Автоматическое определение качественных параметров доменного кокса



Предыдущая | Следующая

 

Автоматическое определение качественных параметров доменного кокса В течение последних десятилетий ведущими металлургическими заводами и производителями доменного кокса уделяется значительное внимание его качественным показателям. Высокое и устойчивое качество кокса является одной из решающих предпосылок повышения эффективности работы доменной печи. Самыми важными параметрами, характеризующими качество кокса, являются параметры CRI (Coke Reactivity Index) и CSR (Coke Strength after Reaction). Способ определения этих параметров, предложенный японской фирмой «Nippon Steel Corporation», известен как «Test NSC» и применяется всеми мировыми фирмами.
В статье представлено новейшее поколение установки PR 140/1300 VM, предназначенной для измерения параметров CRI/CSR. Первая установка была разработана в 1995 г. в Промышленном институте электроники в Варшаве (Польша), а в последующие годы выпускались ее усовершенствованные модели. Обсуждается также значение этих параметров для оптимизации работы доменной печи для выплавки чугуна. Представлена конструкция, подчеркнуты новаторские решения, и описано программное обеспечение измерительной системы, а также способ обслуживания установки, ее эксплуатационные достоинства и виды автоматически получаемых результатов теста. Указаны пользователи установки PR-140/1300 VM и премии, полученные в Польше и за рубежом, в частности на 54-м Всемирном салоне изобретений, научных исследований и новых технологий «БРЮССЕЛЬ-ЭВРИКА-2005».
Значение параметров CRI/CSR в металлургии –вспомогательный фактор оптимизации работы доменных печей Кокс исполняет в доменной печи целый ряд функций, значение которых разное в различных частях печи. Кокс играет очень важную роль в нижней части доменной печи, в зоне температур 900-1 000 °C при одновременной абразии печных газов. В описываемом тесте параметры CRI и CSR имеют большое значение для общего управления экономикой доменного производства.
Совмещенный тест реакционной способности кокса и постреакционной прочности показал на основании сравнительных измерений в различных лабораториях разные результаты с некоторыми отклонениями, что объясняется разными методиками приготовления проб кокса, методами лабораторных измерений, и особенно качеством тестирующей аппаратуры.
В связи с этим для унификации режимов тестирования введены стандарты ASTM D 5341 oraz ISO 18894, которые разработаны в соответствии с требованиями теста NSC и строго уточняют требования к тестирующей аппаратуре.
В этих стандартах указаны основные принципы и режимы измерений, параметры аппаратуры, и четко определена технология измерений. Измерения, выполненные на установке, удовлетворяющей требованиям вышеуказанных стандартов, позволяют дать объективную и точную оценку параметров CRI и CSR.
Установка новейшего поколения типа PR–140/1300 VM находится в одном корпусе, разделенном вертикальной стенкой на две секции, с измерительным и управляющим регуляторами, газовой системой и панелью управления, расположенными в одной секции, а также с компактным вертикальным нагревателем с изоляцией из керамических волокон, предохраненным алюминиевой рубашкой, расположенной во второй секции, открытой снизу. Характерной чертой установки являются ее небольшие габаритные размеры:
ширина – 120 мм, глубина – 800 мм, высота – 900 мм.
Трубный неделимый нагреватель обеспечивает постоянную температуру с точностью ±20 °C на длине 380 мм, что равно четырехкратной высоте пробы. Многосекционная нагревательная спираль изготовлена из толстой реостатной проволоки, что гарантирует длительный срок службы нагревателя. Легкая изоляция из керамического волокна высокого качества обеспечивает хорошую термодинамику печи и небольшое потребление электроэнергии – около 4,5 кВА в установившемся состоянии при температуре 1100 °C;
Из четырех регуляторов температуры, сопряженных с компьютером, три работают по системе master-slave и обеспечивают соответствующую зону равномерного распределения температуры в нагревателе, а четвертый измеряет температуру исследуемой пробы непосредственно в ее середине. Точность регулировки температуры составляет ±1 °C. Четвертый регулятор позволяет осуществлять каскадное регулирование, благодаря чему поддерживается постоянная температура пробы на протяжении всего процесса на уровне 1100 °C ±0,2 °C (за исключением термических помех, вызванных включением CO2, в течение 5 мин).
В дозаторе газов CO2 и N2 в процессе замеров используются регуляторы массового расхода с точностью ±1 % (по особому желанию может быть ±0,5 %).
Сопряжение системы регулирования температуры и газовой системы с компьютером выполнено при помощи модулей управления и измерения, работающих в рассеянной структуре.
Реактор изготовлен из высококачественной жароупорной стали, а его габариты удовлетворяют требованиям вышеуказанного стандарта ISO. Реактор помещают сверху в нагретом нагревателе. Эту операцию по желанию клиента можно выполнять вручную с помощью ручного рычага или производить загрузку с помощью автоматической системы.
Электронные весы, сопряженные с компьютером, автоматически вводят вес пробы в измерительную систему.
Программное обеспечение (применяется обычный РСкомпьютер) позволяет автоматически вести измерительный процесс, его регистрацию и архивизацию результатов.
Внешний вид установки PR-140/1300 VM представлен на рис. 1.
исследуемого кокса. Для правильной стабилизации температуры в пробе применяется каскадное регулирование, внешняя петля которого замыкается компьютером. Управление температурой осуществляется компьютером, сопряженным с регуляторами печи соответствующими интерфейсами. Время возврата к температуре 1100 ±2 °C составляет 3-5 мин (допустимое время – до 10 мин), а затем эта температура удерживается в течение всего оставшегося времени (115 мин) с точностью ± 0,2 °C.
Дозировкой газов также управляет компьютер. Исполнительным элементом является массовый регулятор расхода, который регулирует расход с точностью ±1 % и повторяемостью ±0,2 %. Такие хорошие эксплуатационные параметры установки позволяют выполнять повторяемые измерения, обремененные небольшой погрешностью. Для устранения погрешностей, связанных со взвешиванием проб, весы соединены с компьютером, и массы проб записываются автоматически.

