SE445258B - Sett att overvaka avnotning av eldfasta veggar i en masugn - Google Patents

Description

8006025-4 2 kl I.0.:T.1._ = k; iiltj-IÉEL 1 1 i 2 k; fm-Tz z kg [ra-ffs I 12 ,¿3 Eftersom kl och k2 är kända och TO kan betraktas såsom smältpunkten för järn vid t.ex. 115OOC, är de återstående okända värdena L1, 12, ÄB, Ti, T? och Tj. När en temperatursond införas från utsidan av stålmanteln 2 för att avkänna temperaturen T? vid punkten C med det bestämda djupet och temperaturen T3 vid punkten D på den yttre ytan på murverket lb, kan 13, T2 och T5 liksom Ä2 bestämmas, eftersom Ä? + 15 är ett värde som bestämmes under stadiet för dimensioneringen av murverken. De enda okända värdena är Ã1 och 12, som då kan utvärderas eller beräknas med ledning av ovanståen- de två ekvationer. Det är följaktligen möjligt att fastställa av- nötningen av murverket la och temperaturen vid gränsytan mellan murverken la och 1b för att kunna förutsäga avnötning .

Ovannämnda förfaringssätt har flera nackdelar. Enligt ovan är värmeledningsförmâgorna kl och k2 hos de eldfasta murverken betraktade vara konstanta. Dessa murverk är med nödvändighet utsatta för höga temperaturer under en längre tid och isynnerhet skulle murverket la på insidan blivit avsevärt försämrat med åt- följande ändring av dess värmeledningsförmåga kl. Till dessa all- varliga problem har tidigare ej hänsyn tagits. Dessutom anses TO vara fastlagd vid 115000 i diskussionen ovan. Men om några material, som härrör från järnmalm eller koks, skulle ha fastnat på insidan av murverket la, skulle temperaturen TO ha nedgått under detta värde, vilket innebär ytterligare ett allvarligt problem. Förutsatt att het metall ännu ej bildats i närheten av ugnskroppen, kan TO ej nå 115000. Å andra sidan kan TO ligga avsevärt utanför 1150°C till följd av bakblåsning. Några hjälp- medel för fastställa dylika variationer i TO_har hittills ej funnits. Även om det synes vara möjligt att öka antalet tempera- turmätpunkter tvärs över väggarnas tjocklek för att förbättra noggrannheten, medför detta problemet på vilket sätt temperaturen TO skall fastställas eller uppskattas, så att stora svårigheter uppsiår att noßflrant övervaka avnötningen av murverket.

Uppfinningun är baserad på uppgiften att utveckla ett förfarings- 8006025-4 sätt, 'som möjliggör noggrann övervakning av avnötningen av eld- fasta väggar utan uppskattning av okända värden såsom hittills förekommit .

Uppfinningen avser sätt att övervaka förslitningen av den eldfasta infodrin- gen i en masugn, vars drifttillstånd i form av kemiska reaktioner och fysika- liska ftruxnen inuti masugnen varierar från tidukt till tidunkt, vilket va- rierande drifttillstånd bl.a. yttrar sig i från tidunkt till tidpunkt varie- rande hamxnaturer inutinasumæm och madéb vanüaæmde tmmnïfiuuerna smnmur hängande upptill i ugnen eller utanför ugnen nätbara varierande parametrar, exempelvis effektiviteten ned vilken i masugen införd gas utnyttjas eller gas- temperaturen upptill i ugnen eller hastigheten för den övre gasströmningen el- lergasuqck,vifleafràithünmkttilltflünmktwæuienmfle üemxmaünæm inas- ugnens inre garn1värmehhfing åstæfl«mner variatknmm i bqgaæfixmerna i olika punkter i infodringen, varvid teuperaturvariationen i en viss punkt i infordrin- gæ1är.fikdröjdi finmålhnfle tül umpemnmrwæfiatflurmnainutinasrnænxmfl en tid, som enligt fysikaliska lagar beror bl.a. av punktens läge i infodrin- gen, i förhållande till masugnens utsida och infodringens insida, vilket sätt uufiükes avlmüning avnünst en medíæmçrmaturer i wmæms inre sæuwnflfiknænde parameter, av bildand av startsignaler representativa fö temperaturer inuti ugnen med hjälp av parametermätningen, av mätning med hjälp av temperatursoder av temperaturer i olika unkter på förutbestämda djup i infodringen, att utsig- nalerna från temperatursonderna analyseras för bestämning av tidsfördröjningen hos de av temperatursonderna upuätta tençematurerna i förhållande till start- signalerna, samt av upskattning av den eldfasta väggens tjocklek med hjälp av relatering av tidsfördröjningarna till respektive djup i infodringen.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med ledning av åtföljande ritning, där fig. 1 åskådliggör känd teknik, fig. 2 åskådliggör uppfinningen, fig. 3 visar ett diagram över sambandet mellan för- dröjningstiden och avståndet från den inre eldfasta väggen, fig. 4 en perspektivvy delvis i tvärsnitt av en temperatursond, fig. 5 en sidovy i tvärsnitt av den i fig. 4 visade sonden och fig. 6 ytterligare en tvärsnittsvy av temperatursonden.

I en masugn införes järnmalm, koks osv. uppifrån och varm luft nedifrån, så att reducerande reaktioner äger rum, när båda mötes inuti ugnen. Men ugnens drifttillstånd varierar från tidpunkt till tidpunkt i enlighet med sammansättningen av utgångsmaterialen och andra faktorer medan reaktionen fortsätter inuti ugnen. Av- _ __..-_-_._..._..._..__......~.._......-___.... .. 8006025-4 L, grenade mätapparater är installerade upptill på ugnen för övervakning av effektiviteten, med vilken gas utnyttjas, gas: temperatur osv. Utsignalerna från dessa mätapparater återger resultaten av komplicerade fenomen, som uppträder inuti ugnen.

Förutom omständigheten, att dessa interna fenomen hos masugnen fullgott motsvaras av utsignalerna, som uppträder upptill i ugnen, anses de generellt ogynnsamt inverka på ugnens i stort sett eldfasta väggar. Temperatur betraktas vara den mest betydelse- fulla faktorn. Medan de reducerande reaktionerna fortsätter med full styrka i ugnen, ökar t.ex. effektiviteten, med vilken gas utnyttjas, och därmed temperaturen inuti ugnen, varvid större värmemängd överföres till väggarna. T.o.m. om gas upptill i ugnen bildar en central strömning, är reaktionerna aktiva och är den mängd värme stor, som ledes till väggarna. Eftersom värmeöver- föring till väggarna är likvärdigt med värmeledning i dess snävaste innebörd, har försök bekräftat, att variationer i temperaturen inuti väggarna uppträder tidigare på ugnens insida än på sidan för stålmanteln, som representeras av utstorheterna upptill i ugnen. I föreliggande fall benämnes signaler, som härrör från fenomen inuti ugnen och ger upphov till temperaturvariationer vid väggarna, styrsignaler, medan skillnadstid 1 fortsättningen benämnes fördröjningstid. I och för analys bör temperaturmät- ningar utföras vid så många punkter som möjligt på de eldfasta väggarna. Medan styrsignalerna återger ovannämnda effektivitet för gasutnyttjande eller gastemperaturfördelning, är mest för~ delaktiga, kan styrsignalerna vara utmärkande för andra aktuella värden såsom hastigheten för den övre gasströmningen eller gas- tryck ensamt eller i kombination. Det är i varje fall väsentligt att erhålla termiska representationer av eller motsvarigheter till fenomenen inom ugnen noggrant och snabbt genom användning av mätapparater.

