У роботі досліджено інформаційні підходи до моніторингу теплового стану нижньої частини доменної печі з урахуванням змін фізико-хімічних характеристик футерування. Запропоновано використання автоматизованої інформаційної технології, яка забезпечує збір, обробку і аналіз температурних даних у реальному часі. Особливу увагу приділено врахуванню процесу повзучості футерування під час першого задування печі та впливу пористості на теплопровідність. Математична модель дозволяє прогнозувати тепловий стан і залишкову товщину футерівки, підвищуючи ефективність роботи доменної печі.
Використання класичних методів контролю температури - ручних вимірювань, точкових термопар - не дозволяє виявити аномалії на ранній стадії, що обмежує можливості оперативного реагування. У зв’язку з цим зростає актуальність впровадження автоматизованих інформаційних систем, які забезпечують комплексний моніторинг теплового стану у реальному часі.
Контроль теплового стану футерування є критично важливим завданням, що потребує поєднання декількох методів: термометрії, аналізу теплопровідності, термографії, чисельного моделювання та сучасних інформаційних технологій.
1. Термометрія є базовим методом вимірювання температури в зоні горна. Вона полягає у встановленні термопар в критичних точках футерування. Проте недоліками є обмежена зона дії датчиків та їх чутливість до високих температур і механічних впливів. Для подолання цих недоліків запропоновано використовувати багатоточкові вимірювальні системи з цифровим передаванням даних.
2. Теплопровідність футерування залежить від температури, пористості та мінералогічного складу матеріалів. Зокрема, при першому запуску доменної печі має місце явище "робочої усадки" - зменшення пористості внаслідок повзучості матеріалу під дією температури. Навіть незначне зменшення пористості (на 2%) може викликати зміну коефіцієнта теплопровідності на 0,431 Вт/м·К, що призводить до зростання температури на поверхні футерування на понад 25 %. Це обґрунтовує необхідність динамічного аналізу стану футерівки [2, с. 34].
3. Інфрачервона термографія дозволяє виявляти локальні аномалії температури на зовнішній оболонці печі. Візуалізація теплових карт дає змогу спостерігати за розвитком небезпечних зон, які можуть свідчити про втрату теплоізоляційних властивостей футерування. Однак цей метод не дозволяє оцінити глибину ураження, тому його необхідно комбінувати з іншими методами контролю [1].
4. Розроблена математична модель описує розподіл температури в зоні горна з урахуванням змінної теплопровідності, яка залежить від температури і пористості. В основі моделі лежить диференціальне рівняння теплопровідності, розв’язане методом скінченних різниць. Такий підхід дозволяє прогнозувати температуру в критичних точках і визначати залишкову товщину футерування, що знижує ризик аварій і оптимізує планування ремонтів.
5. Інформаційна система контролю розроблена як модульний комплекс, що включає:
- сенсорну мережу (термопари, тепловізори);
- мікроконтролерний вузол збору та обробки сигналів;
- програмне забезпечення з візуалізацією температурних профілів;
- модуль аналітики та прогнозування.
На основі отриманих значень формуються попередження про перегрів або локальні пошкодження футерівки.
Також у системі реалізовано функцію автоматичного розрахунку температурного градієнта та визначення зони найбільшого термічного навантаження. Це дозволяє зменшити залежність від людського фактора, забезпечити об’єктивність оцінки та своєчасно вживати заходів для попередження пошкоджень.
Висновки
Запропонована інформаційна технологія моніторингу теплового стану нижньої частини доменної печі дозволяє отримувати дані в реальному часі, виявляти аномалії та приймати рішення щодо управління режимом плавки.
Врахування ефекту "робочої усадки" футерування дозволяє точніше оцінити його фактичний стан і уникати перегрівів, які спричиняють передчасне руйнування матеріалу.
Математична модель, що враховує зміну пористості і теплопровідності, дає змогу прогнозувати залишкову товщину футерівки і планувати ремонти без простоїв.
Система може бути інтегрована в загальнозаводську SCADA-систему або працювати автономно, надаючи інженерному персоналу повний контроль за станом футерування.
Впровадження запропонованої системи забезпечить підвищення енергоефективності доменного процесу, зниження витрат і зростання якості виплавленого чавуну.
Список використаних джерел
1. Zhang C., Huang X., Cui B., Yang S., Chen W. Infrared thermography monitoring system for blast furnace hearth // Ironmaking & Steelmaking. – 2017. – Vol. 44, No. 2. – P. 134–139. https://doi.org/10.1080/03019233.2016.1231612
2. Гусєв О. Ю., Рибальченко Ю. П. Інформаційна технологія оцінки теплопровідності вогнетривкої футеровки металургійних агрегатів // Системи обробки інформації. – 2011. – № 5(95). – С. 33–35.
________________________
Науковий керівник: Гусєв Олександр Юрійович, кандидат фізико-математичних наук, професор, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter