УДК 620.1.08: 681.2.083

 

Акустическая модель футеровки доменной печи для реализации метода собственных колебаний.

 

Ю.И. САВЧЕНКО, Г.Ю. Савченко, А.Ю. ЛЕДНОВ, О.Н. Вострокнутова, Н.А.Савинова

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия.

 

 

Состояния футеровки доменной печи в процессе кампании изменяется. В районе шахты происходит образование и сход настыли, механический износ футеровки. В районе горна и лещади происходит термическое разрушение, образование и размыв гарнисажа. Различными технологическими приемами можно контролировать эти процессы и поддерживать   профиль доменной печи в оптимальном технологическом состоянии.

Определение текущего состояния футеровки доменной печи является сложной задачей.  Конструктивно футеровка доменной печи представляет собой многослойную конструкцию, в процессе эксплуатации футеровки происходит ее разрушение и перерождение материалов, что можно рассматривать как  появление новых слоев. Для диагностики состояния слоев футеровки предложено множество методов  [1-4]:

-Теплотехнический - заключающиеся в построении математической модели температурного поля внутри доменной печи. Для реализации этих методов проводят контроль тепловых нагрузок на холодильники, закладку термопар в кладку доменной печи, контроль температуры кожуха доменной печи.

-Радиационный - для реализации метода производится закладка радиоактивных изотопов в кладку доменной печи и по радиоактивному излучению чугуна судят о том,  какие блоки разрушились.

-Аналитический - для обеспечения работоспособности метода контролируют материальный и тепловой баланс доменного процесса.

-Взятие керна - производят бурение кладки доменной печи, в процессе бурения измеряют температуру. По результатам анализа керна и температурам судят об износе футеровки доменной печи.

В последнее время все больший интерес вызывают акустические  методы неразрушающего контроля [5-8].  Акустические методы контроля можно разделить на  два вида эхометод [5,6] и метод собственных колебаний [7,8]

При контроле эхометодом вре­мя пробега импульса в объекте контроля. Весьма редко измеряют амплитуду прошедшего сигнала или его фазу. При контроле методом соб­ственных колебаний измеряют резонанс­ные частоты.

Вариант эхометода с прямым преоб­разователем - измерение толщины по многократным донным сигналам. При этом в контактном варианте обычно ведут отсчет суммарного времени пробега tz интервалов между первым и n-м донными сигналами (п > 1), чтобы исключить время пробега в акустических задержках (про­текторе, слое контактной жидкости). Рас­четная формула имеет вид:

                                                       (1) .                                                                                       

Метод собственных колебаний основан на анализе изменения спектра широкополос­ного импульса при прохождении через измеряемый слой или изделие В результате про­хождения через объект контроля общая огибаю­щая спектра сохраняется, но выделяются частоты, на которых по толщине объекта контроля  h уложилось целое число полуволн акустических колебаний:

                                                                                (2).

Развитием спектрального метода явилось сопоставление эталонного спек­тра со спектром, отраженным или про­шедшим через исследуемый объект.

Для получения эталонного спектра была разработана модель многослойной конструкции, с использованием импедансного метода [9].

Для определения коэффициента отражения достаточно найти входной импеданс всей системы слоев Z (n)вх:

                                 ,           (4)

где z – входные импедансы соответствующих слоев,

      k – угол падения волны,

      d -  толщина слоя.

а коэффициент отражения формулой

                                    .                              (5)

Коэффициент пропускания системы слоев найдем как

                                                                           (6)

Пример расчета  коэффициента пропускания многослойной конструкции приведен на рис.1.

Рисунок 1 - Модель объекта контроля – изменение коэффициента пропускания многослойной конструкции в зависимости от частоты акустического сигнала.

В результате проделанной работы была разработана акустическая модель футеровки доменной печи, которая может быть использована для диагностики состояния футеровки доменной печи.

1.               Mehrotra S.P., Nand V.C. Heat balance model to predict salamander penetration and temperature profiles in the subhearth of an iron blast furnace // /S/J International. -1993. -33 -.№8. -C.839-846.

2.      Лавров В.В. Разработка и испытание систем диагностики состояния огнеупорной кладки и контроля теплового режима: Автореф. дис. канд. техн. наук. -Екатеринбург, 1996. -22с.

3.      Румянцев С.В. Радиационная  дефектоскопия. -М.: Атомиздат, 1974. -165с.

4.      Refractory thickness measurement optimess vessel life and improves safety // Steel Times. -1991. -21. №8. -C.442.

5.      Способ по определению разгара горна и лещади доменной печи с помощью зеркально-теневого метода ультразвуковой локации: пат № 2211247. Рос.Федерация МПК C21B7/24 Тахаутдинов Р.С.,Терентьев В.Л.,Нефедов С.Н. и др. ; №2001124524/2.заявл. 03.09.2001г.

6.       System and method for inspecting an industrial furnace or the like. : CA 02460901 Canadian patent application / Sadri Afshin, Dewalle Richard; Applicant ANDEC MANUFACTURING LTD., CA; priority 2003/03/13 (10/388,927) US.

7.      Способ определения топографии слоев футеровки металлургических агрегатов пат. №2305134. Рос. Федерация: МПК C21B7/24 / Савченко Ю.И., Шпонько А.А.  2006120175/02, заявл. 09.06.2006

8.      Способ определения топографии слоев футеровки металлургического агрегата: пат. 2326320 Рос. Федерация: МПК F27D21/00 / Шпонько А. А., Прохоров И.Е.; заявитель и патентообладатель Шпонько А.А.;  № 2007119463/02 заявл. 28.05.2007.

9.      Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред.-М.: Наука. Гл.ред. физ-мат. лит., 1989.- 416 с.