Fig. 2 visar ett med fig. l likartat diagram för förklaring av uppfinningen, varvid A, B, C och D osv. betecknar temperaturmät- punkter och T1, T2, TB osv. betecknar temperaturer, som avkännes vid de olika mätpunkterna. Enligt uppfinningen analyseras resulta- ten av mätningarna på följande sätt istället för användning av absolutvärdena av temperaturerna, som avkännes vid de olika mät- punkterna. Kurvor nedtill i fig. 2 är avsatta med temperatur som ordinata och tid såsom abskissa. Kurvan Ti representerar variationer i temperaturer, som avkännes vid punkten B under , sooeozs-4 loppet av tid, medan kurvan T2 representerar variationer i tempera- tur n vid punkten C osv. Dessa variationer i temperatur motsvarar med kraftig ökning vid punkten till vänster om ordinatan, varvid den maximala temperaturen vid punkten detekteras såsom styrsigna- ler. Om topptemperaturerna vid de olika mätpunkterna avsättes i diagram, varvid nollpunkten för abskissan korsas av tiden, när styrsígnalerna detekteras, uppträder var och en av topptempera- turerna vid de olika mätpunkterna långsammare på sidan för stål- manteln 2 än på sidan för den eldfasta väggen. Dylik fördröjning benämnes fördröjningstid.

Avståndet 12, ÄB, ÄH och ÅS mellan två angränsande mätpunkter är kända, eftersom de bestämmes vid inbäddning av temperatur- sonderna, och avståndet (1 är även ett värde, som är fastlagt vid början av ugnens drift. Eftersom möjlighet föreligger att direkt avleda den vid TO varierande temperaturen med hjälp av sonderna på utgångsstadiet, då väggarna ej är försämrade, är nollställning möjlig med hänsyn till den följande analysen, så länge skillnadstiden mellan tidpunkten, då temperaturvariationer uppträder, och tidpunkten för alstring av styrsignalerna redan är känd. Kurvan X i fig. 3 återger resultaten av nollställningen och anger fördröjningstiden, som uppmätts vid de olika punkterna.

Här kan framhållas, att korspunkten Px mellan-kurvan X och abskissan ligger på nollpunkten. Punkten A är belägen på den närmaste innerytan på väggarna och punkten F befinner sig längst bort från innerytan. Väggarnas hela tjocklek kan definieras teoretiskt enligt l1+132 +13 +l11 +25 Nu antages, att avnötningen av de eldfasta väggarna fortgår från punkten A till punkten B. Det blir omöjligt att övervaka temperatur vid punkten B liksom vid punkten A vid återstående punkter C~F fortfarande tillgängliga för temperaturmätningar.

Kurvan Y är avsatt med den aktuella fördröjningstiden på samma sätt som vid kurvan X. Den från punkten C utgående streckade linjen visas för uppnâende av en möjlig skärningspunkt Py med abddssan, varvid denna punkt-Py motsvarar den punkt, där för- dröjningstiden är noll, och underlättar bestämning av platsen för väggarnas närmaste inneryta, även om punkterna A och B ej varit tillgängliga längre för mätningar. Med ytterligare av- nötning av väggarna uppstår svårigheter vid temperaturmätning sooeozs-4 6 vid punkten C istället för vid de återstående punkterna D, E och F. Till följd härav förflyttas kurvan rakt nedåt, såsom anges genom Z, eftersom avstånden mellan punkterna D-F och den närmaste innerytan på väggarna, som motsvaras av fördröjningstíden vid de olika punkterna, blir kortare í beroende av avnötningens fortgång. Det är även möjligt att förutsäga nollpunkten, dvs. platsen för den närmaste innerytan på väggarna, genom införing av den streckade linjen. Ovan diskuterade analys genomföres för kontinuerlig övervakning av avnötningen, medan dessa tids- fördröjningar kan utvärderas med ledning av följande ekvation, som anger sambandet mellan styrsignalerna S och temperaturen T1 t: *f 1=1 ó sri (n) = - s(i)T1 (i+n) (n = 0-M) där S är styrsignalerna, _ T den medelst sonderna avkända temperaturen, T1 den vid punkten B i fig. 2 detekterade temperaturen, i är tid och _ ö koefficienten för sambandet mellan styrsignalerna och den medelst sonderna avkända temperaturen.

Beräkningen av toppvärdet kan utföras med hänsyn till ó ST1(n) i beroende av resultaten av utvärderingen. Ett typiskt exempel på beräkning av toppvärdet diskuteras nedan. Med hänsyn till en speciell topp, där n=n0, gäller min. ö -'ö _ _ sT1(n) ST1 (n-1)! f {óST1(n0) _ øST1>¿n0_1) följaktligen är , T1 At.no där At är samplingsperioden och A1 är fördröjningstiden. För- dröjningstiden Ari mellan TO och T1 kan följaktligen beräknas enligt följande: A11 - Aro där Aro är storleken av nollinställníngen.

På samma sätt är det möjligt att beräkna Afz, A73 osv. med hänsyn till punkterna B-F i fig. 3. Sedan kan platsen för väggar- 7 sooeoas-4 nas avnötning återfinnas med hjälp av kurvorna som sträcker sig över de olika mätpunkterna, och kan de möjliga skärningspunkterna beräknas, där kurvorna skär abskissan. övervakningssättet enligt uppfinningen är fördelaktigt i jämförelse med känd teknik av följande orsaker: (1) Avnötningen av de eldfasta väggarna övervakas noggrant utan att temperaturen TO behöver antagas vara 115000 eller TO behöver väljas såsom instorhet, såsom sker enligt känd teknik. (2) Eftersom analys genomföres utan att kl, k2 osv. behandlas såsom fastlagda värden, är det möjligt att förutsäga avnötnings- graden, dvs. om väggarna blivit försämrade. (3) Övervakning medelst temperatursondenheten är ej baserad på de absoluta temperaturvärdena i och för sig utan den varierande signalen användes för beräkning av sambandet mellan styrsignalen och temperatursignalen, och har därför ej någon inverkan på redu- cerad noggrannhet.

Fig. U visar Lemperatursondenheten för användning vid övervakning enligt ovan beskrivna förfaringssätt, varvid det isolerande fyll- medlet är uteslutet. I fig. 5 visas sondenheten med enbart sex termoelement av manteltyp, medan fig. 6 visar en tvärsnittsvy längs linjen II-II i fig. 5.

En omgivande mantel 1 tjänstgör såsom skydd för hela temperatur- sondenheten. För fackmannen är det givetvis tydligt,att motstånds- termometrar av manteltyp kan ersätta de i dessa figurer visade termoelementen 2a. Ett mar metalltrådar H och H' med termoelektrisk effekt är införda i vart och ett av termoelementen 2a, varvid båda trådarna bildar en mätkontakt eller ett termperaturav- känningsomrâde 5 i sina ändpartier. Dessa avkänningsomräden är belägna på olika ställen längs sondenhetens längd. Varje avkän- ningsomrâde 5 är vid sitt ändparti försett med ett termoelement bb av manteltyp, som tjänstgör såsom referenselement och omfattar exakt samma material som termoelementet 2a. Väl kända förbind- ningsdon 6 användes, men det är ej obligatoriskt att förbinda metalltrâdarna U och Ä' med varandra. Enligt fig. 4 är det översta termoelementet 2a ej förbundet med referenselementen för att uppnås, att dess främre ände ej inbäddas till sitt djupaste läge. Såsom framgår av fig. 6, sträcker sig manteln l åt höger på sådant sätt, att referenselementet kan förbindas med det översta soneozs-4 8 termoelementet 2a, medan motsvarande, med de olika återstående nedre termoelementen 2a samordnade delarna sträcker sig på mot- svarande sätt.

Ett fyllmedel 5 består av lämpligt isolermaterial och företrädes- vis värmebeständigt material såsom magnesia, varvid detta fyll- medel är infört, när-sondenheten monteras i ugnen. Fyllmedlet har till uppgift att förbättra termoelementens 2a varaktighet och undertrycka värmeöverföring längs sondenheten, så att hög noggrannhet uppnås vid mätning av temperaturfördelning längs sondenheten. Det är särskilt lämpligt, om manteln är tunnare och framställd av ett material med låg värmeledningsförmågai i och för ytterligare reducering av värmeöverföringen längs sond- enheten. Om denna enhet skall vara motstândskraftig mot korrosion; kan den vara framställd av t.ex. rostfritt stål.

