Тепловизоры нового поколения при тепловом  контроле состояния футеровки объектов металлургии

Завидей В.И., к.т.н., ЗАО «Панатест», Сизов В.А., Зам. начальника КПК
 СПП Выксунского МК

Интенсификация металлургического производства,  возрастающий риск повреждения футеровки сталеразливочных ковшей и футеровки в процессе плавления и разлива металла, вынужденный простой производства и значительная стоимость ликвидации аварийных ситуаций,  вынуждает производителей металлургической продукции, находить пути снижения риска возможного возникновения подобных ситуаций.

Одним из путей решения  данных задач в металлургической отрасли является внедрение в процесс производства, приборов и систем непрерывного или периодического контроля состояния футеровки доменных,  мартеновских и электросталеплавильных печей, а также сталеразливочных ковшей различного назначения.

Исследования технологических процессов плавки и разлива стали показывает, что в результате продления срока службы футеровки ковшей, за счет необоснованного вывода ковшей из эксплуатации, связанного с визуальным осмотром, ведущая металлургическая компаниия  «Бритиш  Стил  Корпорейшн» экономит  порядка 340 тыс. фунтов стерлингов в год на одном сталелитейном производстве.

Контроль кирпичной кладки (футеровки) одной  печи для производства стекла экономит 250 тыс. фунтов стерлингов в год [1]. Полученный результат достигнут за счет использования  систем  контроля температурного режима футеровки  в процессе эксплуатации и служит основанием для  продления срока ее службы.

В настоящей работе представлены некоторые результаты применения одной из последних моделей тепловизора  TH-9100  фирмы NEC  (Япония) на металлургическом предприятии.  Данный прибор, обладая весьма высокими техническими параметрами, представляется    перспективным  для  решения широкого класса задач как   при производстве  так и  обработке металлургической  продукции.

Широкий рабочий температурный диапазон камеры –40 – 2000°С и высокая чувствительность (0,03°С), позволяет проводить температурный  контроль широкого класса объектов, как непосредственно металла в процессе  плавки, непрерывной разливке, горячей и холодной прокатке, так и осуществить мониторинг технического состояния  кирпичной кладки (футеровки) высокотемпературных  печей и  ковшей различного назначения.

 Важной функцией данного тепловизора является возможность получения  композитных  видео и ИК-изображений в различных сочетаниях, что облегчает анализ термограмм в случае сложных поверхностей объектов контроля, например, поверхности кладки  сводов мартеновских печей экранированной различными вспомогательными строительными конструкциями.

 Особенностью программного обеспечения  тепловизора TH-9100, в плане его применения в ТК   конструктивных элементов печей,   а также контроля нестационарных процессов нагрева и охлаждения   является возможность проведения динамических измерений и наличие дополнительного программного пакета, позволяющего проводить тепловые расчеты конвективного и радиационного теплообмена, а также возможность проведения дифференциального температурного анализа. Последнее делает прибор весьма эффективным средством для контроля изменений теплового состояния объекта в процессе эксплуатации, что является важным,  для решения  перечисленных выше задач, при контроле стабильности температурного процесса в процессе непрерывной разливки  или прокатке  стали.

Актуальной  задачей в области сталелитейного производства является  контроль технического состояния футеровки  кирпичной кладки стен и сводов мартеновских печей, а также сталеразливочных ковшей, функционирование которых связано с высокой вероятностью прогара кладки с тяжелыми экономическими и другими последствиями. Наружная температура кладки высокотемпературных печей может превышать  500°С.

На рис.1. -  рис.2  приведены некоторые иллюстрации применения тепловизионной системы TH-9100  в металлургическом  производстве.  На рис.1 приведена термограмма фрагмента боковой поверхности мартеновской печи  с областью кладки имеющей повышенный  уровень износа. Непрерывный контроль температурного поля кладки дает возможность оператору плавильной печи провести ряд операций по управлению  режимом горения горелки и загрузкой металла,  поддерживая температурный режим кладки в пределах допустимых значений и успешно завершить процесс плавильной кампании до проведения ремонта.

На рис.2 приведена термограмма и линейный профиль температур фрагмента наружной поверхности свода мартеновской печи. Как видно, изменения температур в пределах области контроля достигают 200 °С, последнее свидетельствует о значительных локальных областях повышенного износа футеровки свода печи.

При оценке технического состояния объектов со сложным тепловым полем  (подобным температурному состоянию свода печи или стальковшей) возникают серьезные проблемы связанные с необходимостью определения интегральной оценки износа футеровки, вызванных действием различных технологических факторов.

В известной степени устранить существующие проблемы позволяет  разработанный метод обработки термографической информации. В основу метода положен принцип определения наиболее вероятного значения температуры поверхности объекта или его фрагмента, учитывающий,  статистические свойства излучающей поверхности, так и исходные дефекты теплоизолирующей футеровки.

Метод позволяет легко вводить критерии оценки технического состояния различного оборудования и проводить сравнение теплового состояния объектов при  различных температурах окружающей среды и его изменение во времени.

 На рис 3. приведен вид функции преобразованной  термограммы фрагмента свода мартеновской печи. Так в качестве критерия предельного состояния износа футеровки  может быть выбрано значение максимума данной функции в заданном температурном интервале, например,  350-450°С  или численное значение интеграла данной функции.

В тепловизоре TH-9100 предусмотрена возможность проведения подобных расчетов в реальном масштабе времени.

Рис.3. Значение термографической информационной функции в пределах выделенной области анализа (выделена пунктиром на рис. 2с.). (характер изменения данной функции в пределах заданных температур служит мерой износа футеровки и контролируется в реальном масштабе времени).

На рис.4. в качестве иллюстрации показаны характерные термограммы стальковшей различного назначения процессе эксплуатации. Характерные области повышенного износа футеровки находятся в области шлакового пояса, что связано с интенсивным воздействием шлака на футеровку.

Как следует из термограммы рис.4В один из ковшей имеет заметный локальный износ футеровки (локальное повышение температуры).

 Непрерывный или непрерывно-периодический контроль темпераурного режима ковша позволяет безопасно эксплуатировать ковш до достижения предельного состояния и провести своевременный вывод его из эксплуатации.

Выводы

Применение новых тепловизионных систем, в значительной степени, позволяет расширить возможности проведения контроля и анализа  тепловых явлений  протекающих в высокотемпературных плавильных печах, и свидетельствует о возможности создания системы непрерывного мониторинга их технического состояния. Решение данной задачи позволит продлить срок эксплуатации печи,  практически исключить  риск повреждения футеровки в результате прогара и достигнуть значимого экономического эффекта.

Литература

1. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля., Справочник.-М.: Машиностроение. 1991.-240 с.
2. Аксенов Ю.П., Голубев А.В., Завидей В.И. Новые подходы к контролю технического состояния трансформаторов тока типа ТФРМ на рабочем напряжении. - М.: Энергетик, 2004, №3, №4.