Способ контроля состояния футеровки фосфорной рудно термической печи — SU 1567650 (original) (raw)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1191 Я О 11151)5 С 22 ИЯНИЕ ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ Из ретен я фут печей х тност овки ния повышен точовк лючает оп делегии электроэнеанный) перние среднети печи, п од вевеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский государственныйнаучно"исследовательский и проектныйинститут основной химической промышленности(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ ФОСФОРНОЙ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙПЕЧИ(57) Изобретение относится к способам контроля футеровки рудно-термических печей химической электроэнергии, в частности к контролю состояния футеровки в зонах ее активного ие относится к способамеровок рудно-термических ческой электротермии, в к контролю состояния футенах ее активного раэрушеЦель изобретения ности определения из надежности работы пеСпособ контроля в ние расхода активной эа определенный (выб работы печи, определе личины рабочей мощно разрушения. Цель изобретения - повышение точности определения износа футеровки и повышение надежности работы печи. Способ контроля включает определение расхода активной электроэнергии эа определенный период работы печи; определение средней величины рабочей мощности печи Р и определение содержания пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве С0, Затеи опреде 203 ляют зависимость между краевым углом смачивания 6 и огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака с разным содержанием Р )5 и строят зависимость С р 0 Й (сов 0) по которой9 определяют расчетное значение Ср 0. с105 В случае превышения СР расчетного ффа 5 над С р 0 фактическим фиксируют нали 5 чие в рпсплаве агрессивных примесей и определяют износ футеровки Ц эа этот период времени с помощью зависимости Ц = Е(Р,СР 0 ) по СР 0 расчетно 15 25 му, полученному по графику зависимости СР 0= Г(соз 6). 3 ил., 1 табл.05 личине которои определ оптимальное содержание пятиокиси фо фора в шлаковом расплаве по формуле: С = К Р где С - оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаковом расплаве,7.; Р - средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч, К и и - эмпирические коэффициенты, зависящие от типоразмера рудно-термической печи. Затем определяют удельный износ футеровки по графику функции ц = 1(Р,С) и с учетом выбранного периода определяют фактический износ футеровки печи.Затем дополнительно определяют фактическое значение РО 5 в шлакеметодом химанализа.Измеряют краевой угол смачивания (8) между огнеупорным материалом (футеровки) и расплавом шлака с разным содержанием РО и строят зависимость С р 0 = Г(сов Е). Затем по ней опре 5деляют расчетную величину содержания РО в шлаке и сравнивают ее с ранее полученным фактическим значением 10 РО в шлаке и в случае превышения Ря Ъ азчнад Р 2 О 2 акфиксируют наличие н расплаве агрессивных примесей,например оксидов железа, щелочей и серы, а износ футеровки эа этот же период времени определяют с учетом наличия примесей, подставляя в график зависимости 11 = Г(Р,С) не фактическое значение С р , а расчетное,1 "5полученное по зависимости Ср =Г (сов О) .Необходимость предложенного способа обусловлена тем, что в связи с комплексным использованием запасов по 20 лезных ископаемых в настоящее время 25 н производство фосфора н больших количествах вовлекается фосфатное сырье низкого качества, чем значительно усложняется режим подготовки сырья для электротермии. В случае плохой термообработки фосфатного сырья в печь поступает сырье с завышенным содержанием соединений железа, серы, натрия, калия. Высокотемпературный шлаковый расплав, содержащий оксиды фосфора, железа, натрия, калия, серы,35 является крайне агрессивным по отношению к огнеупорным материалам. В этих случаях точность определения износа футеровки только по содержанию40 РО 5 будет неудовлетворительной.