Виявлення особливостей зміни технічного стану вогнетривких елементів теплових агрегатів в процесі експлуатації

Автор(и)

  • Pavlo Tretiakov Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300, Україна https://orcid.org/0000-0003-4521-0733
  • Andrii Toporov Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300, Україна https://orcid.org/0000-0002-6365-9932
  • Olha Aleksieieva Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300, Україна https://orcid.org/0000-0002-2768-6220
  • Olena Kostina Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300, Україна https://orcid.org/0000-0001-7680-9533
  • Viacheslav Borovlov Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300, Україна https://orcid.org/0000-0003-1288-7035

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216610

Ключові слова:

вогнетривкий елемент, тріщина, зміна технічного стану, ймовірнісна модель, ланцюги Маркова

Анотація

Умови експлуатації теплових агрегатів для переробки сировинних матеріалів викликають виникнення дефектів вогнетривких елементів з поступовим їх накопиченням, що призводить до зміни технічного стану. Велика кількість дефектів, їх розвиток та досягнення критичних значень призводить до складнощів при моделюванні фізичних процесів зміни технічного стану вогнетривких елементів.

В роботі досліджено механізм виникнення, розвитку та накопичення дефектів у вогнетривких елементах та процесів кумулятивного накопичення пошкоджень та створено ймовірнісну модель їх деградації. Модель побудована з використанням ланцюгів Маркова та описує послідовності зміни станів пошкодженості вогнетривкого елементу та ймовірності переходів між цими станами. На основі статистичних даних про зміну стану пошкодженості модель дозволяє оцінити ймовірність досягнення дефектом критичного стану після заданої кількості циклів навантаження. Відмінністю моделі є можливість її застосування як до окремих дефектів, так і до вогнетривких елементів, на яких виникають та розвиваються дефекти, а також до агрегатів, де встановлено такі вогнетривкі елементи.

Встановлено основні закономірності зміни технічного стану вогнетривких елементів коксових печей: розподілення тріщин визначеної довжини відповідно до кількості циклів пічовидач; ймовірність утворення тріщини критичної довжини на певний момент експлуатації; залежності ймовірності відмови вогнетривкого елемента від заданої кількості циклів пічовидач.

На основі результатів проведеного моделювання для запобігання деградації вогнетривких елементів запропоновано проводити зміцнення структури поверхневого шару вогнетривкого елемента методом холодного газодинамічного напилення, розміщення закладних елементів, які будуть зупиняти розвиток дефектів, та складати графіки гарячих ремонтів на основі визначених за моделюванням термінів досягнення дефектами критичних величин

Біографії авторів

Pavlo Tretiakov, Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра обладнання видобувних та переробних комплексів

Andrii Toporov, Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300

Кандидат технічних наук, завідувач кафедри

Кафедра обладнання видобувних та переробних комплексів

Olha Aleksieieva, Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра прикладної механіки

Olena Kostina, Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра обладнання видобувних та переробних комплексів

Viacheslav Borovlov, Донецький національний технічний університет пл. Шибанкова, 2, м. Покровськ, Україна, 85300

