RU2773869C1 - Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации - Google Patents

Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации Download PDF

Info

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
Application number
RU2021120409A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Михайлович Парамонов
Александр Степанович Никифоров
Евгений Валентинович Приходько
Амангельды Ерболович Карманов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2773869C1 publication Critical patent/RU2773869C1/ru

Links

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:
Figure 00000011
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:
Figure 00000012
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:
Figure 00000001
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:
Figure 00000002
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:
Figure 00000003
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:
Figure 00000004
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:
Figure 00000005
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:
Figure 00000002
Остаточный ресурс nk (количество плавок) с учётом общего корректирующего коэффициента условий эксплуатации будет определяться формулой:
Figure 00000006
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:
Figure 00000007
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)

  1. 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:
  2. Figure 00000008
  3. где nk - количество плавок;
  4. δi - толщина футеровки в начале i-го цикла, мм;
  5. δкр - минимально допускаемая (критическая) толщина футеровки, мм;
  6. υ - средняя скорость снижения толщины футеровки высокотемпературного агрегата, мм/плавку;
  7. КΣ - общий корректирующий коэффициент условий эксплуатации, находят по выражению:
  8. Figure 00000009
  9. где К1 - корректирующий коэффициент для учёта температурных напряжений, возникающих в футеровке при разогреве и охлаждении;
  10. К2 - корректирующий коэффициент для учёта кислотности (основности) шлака;
  11. К3 - корректирующий коэффициент для учёта температуры подогрева футеровки;
  12. К4 - корректирующий коэффициент для учёта температуры расплава;
  13. 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:
  14. Figure 00000010
  15. где σ - температурное напряжение в футеровке, МПа
  16. σдоп - предел прочности применяемого огнеупорного материала, МПа;
  17. x - толщина футеровки, м;
  18. n - число участков в которых напряжения превышают допустимые;
  19. τ - время разогрева или охлаждения, с.
  20. σср - среднее значение температурных напряжений в футеровке на данном участке, МПа;
  21. xi - толщина футеровки, на которой температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, м;
  22. τi - время разогрева или охлаждения участка, на котором температурные напряжения в футеровке превышают предел прочности применяемого огнеупорного материала, с.
RU2021120409A 2021-07-12 Способ оценки остаточного ресурса теплового ограждения с учётом условий эксплуатации RU2773869C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773869C1 true RU2773869C1 (ru) 2022-06-14

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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