Кроме того, опыт эксплуатации промьппленных печей показывает, что для повышения точности контроля состояния футеровки работающей печи необхо димо до установки огнеупора на промьпаленном агрегате проводить оценку химичЕской стойкости огнеупора, в соответствии с которой отбраковывать непригодный упорный материал и полу 50 чить прознозный срок службы огне- упора,что позволит дать обоснованный график планово-предупредительного ремонта, При выборе способа оценки скорости разъедания огнеупоров агрес 55 сивньми средами необходимо учесть максимально возможное количество факторов, имеющих место при взаимодействии с огнеупорными материалами,Исследованиями авторов установлена зависимость стойкости огиеупорного материала с краевым углом смачивания между ним и расплавом различного состава. Это позволило получить зависимость между краевым углом смачивания и расплавом шлака с различным содержанием РО . Смачивание характеризует природу взаимодействующих фаэ, краевой угол смачивания служит мерой смачивания между поверхностью огнеупора и поверхностью расплава. Использование явления смачивания при оценки химической стойкости огнеупорных материалов позволяет учесть диффузионные процессы, межмолекулярные взаимодействия, которые предшествуют химическому взаимодействию в зоне контакта: огнеупор-расплав.Определение зависимости Ср б=р= 1(совЕ) осуществляется следующим образом.Иэ футеровочного (стандартного) углеродистого блока изготавливают подложку - таблетки 4 20 мм, толщиной 2 мм из шлака с постоянным отношением ВО/СаО = 0,85, содержанием РеО ) 1,0; НаО + КО,5; ЯОя 6 6 0,2 мас,7 и разным содержанием РОп(С р О изменяется от 0,5 до 7 мас.7) изготавливают образцы в виде конуса с основанием 6 мм и высотой 13 мм.В вакуумной печи сопротивления расплавляют образец шлака на подложке. Краевой угол смачивания определяют по результатам фотосъемки и за "ерам контура капли расплава.углаПример расчета краевогосмачивания (см,фиг.,а,б)а) О (90Е: ви- --- );ф- +у )Уб 8 г 90 ф,В 90+С( )хЗависимость 6 от содержания РОп в фосфорном шлаке представлена ниже, на основании которой настроен график зависимости С р о = 1( 6), Для шлакауОС р ОЙ 153 9равный 140 , считается эталонным, 1567650l0,5 145,0143,01,5 140,02,5 135,03,5 130,05,0 125,06,0 120,07,0 115,0О влиянии примесей на износ футеровки можно судить по тому, что, например, для двух шлаков, имеющих РОХ = 1,5 Х, РеОЗ= 1,0, НаО + + К О ( 0,5 и отличающихся только по содержанию БО= 0,6 и 0,8 соответственно краевой угол смачивания составляет 120 и 1 О , т.е. равносильно износу футеровки с содержанием Р О в шлаке 6,0 и 8,07.На фиг.2 приведена зависимостькраевого угла смачивания от содержа,ния Р О в шлаке; на фиг.З - зависимость износа футеровки от количества потребляемой электроэнергии при различном содержании РО в шлаке.График на фиг.З представляет собой функцию Бу= Е(Р,С), где Бу " удельный износ футеровки, г/см ; Р - средняя величина рабочей мощности печи, МВт/ч; С - содержание РОю в шлаке (фактическое или расчетное),ЕГрафик является комплексным, т,е. достоверным для печей различной мощности, так как оптимальные значения содержания РО в шлаке укладываются . в возможный диапазон отклонений, не снижая точности определения износа футеровки.Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на примере определения износа футеровки фосфорной печи РКЗФМ 2 или РК 3-80.фосфорная печь имеет три самоспекающихся электрода диаметром (дэ) соответственно 1400 и 1700 мм, в зависимости от типоразмера печи, расположенных по треугольнику с размером (Р) 10500 мм и высотой 5650 мм. В печь загружается исходная шихта, состоящая из трех компонентов: фосфорита, кварцита, и кокса. За счет тепла, образующегося в результате протекания тока по электродам, происходит плавление шихты и возгонка фосфора. В процессе плавки периодически или непрерывно в зависимостиот рабочей мощности лечи не режедвух раз в смену определяют содержа-,5ние РО в шлаке и в зависимости ототклонения корректируют состав щихты,П р и м е р 1. В начальный моментпечь имеет следующие параметры плавки: рабочая мощность Р35 МБт,ток электрода 151 кА, напряжениепечного трансформатора П = 414 В.При этом сов у 0,981, температурапод крышкой печи должна находитьсяв пределах 260-400 С. Отношение высоты подэлектродного пространства кдиаметру электрода поддерживают впределах Нз/д= 0,65-0,9,Учитывая, что рабочая мощность печи, а соответственно ток,электрода20 в процессе работы печи могут изменяться по различным причинам, дляпостроения модели эти значения усредняют следующим образом. Выбираютвремя усреднения смену (6 ч). Пред 25 положим, за это время печь потребила200 МВт (показание счетчика активнойэнергии), следовательно, средняярабочая мощность 33,4 МВт, ток электрода за этот период колебался от30 40 до 58 кА, 1 р= 50 кА,Пусть среднее фактическое содержание РО в шлаке будет С р= 1,77По зависимости ПЕ(Р,С) определяем удельный износ футеровки, который составляет 0,0452 г/см35Одновременно с химическим анализом на определение содержания РОв шлаке измеряют краевой угол смачивания между огнеупорным материалом ирасплавом шлака, который равен 140оПо зависимости д = Е(РО 5) определяют содержание РО 5 в шлаке, оноравно 1,67, т.е. расчетное значение РО в шлаке соответствует факти 45 ческому и поэтому фиксируют, что. агрессивных примесей в расплаве нет.Относительное уменьшение расчетного значения РО в шлаке от фактического объясняется тем, что точностьопределения краевого угла смачиваниязависит о" субъективных причин и может колебаться в праделах +1-2 , поэтому фиксация примесей в расплавеосуществляется только при отклонении55расчетного значения РО 5 от фактического более 0,57. Р О,Износ футеровки за смену определяем по формуле 11 = Б Т, где о - износ футеровки, г/см ; Ьч- удельный40 износ Футеровки, г/гм; 1 - время работы печи, и, 11 = 0,045 6 = 0,270 и/е,ф.П р ц ир 2, Определение цзцосд Футеровки эд сутки.Ежесмеццо определяют Фактическое содержание Г Ов шлаке химическим методом и кревые углы смдчицдццн. Получены следующие результаты: Фактическое содержание 1 Ов шлака 2,0; О 30 2,8; 3,5; т.есреднее С = 27 Е. Соответственно углы смачцвдция 139 130, 125,. 120Из зависимости О =Е(РО) (Фиг.2) определяют расчетное значение содержания РОв шлаке, получаем соответственно 2,0; 4,0; 5,5; бЗТ.Потребление активной энергии можно определ ть;чстчцку дктивц й энергии по Формуле Яч=Я ц- (а,.20 где 0 й ы - соответственно предыдущие и последующие показания счетчика,Потребление активной энергии можно определить и по формуле = Р И К , где Рс- средняя мощность 25впечи за выбранный период работы печи, МВт/ч; Б - календарное время работы печи, за выбранный промежуток времени, ч; К 8 - коэффициент рабочего времени, К =- 0,824. 30Пусть Я р = 1 С,- ,= 820 МВт, тог 820да Р = ," =- .= 41,46 МВт.с В К 8 24 х 0,824Сравнивают фактическое и расчетное значение РОпо сменам, соответственно: 2,0-2,0 = 0; 3,0-4,0=-1,0;2,8-5,5 = -2,7; 3,5-6,3 = -2,8. По результатам сравнения делают вывод, что в первую смену состав шлака соответствует регламентному, а в остальные смены нет, так как превьшение расчетного значения Р 0 указывает на наличие агрессивных примесей в шлаке. Такими примесями могут быть оксиды железа, щелочи илц сера, причем наиболее агрессивна сера.Для точного определения примесей необходимо провести дополнительный анализ исходной шихты, особенно цд серу. Кроме того, причиной проявления агрессивных примесей может быть недостаточная термообработка фосфатного сырья, В любом случае, чтобы уменьшить износ футеровки, необходимо изменить шихтовку или электро 55 технологический режим плавки.Износ футеровкц в данном примере определяется следующим образом. По зависимости Б,1= Г(СР,) (фиг.3) определяют удельный износ футеровки зд час для каждого расчетного значения РО а именно: 0,075; 0,105;0,160; 0,240 г/смИзнос определяют по Формуле0 у; 1 кКв = (0,075+0,105+0,160+ 0240)хб 0 0,824 = 0,5804,944 - 2,876 г/см .Возможец расчет износа футеровки за сутки следующим образом.В первую смену при отсутствии примесей износ равен Б = 1150 051 6824 = 0,252 г/смЗа три последующие смены определяют среднюю расчетную величину содержания РОв шкалеСк 4 О+5 5+63 158"Р п 3 3 5,37.Тогда износ футеровки за три последующие смены составит Б = = Пу 1 кК 8 = 0,172 18 08242,551 г/см . Износ за сутки , Б,2- 0,252+2,551 = 2,803 г/смОтносительная ошибка по сравнению с предыдущим расчетом составит2 876-2 803д: -ь ----00 = 2 27.2,866т.е, вполне допустимая погрешность.сравним ошибку определения износа футеровки за сутки по прототипу и предлагаемым способам. По прототипу 1 = 111 кК В = 006724 0 8241,325 г/см . По предлагаемому: Б2,876 г/см .Таким образом, при наличии агресм сивных примесей в шлаке ошибка в определении износа футеровки значительна. ( в 2 раза).П р и м е р 3, Рассмотрим осуществление предлагаемого способа определения стойкости футеровки перед установкой углеродистых блоков в печь.Для стандартного углеродистого блока и фосфатного шлака, содержащего РО 5= 15 Ж и Мк = 0,83-86, угол смачивания соответствует 9 = 140ь Этот угол смачивания принимается в качестве эталона при оценки стойкости огнеупорного материала и используется при экспресс-анализе блоков при их установке в печь.