Ett sätt att öka fyllmedlets täthet och reducera mängden restgas till ett minimum är att reducera mantelns diameter.

Såsom redan framhållits, har de olika temperaturavkänningsområdena vid sondenheten enligt uppfinningen samma tvärsnitt med hänsyn till mättillståndet, så att värmeöverföring längs sondenheten reduceras till ett minimum och mycket tillförlitliga mätningar av temperaturfördelning säkerställas över hela enheten. När sond- enheten användes sâsom givare för övervakning av avnötningen av eldfasta väggar, möjliggör den fortsatta observationer av varia- tioner i temperaturfördelning och fastställande av tidpunkten, då väggarna är utslitna. Dessutom minskas enhetens noggrannhet ej till följd av konvektion av gas eller varje gas- eller vätske- formigt medium, som läcker ut från dess omgivningar via det ska- dade.skyddet med minimal restluftmängd inuti enheten. Sondenheten möjliggör dessutom synnerligen tillförlitliga mätresultat och hög säkerhet. ,

Claims (5)

8006025-4

1. Sätt att övervaka förslitningen av den eldfasta infodringen i en masugn. vars drifttillstånd i form av kemiska reaktioner och fysikaliska fenomen inuti masugnen varierar från tidpunkt till tidpunkt. vilket varierande drifttillstånd b1.a. yttrar sig i från tidpunkt till tidpunkt varierande temperaturer inuti masugnen och med de varierande temperaturerna samman~ hängande upptill i ugnen eller utanför ugnen mätbara varieran- de parametrar, exempelvis effektiviteten med vilken i masugnen införd gas utnyttjas eller gastemperaturen upptill i ugnen el- ler hastigheten för den övre gasströmningen eller gastryck, vilka från tidpunkt till tidpunkt varierande temperaturer i masugnens inre genom värmeledning åstadkommer variationer i temperaturerna i olika punkter i infodringen. varvid tempera- turvariationen i en viss punkt i infodringen är fördröjd i förhållande till temperaturvariationerna inuti masugnen med en tid. som enligt fysikaliska lagar beror bl.a. av punktens läge i infodringen, i förhållande till masugnens utsida och infod- ringens insida. k ä n n e t e c k n a t av mätning av minst en med temperaturer i ugnens inre sammanhängande parameter. av bildande av startsignaler representativa för temperaturer inuti ugnen med hjälp av parametermätningen. av mätning med hjälp av temperatursonder av temperaturer i olika punkter på förutbestämda djup i infodringen. att utsignalerna från tempe» ratursonderna analyseras för bestämning av tidsfördröjningen hos de av temperatursonderna uppmätta temperaturerna i förhål~ lande till startsignalerna, samt av uppskattning av den eld- fasta väggens tjocklek med hjälp av relatering av tidsfördröj- ningarna till respektive djup i infodringen.

2. Sätt enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att tidsför- dröjningen definieras som tiden mellan startsignalen och den tid då högsta temperaturtopp avkännes vid respektive punkt i infodringen. 8006025-4

3. sätt enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att analysen utföres genom att avsätta tídsfördröjningen mot djupet.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att analysen vidare omfattar extrapolering av linjen i diagrammet över tidsfördröjníngen och djupet så att den skär diagrammets av- ståndsaxel.

5. Sätt enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att tidsför- dröjningen i de olika punkterna utvärderas digitalt ur följan- de ekvation: øsr ( ) = 1 ' _' . 1 n M _ n šš S(1)Tl(1 + n) .k1=0~M) där S är startsignalen. T är temperaturen som avkännes av tem- peratursonden. Tl är temperaturen som avkännes vid en speci- fik mätpunkt, i är tiden och ø'är korrelatíonskoefficíenten mellan S och T1.