Обслуживание установки Обслуживание установки выполняется в следующей очередности:
- включить подачу энергетических агентов, нагреть печь, включить компьютер, отладить измерительную программу и ввести описание исследуемой пробы;
- отвесить 200 г из исследуемой пробы кокса. Отвешенное количество будет автоматически введено в систему;
- поместить пробу в стальном реакторе;
- вложить реактор в печь;
- присоединить к реактору гибкие трубки для подачи и отвода реактивных газов;
- включить процесс нажатием кнопки СТАРТ на панели печи или с клавиатуры;
- включается автоматический измерительный процесс.
На рис. 2 представлен экран монитора в ходе выполнения замера. В данный момент осуществляется 5-й этап процесса (всего запрограммировано 6 этапов).
Процесс определения параметров CRI на установке PR-140/1300 VM Для определения параметров CRI холодную реторту с пробой кокса помещают в печь, нагретую до температуры 1000 °C. Реторта нагревается до температуры 1100 °C в течение примерно 20 мин, после чего температура стабилизируется на уровне 1100 °C. Проба нагревается в атмосфере азота, а затем происходит автоматическое переключение газа на двуокись углерода. Реакция кокса с CO2 является эндотермической, благодаря чему происходит сильное охлаждение пробы (на несколько градусов).

Температура изменяется во времени и зависит от свойств На этом экране представлены в реальном времени характеристики температуры нагревателя и пробы, расхода азота и двуокиси углерода, а также продолжительность теста.
В заключение измерительного процесса печатаются протоколы трех видов. В первом указаны кривые изменения температуры нагревателя и исследуемой пробы, значения расходов и продолжительность этапов для атмосферы N2 и CO2. Во втором, главном, протоколе указаны:
• опознавательные данные исследуемой пробы: очередной номер теста, символ исследуемой пробы, данные клиента;
• режим выполненного теста и вес пробы: расход CO2 (л), общая продолжительность пробы (мин), температура пробы во время реакции с CO2 (градус), вес пробы до реакции (г), вес пробы после реакции (г), вес пробы крупностью???? мм (г), вес пробы крупностью?? 0,5 мм (г);
• результаты теста: CRI (%), CSR (%), истираемость (%).

Барабан для определения CSR Барабан изготовлен из стали, а его размеры и эксплуатационные параметры соответствуют стандарту ISO. Барабан вращается механическим редуктором с помощью трехфазного клеточного двигателя. Двигатель управляется однофазным инвертором. Моторедуктор соединен с барабаном посредством электромагнитного сцепления, благодаря чему облегчаются загрузка и выгрузка пробы кокса.
На рис. 3 представлен вид установки для измерения горячей прочности CSR.
тельной чертой установки PR 140/1300 VM является также применение полностью автоматической системы управления температурой в печи и точного регулирования расхода реактивных газов.
Конструкцию электрической печи следует считать удачной. Нагревательный элемент в виде спирали из толстой реостатной проволоки позволяет нагревать реторту с пробой кокса с распределением температуры в пробе с точностью ±2 °C. Нагрев до рабочей температуры длится 15-20 мин.
Качественная теплоизоляция позволяет поместить все узлы аппарата компактно в одном корпусе. Знаменательно также низкое потребление электроэнергии (4,5 кВА в установившемся состоянии при температуре 1100 °C).
Система управления аппаратурой благодаря соответствующему программному обеспечению находится в РСкомпьютере и дружественна оператору. В течение многолетней эксплуатации установки не было необходимости изменять программу, которая была загружена при ее первом запуске. Это свидетельствует о стойкости программного обеспечения ко всякого рода помехам.
Программное обеспечение аппаратуры позволяет автоматически распечатывать протоколы после каждого измерения. Как было уже сказано, эти протоколы содержат данные, необходимые для анализа результатов (номер замера, код замера, наименование клиента, продолжительность реакции с CO2, температура реактивной зоны, массы пробы до и после замера и т.п.). По желанию оператора протоколы могут содержать кривые технологических параметров (температура нагревателя и реторты, объем израсходованных газов N2 и CO2). Для оператора процесса большое значение имеет наблюдение за монитором компьютера, на котором происходит визуализация технологических параметров в реальном времени.
Следует отметить, что система выдачи результатов не позволяет оператору случайно или преднамеренно изменять измеряемые параметры благодаря тому, что числовые данные технологических параметров задаются до начала процесса, а действительные значения технологических параметров выдаются автоматически. Все это обеспечивает большую достоверность полученных результатов теста.
Результаты данных вводятся в базу данных. Их можно пересылать в виде файлов в другие компьютерные системы (например, в компьютерную систему работы коксовой батареи или доменной печи).
Для конструкции установки знаменательно применение основных конструкционных материалов производства лучших мировых фирм. Благодаря этому обеспечена большая надежность работы установки, и сохранена высокая точность регулирования температуры и стабильности расхода технологических газов.
Основные конструкционные материалы и узлы:
- реостатная проволока фирмы «Kanthal», Швеция;
- волокнистая теплоизоляция фирмы «Circar», США;
- регуляторы температуры фирмы «Eurotherm», Англия;
- регуляторы массового расхода фирмы «Brooks», Гол ландия;
- интеллектуальные модули фирмы «Advantech», Тайвань.