Інтенсифікація металургійного виробництва, зростаючий ризик пошкодження футерування сталерозливних ковшів і футерування в процесі плавлення та розливу металу, вимушений простого виробництва та значна вартість ліквідації аварійних ситуацій, змушує виробників металургійної продукції, знаходити шляхи зниження ризику можливого виникнення подібних ситуацій.
Одним із шляхів вирішення даних завдань у металургійній галузі є впровадження у процес виробництва, приладів та систем безперервного або періодичного контролю стану футерування доменних, мартенівських та електросталеплавильних печей, а також сталерозливних ковшів різного призначення.
Дослідження технологічних процесів плавки та розливу сталі показує, що в результаті продовження терміну служби футерування ковшів, за рахунок необґрунтованого виведення ковшів з експлуатації, пов'язаного з візуальним оглядом, провідна металургійна компанія «Брітіш Стіл Корпорейшн» заощаджує близько 340 тис. фунтів на один стерлінг. сталеливарне виробництво.
Контроль цегляної кладки (футерування) однієї печі для виробництва скла заощаджує 250 тис. фунтів стерлінгів на рік. Отриманий результат досягнуто за рахунок використання систем контролю температурного режиму футерування в процесі експлуатації та є підставою для продовження терміну її служби.
У цій роботі представлені деякі результати застосування однієї з останніх моделей тепловізора Flir T640 (Швеція) на металургійному підприємстві. Даний прилад, володіючи дуже високими технічними параметрами, є перспективним для вирішення широкого класу завдань, як при виробництві, так і обробці металургійної продукції.
Широкий робочий температурний діапазон камери –40 – 2000°С та висока чутливість (0035°С), дозволяє проводити температурний контроль широкого класу об'єктів, як безпосередньо металу в процесі плавки, безперервному розливанні, гарячій та холодній прокатці, так і здійснити моніторинг технічного стану цегляної кладки (футерування) високотемпературних печей та ковшів різного призначення.
Важливою функцією даного тепловізора є можливість отримання композитних відео та ІЧ-зображень у різних поєднаннях, що полегшує аналіз термограм у разі складних поверхонь об'єктів контролю, наприклад, поверхні кладки склепінь мартенівських печей, екранованої різними допоміжними будівельними конструкціями.
Особливістю програмного забезпечення тепловізора Flir T640 у плані його застосування в ТК конструктивних елементів печей, а також контролю нестаціонарних процесів нагрівання та охолодженняє можливість проведення динамічних вимірів та наявність додаткового програмного пакета, що дозволяє проводити теплові розрахунки конвективного та радіаційного теплообміну, а також можливість проведення диференціального температурного аналізу. Останнє робить прилад дуже ефективним засобом для контролю змін теплового стану об'єкта в процесі експлуатації, що є важливим для вирішення перерахованих вище завдань при контролі стабільності температурного процесу в процесі безперервного розливання або прокатки сталі.
Актуальним завданням у галузі сталеливарного виробництва є контроль технічного стану футерування цегляної кладки стін та склепінь мартенівських та доменних печей, а також сталерозливних ковшів, функціонування яких пов'язане з високою ймовірністю прогару кладки з важкими економічними та іншими наслідками. Зовнішня температура кладки високотемпературних печей може перевищувати 500°С.
На рис.1. - рис.2 наведено деякі ілюстрації застосування тепловізійної системи Flir T640 у металургійному виробництві. На рис.1 наведена термограма фрагмента бічної поверхні мартенівської печі з областю кладки, що має підвищений рівень зношування. Безперервний контроль температурного поля кладки дає можливість оператору плавильної печі провести низку операцій з керування режимом горіння пальника та завантаженням металу, підтримуючи температурний режим кладки в межах допустимих значень та успішно завершити процес плавильної кампанії до проведення ремонту.
Рис.1. Термограма і відео відеозображення поверхні цегляної кладки фрагмента стіни мартенівської печі в області розташування газового пальника.
На рис.2 наведена термограма та лінійний профіль температур фрагмента зовнішньої поверхні склепіння мартенівської печі. Як видно, зміни температур у межах області контролю досягають 200 °С, останнє свідчить про значні локальні області підвищеного зносу футерування зводу печі.
Рис.2. Термограма (A) і лінійний профіль температури (B) фрагмента поверхні склепіння мартенівської печі з ознаками підвищеного локального зносу футерування, контроль температури виділеної області склепіння рис.2. (С) та відеозображення області контролю (D).
При оцінці технічного стану об'єктів зі складним тепловим полем (подібним до температурного стану зводу печі або сталкої) виникають серйозні проблеми пов'язані з необхідністю визначення інтегральної оцінки зносу футерування, викликаних дією різних технологічних факторів.
Певною мірою усунути існуючі проблеми дозволяє розроблений метод обробки термографічної інформації. В основу методу покладено принцип визначення найбільш ймовірного значення температури поверхні об'єкта або його фрагмента, що враховує статистичні властивості випромінюючої поверхні, так і вихідні дефекти теплоізолюючої футеровки.
Метод дозволяє легко вводити критерії оцінки технічного стану різного обладнання та проводити порівняння теплового стану об'єктів за різних температур навколишнього середовища та його зміну в часі.
На рис 3. наведено вигляд функції перетвореної термограми фрагмента склепіння мартенівської печі. Так, як критерій граничного стану зносу футерування може бути обрано значення максимуму даної функції в заданому температурному інтервалі, наприклад, 350-450°С чи чисельне значення інтеграла даної функції.
У тепловізорі Flir T640 передбачена можливість проведення подібних розрахунків у реальному масштабі часу.
Рис.3. Значення термографічної інформаційної функції у межах виділеної області аналізу (виділена пунктиром на рис. 2с.). (Характер зміни цієї функції в межах заданих температур служить мірою зносу футерування і контролюється в реальному масштабі часу).
На рис.4. в якості ілюстрації показані характерні термограми різноманітної призначення процесу експлуатації. Характерні області підвищеного зносу футерування знаходяться в області шлакового пояса, що пов'язано з інтенсивним впливом шлаку на футерування.
Рис 4. Термограма та лінійний профіль температур в області шлакового поясу стальковша при розливі сталі (А), та ковша при зливі розплаву з мартенівської печі (В).
Як випливає з термограми рис.4В один з ковшів має помітне локальне зношування футеровки (локальне підвищення температури).
Безперервний чи безперервно-періодичнийконтроль темпераурного режиму ковша дозволяє безпечно експлуатувати ківш до досягнення граничного стану та провести своєчасне виведення його з експлуатації.
Висновки
Застосування нових тепловізійних систем значною мірою дозволяє розширити можливості проведення контролю та аналізу теплових явищ, що протікають у високотемпературних плавильних печах, і свідчить про можливість створення системи безперервного моніторингу їх технічного стану. Вирішення даної задачі дозволить продовжити термін експлуатації печі, практично виключити ризик пошкодження футерування в результаті прогару і досягти значного економічного ефекту.