Если угол смачивания меньше 135 о140 , то стойкость блока недостаточная и устанавливать в печь нельзя, так как он быстро выйдет из строя и создается аварийная ситуация.15676Таким образом, последовательность осуществления способа следующая. Предварительно строят зависимость 6 = Г(РО-), как описано (фиг.1).5 Задают электротехнологический режим плавки, т.е. мощность, ток, напряжение, расстояние электрод-под, шихтовку, температуру под крышкой печи и т.д. За выбранный промежуток време ни (смена, сутки и т.п.) определяют электрические параметры, расход актинной электроэнергии, ток электрода, температуру и т.д. Определяют среднюю рабочую мощность за выбранный прсмежуток времени (Р). Определяют раз или два в смену содержание РО в шлаке, измеряют краевой угол смачивания между расплавом шлака и материалом Футеровки, Ежесменно по зависимости В =Г(РО) определяют расчетное значение РО в шлаке и сравнивают с соответствующими значениями РО, определяемыми известным методом (химаналиэом), В случае превышения расчетного 25 значения Р Оу фактического Фиксируют наличие агрессивных примесей в расплаве и информируют от этом технолога. Далее износ футеровки можно определить двумя путями, Определяют удельный износ футеровки за каждую смену по зависимости БЕ (Р,Ск ) (фиг.З), причем там, где расчетное значение содержания РО превышает фактическое, берут Срасчетное. Определяют износ футеровки за выбран ный промежуток времени суммированием износа эа смену.Второй вариант: выявляют смены, в которых шлак соответствует регламентному ине соответствует. Усред- - 4 О няют содержание РОв шлаке для тех и других смен. По зависимости Бу= Е(Р,Ск) определяют удельный износ для обоих случаев, далее по Формуле Б = 11 у Б К определяют износ45 футеровки путем их суммирования.В качестве основной единицы, характеризующей работу обслуживающего персонала, является смена, поэтому и целесообразно оценивать износ футе ровки эа смену. Соответственно за этот промежуток целесообразно усреднять значения рабочей мощности, содержание РО в шлаке и т.п.Предлагаемый способ определения 55 износа футеровки позволяет более точ 50 10но определять износ Футеровки при наличии агрессивных примесей в шлаке, Кроме того, он позволяет провести предварительную отбраковку углеродистых блоков перед их установкой в печь и фиксировать нарушение электро- технологического режима плавки и режима термообработки шихты, загружаемой в печь.Использование предлагаемого изобретения позволит более точно составлять график планово-предупредительных ремонтов и избежать аварийных остановок печи иэ-за выхода иэ строя Футеровки. Это позволит увеличить коэффициент рабочего времени печи на 0,01-0,027.Формула еизобретенияСпособ контроля состояния Футеров-ки фосфорной рудно-термической печи,включающий определение расхода активной электроэнергии за определенный период работы печи, средней величины рабочей мощности печи и среднейфактической величины содержания РОв шлаке за тот же промежуток времении определение удельного износа футеровки по графику функцииБ = Г(Р,С),где Р - средняя величина рабочеймощности печи, МВт;С - фактическое содержаниеРО Ю (С р о ) в шлаковоморасппаве, 7;Б - удельный износ футеровки,г/смо т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности контроляизноса футеровки печи в промышленныхусловиях и надежности работы печи,дополнительно измеряют краевой уголсмачивания между огнеупорным материалом футеровки и расплавом шлака,по заранее полученной зависимостимежду краевым углом смачивания и содержанием РО в шлаке определяютрасчетное значение РОи сравниваютего со средней Фактической величинойРО в шлаке, при превышении расчетным значением Р 20 в шлаке фактического определение удельного износафутеровки производят по расчетномузначению РО(С ро ) в шлаке.5 б 7650 Ф ОУ Щ 1 Ы ОР Ю ЮР го Составитель Т,МороэоваТехред п.Олийнык Коррект Редактор О.Спес абац аз 48 Заказ 1303 одпис тениям и открытиям пская наб д, 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101 оиэводствен И Государственного комитета по иэобре ри ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Рауш

Смотреть

Способ контроля состояния футеровки фосфорной рудно термической печи