Асистент

Кафедра обладнання видобувних та переробних комплексів

Посилання

  1. Rudyka, V. I., Borodin, M. V. (1999). Problems in reconstruction of basic funds of coke and byproducts industry in Ukraine. Koks i Khimiya, 7, 22–25. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-0033164922&partnerID=40&md5=2ad13af22003d6ed9f459f6de1998199
  2. Miroshnichenko, I. V., Miroshnichenko, D. V., Shulga, I. V., Balaeva, Y. S., Pereima, V. V. (2019). Calorific Value of Coke. 1. Prediction. Coke and Chemistry, 62 (4), 143–149. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x19040057
  3. Shvetsov, V. I., Sukhorukov, V. I. (2009). Quality of refractories and the durability of coke furnaces. Coke and Chemistry, 52 (2), 60–69. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x09020045
  4. Parfenyuk, A. S., Tret'yakov, P. V., Kostina, E. D. (2004). Destruction of brickwork of coke oven battery. Koks i Khimiya, 8, 14–19. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-12244269101&partnerID=40&md5=933824ac1247c4a6bc62bd5400c85f6e
  5. Zublev, D. G., Novikov, N. A. (2019). Fifth Russian Coking Conference: A Report. Coke and Chemistry, 62 (11), 502–514. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x19110103
  6. Aksel'rod, L. M. et. al.; Kashcheeva, I. D., Grishenkova, E. E. (Eds.) (2002). Ogneupory dlya promyshlennyh agregatov i topok: Spravochnoe izdanie. Kn. 2. Sluzhba ogneuporov. Moscow: Intermet Inzhiniring, 656.
  7. Rudyka, V. I., Zingerman, Yu. E. (Eds.) (2014). Spravochnik koksohimika. Vol. 2. Proizvodstvo koksa. Kharkiv: Izdatel'skiy dom «Inzhek», 728.
  8. Mullinger, P., Jenkins, B. (2013). Furnace Construction and Materials. Industrial and Process Furnaces, 415–455. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-099377-5.00011-3
  9. Cameron, I., Sukhram, M., Lefebvre, K., Davenport, W. (2020). Metallurgical Coke - A Key to Blast Furnace Operations. Blast Furnace Ironmaking, 557–572. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814227-1.00055-5
  10. Dvorak, S., Lang, K., Vasica, L. (2015). Development and production of high-density silica for coke ovens. AISTech - Iron and Steel Technology Conference Proceedings, 1, 161–163. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84940488603&partnerID=40&md5=5fb417a91a89f646c0ae0b0572e117df
  11. Rudyka, V. I., Zingerman, Y. E., Kamenyuka, V. B., Minasov, A. N., Kononenko, V. S., Volkov, V. I. et. al. (2004). Improvement in design of coke oven battery. Koks i Khimiya, 7, 18–25. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-8644270629&partnerID=40&md5=2a4ddcff353e61733813fa230fb2180a
  12. Ronald, K., Martin, R., Rainer, W. (2009). Process model for heat recovery coke ovens. 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking, ICSTI 2009, 393–397. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84883617085&partnerID=40&md5=a3322f89f1039ac3f67b6b86bbbea3d0
  13. Guelton, N., Rozhkova, T. V. (2015). Prediction of coke oven wall pressure. Fuel, 139, 692–703. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.042
  14. Zublev, D. G., Barsky, V. D. (2020). Hydraulic Analysis of Coke Ovens. Coke and Chemistry, 63 (4), 172–176. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x20040110
  15. Romas’ko, V. S. (2010). Deformation of coke-furnace heating walls under the action of nonsteady forces and temperatures. Coke and Chemistry, 53 (10), 382–385. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x10100054
  16. Krivoshein, V. T., Grinberg, E. I. (1994). Application of hydraulic devices for the reinforcement of coke ovens lining. Koks i Khimiya, 3, 33–35. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-0028388057&partnerID=40&md5=becc229875cfdb242a11daa3547152e0
  17. Gataullin, R. G., Bogdanov, V. F. (2018). Modification of Refractory Components in Russian Coke-Oven Linings. Coke and Chemistry, 61 (6), 209–212. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x18060029
  18. Das, S. P., Si, S., Prasad, B., Sahu, J. K., Panda, B. K., Tiwari, J. N., Sahoo, N. (2014). Development of Zero Expansion Silica Bricks for hot Repair of Coke Oven. Proceedings of the Unified International Technical Conference on Refractories (UNITECR 2013), 511–515. doi: https://doi.org/10.1002/9781118837009.ch88
  19. Primachenko, V. V., Pitak, N. V., Martynenko, V. V. (1997). Seventieth anniversary of the Ukrainian Research Institute of Refractories. Refractories and Industrial Ceramics, 38 (9-10), 335–344. doi: https://doi.org/10.1007/bf02767888
  20. Liu, S. X., Shen, L. L., Wang, Q. P. (2011). Properties of Ceramic Coatings on the Wall of Coke Oven. Advanced Materials Research, 189-193, 1105–1108. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.189-193.1105
  21. Pitak, Y. N., Prikhod’ko, Y. E., Gorbatko, S. V., Emchenko, I. V. (2010). Study of the properties of ceramic surfacing material used for restoring coking chamber linings. Refractories and Industrial Ceramics, 51 (2), 114–117. doi: https://doi.org/10.1007/s11148-010-9270-0
  22. Zhang, M., Han, C., Ni, K., Gu, H., Huang, A., Shao, Z. (2017). Improving mullite-silicon carbide refractory in coke dry quenching using aluminum nitride whiskers formed in situ. Ceramics International, 43 (18), 16993–16999. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.09.107
  23. Imai, H., Matsuoka, S. (2006). Direct Welding of Metals and Ceramics by Ultrasonic Vibration. JSME International Journal Series A, 49 (3), 444–450. doi: https://doi.org/10.1299/jsmea.49.444
