) * | 2010-03-12 | 2011-09-10 | Олег Николаевич Будадин | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов |
RU2724135C2 (ru) * | 2017-07-05 | 2020-06-22 | Товарищество с ограниченной ответственностью "GN Energy" | Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2901222C (en) | Method for determining the state of a fire-resistant lining of a metallurgical vessel for molten metal in particular | |
US10935320B2 (en) | Method for determining the state of a refractory lining of a metallurgical vessel for molten metal in particular | |
RU2773869C1 (ru) | Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации | |
JP5482615B2 (ja) | 転炉における吹錬制御方法 | |
Chen et al. | Role of mean stress on fatigue behavior of a 316L austenitic stainless steel in LWR and air environments | |
CN111815072B (zh) | 一种炼钢连铸过程中钢包防泄漏预警方法、装置及存储介质 | |
Brochen et al. | Improved thermal stress resistance parameters considering temperature gradients for bricks in refractory linings | |
KR101119006B1 (ko) | 열연강판의 냉각온도 제어방법 | |
JP2010203812A (ja) | 高強度フェライト鋼の寿命評価方法 | |
JP2002266011A (ja) | 高炉の炉内状況推定方法 | |
JP4478074B2 (ja) | 溶融金属の連続鋳造方法 | |
Shrivastava et al. | Computational study of blast furnace cooling stave using heat transfer analysis | |
JP2006257458A (ja) | 溶銑樋の損耗予測方法 | |
TWI450969B (zh) | 高爐鐵水溫度之估測方法 | |
Pandhari | Modeling of thermal stress cycling in refractory materials | |
JP4478073B2 (ja) | 連続鋳造鋳型の設計方法 | |
Bigeev et al. | Adapting a mathematical model of the end of the blow of a converter heat to existing conditions in the oxygen-converter shop at the Magnitogorsk Metallurgical Combine | |
RU2724135C2 (ru) | Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов | |
Ghorbani et al. | Thermal assessment and identification of wear zones in a blast furnace hearth and tap-holes | |
Aksel'Rod et al. | The steelmaking ladle—Ways towards saving heat | |
Nikiforov et al. | Comprehensive Assessment of the Residual Life of Refractory Materials of High-Temperature Units | |
Nikiforov et al. | Methodology for assessing the residual resource during the operation of high-temperature units | |
Andreev et al. | Compressive behavior of ACS torpedo bricks | |
Beloev et al. | Modeling the thermal operation of a petroleum coke-calcining unit | |
Ansoldi et al. | Thermo-mechanical analysis of a copper mould for continuous casting of steel |