  24. Goffi, E. D., Kerr, P. D., Randolph, R. A. (2008). Strategic coke battery maintenance provides battery life extension. ANNALS - 3rd International Meeting on Ironmaking and 2nd International Symposium on Iron Ore, 1184–1190. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-62549147777&partnerID=40&md5=325658a04310b8b7543062aff95d684b
  25. Zublev, D. G., Barsky, V. D. (2016). Determining the air excess in the heating of coke furnaces. 2. Sampling and analysis. Coke and Chemistry, 59 (11), 414–416. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x16110107
  26. Mankevich, A. N., Sukhanov, A. N., Samojlov, G. N., Tereshkov, S. V. (2004). Video camera for monitoring the lining of coke oven battery. Koks i Khimiya, 11, 36–37. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-33744532647&partnerID=40&md5=bc554fee2bc99c63dda2642b8fb36069
  27. Lipunov, P. V., Motrich, S. V., Markov, V. I., Chura, N. G. (2014). Diagnostics of the heating system and lining of coke ovens. Coke and Chemistry, 57 (12), 489–492. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x14120035
  28. Garipov, R. R., Pershikov, A. V. (2019). Operation and Hot Repair of Coke-Oven Linings. Coke and Chemistry, 62 (2), 37–39. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x19020029
  29. Suhorukov, V. I., Shvetsov, V. I., Chemarda, N. A. (2004). Remont kladki i armiruyushchego oborudovaniya koksovyh batarey. Ekaterinburg, 483.
  30. Golubtsov, S. N., Kondrat’iev, A. F. (2013). Extending coke-oven life at Evraz Koks Siberia. Coke and Chemistry, 56 (10), 376–378. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x13100037
  31. Lobato, H. E., Camerucci, M. A. (2008). Soldadura cerámica: método de reparación de revestimientos refractarios de equipamientos industriales. Boletín de La Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 47 (2), 95–100. doi: https://doi.org/10.3989/cyv.2008.v47.i2.201
  32. Kal'yanov, K. G. (1980). Remont ogneupornoy kladki i ankerazha koksovyh pechey. Moscow: Metallurgiya, 96.
  33. Pravila tehnicheskoy ekspluatatsii koksohimicheskih predpriyatiy PTE (2017). Kharkiv, 282.
  34. Yamashita, H., Inamasu, H., Horinouchi, S., Takayama, N. (2006). Development of a ceramic welding machine for coke oven carbonization chamber. 4th International Congress on the Science and Technology of Ironmarking, ICSTI 2006, Proceedings, 398–401. Available at: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84890264511&partnerID=40&md5=17fb2cfc13661c6c01da9919f38e69ad
  35. Zublev, D. G., Barsky, V. D., Kravchenko, A. V. (2017). Operation of the extreme heating channels in coke batteries. Coke and Chemistry, 60 (6), 231–233. doi: https://doi.org/10.3103/s1068364x17060096
  36. Parfenyuk, A. S., Tret'yakov, P. V., Vlasov, G. A., Kaufman, S. I. (2004). Tehnicheskoe sostoyanie kladki koksovyh batarey – vazhniy faktor ekologichnosti koksohimicheskogo predpriyatiya. Sb. trudov XI mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii "Mashinostroenie i tehnosfera XXI veka". Vol. 3. Donetsk: DonNTU, 24–27.
  37. Tret'yakov, P. V., Parfenyuk, A. S. (2006). Obespechenie ekologicheskoy bezopasnosti i nadezhnosti termoliznyh pechey dlya pererabotki uglerodsoderzhashchih spekayushchihsya mass. Mashinostroenie i tehnosfera XXI veka. Sbornik trudov XIII mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii. Vol. 5. Donetsk: DonNTU, 298–302.
  38. Toporov, A. A., Borovlov, V. M., Tretiakov, P. V. (2018). Defekty vohnetryvkykh elementiv opaliuvalnykh prostinkiv koksovykh ta pekokoksovykh pechei. Materialy XIX-MNTK «Prohresyvna tekhnika, tekhnolohiya ta inzhenerna osvita». Kyiv: Natsionalnyi tekhnichnyi universytet Ukrainy "Kyivskyi politekhnichnyi instytut imeni Ihoria Sikorskoho", 81–84.
  39. Bogdanoff, J. L., Kozin, F. (1985). Probabilistic Models of Cumulative Damage. Wiley, 341. Available at: https://books.google.com.ua/books?id=L5NRAAAAMAAJ&hl=ru&source=gbs_similarbooks
  40. Feller, W. (2008). An introduction to probability theory and its applications. Vol. 2. Wiley, 700. Available at: https://books.google.com.ua/books?id=OXkg-LvRgjUC
  41. Kadry, S. (2014). Statistics and Probability. Mathematical Formulas for Industrial and Mechanical Engineering, 113–123. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-420131-6.00006-3
  42. Cramér, H. (1999). Mathematical Methods of Statistics. Princeton University Press, 575. Available at: https://books.google.com.ua/books?id=CRTKKaJO0DYC
  43. Schmidt, K., Buhl, S., Davoudi, N., Godard, C., Merz, R., Raid, I. et. al. (2017). Ti surface modification by cold spraying with TiO2 microparticles. Surface and Coatings Technology, 309, 749–758. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.10.091
  44. Parfenyuk, A. S., Veretel'nik, S. P., Zborshchik, M. P., Sibilev, A. I., Trubnikov, L. I., Dorofeev, A. H. et. al. (1991). Pat. No. 1806163 SSSR. Otopitel'niy prostenok kamery koksovaniya. No. 4931946/04; declareted: 29.04.1991; published: 30.03.1993, Bul. No. 12.
  45. Parfenyuk, A. S., Kostina, E. D., Alekseeva, O. E., Britov, N. A., Tkachenko, V. N. (1997). Reduction of cracking in refractory structures of thermal setups. Refractories and Industrial Ceramics, 38 (3), 125–127. doi: https://doi.org/10.1007/bf02767795

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Tretiakov, P., Toporov, A., Aleksieieva, O., Kostina, O., & Borovlov, V. (2020). Виявлення особливостей зміни технічного стану вогнетривких елементів теплових агрегатів в процесі експлуатації. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (108), 81–92. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216610

Номер

Том 6 № 1 (108) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Pavlo Tretiakov, Andrii Toporov, Olha Aleksieieva, Olena Kostina, Viacheslav Borovlov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.