Title

NOVOS DESENVOLVIMENTOS PARA MEDIDAS DE ESPESSURA NDT EM STAVES DE COBRE E FERRO FUNDIDO NO ALTO-FORNO

New Developments for NDT Measurements of Copper and Cast Iron Stave Thicknesses in the Blast Furnace

Authorship

Sadri, Afshin; Dempsie, Brad; Hyde, Barry; Mirkhani, Koorosh

Sadri, Afshin

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Dempsie, Brad

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Hyde, Barry

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Mirkhani, Koorosh

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DOI

10.5151/2594-357X-23802

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Abstract

Desde meados da década de 1900 o uso de Staves para fornecer proteção a carcaça do alto-forno tem aumentado constantemente aliado a um esforço para prolongar a vida útil da campanha do forno. Um stave consiste em um lingote sólido ou uma placa fabricada composta de ferro fundido ou de cobre e contendo vários canais de resfriamento de água integrados. Coletivamente, os staves formam um revestimento interno no forno para proteger e garantir sua integridade. Os locais exatos variam de projeto a projeto. Por exemplo, os staves de ferro fundido podem ser utilizados no cadinho, rampa e goela ou em qualquer combinação dos três domínios. Os staves de cobre (de maior condutividade térmica) são normalmente utilizados apenas nas zonas de altas temperaturas (rampa e cuba inferior). Embora as causas de falha podem ser múltiplas, as mesmas resultam em perda de material do corpo do stave por meio de erosão ou fissuras através da exposição a alta carga de calor. A ruptura das linhas de refrigeração gera ingresso de água para dentro do alto-forno e tais ingressos, se não detectados a tempo, podem causar sérios problemas para operação, segurança e integridade. A solução pró-ativa para garantir a integridade e evitar problemas na campanha é monitorar regularmente a espessura dos staves de forma exata. Esse acompanhamento pode facilitar a implementação de um plano de remediação proativa antes de danos extremos ão staves, evitando assim sua perda. Tal plano de remediação deve ser aplicado pelo acompanhamento regular via ensaios não destrutivos (NDT) para acompanhamento de desgaste. Técnicas de NDT tradicionais não podem ser aplicadas para medir espessuras tendo em vista que o stave se encontra atrás de vários meios (isolantes refratário e carcaça) e, portanto, não são diretamente acessíveis. Um novo sistema baseado em princípios de propagação de ondas de tensão foi desenvolvido para determinar com exatidão as espessuras das nervuras e corpo dos staves com uma precisão de ± 2 milímetros. Este artigo discute a pesquisa, o processo e os dados coletados no campo usados para desenvolver e provar esta nova metodologia de inspeção e monitoramento.

Since the mid-1900s the use of staves to provide blast furnace shell cooling protection has steadily increased in an effort to prolong the furnace campaign life. A blast furnace stave consists of a solid cast or fabricated slab composed of copper or cast iron and containing multiple water cooling channels integrated into the stave body. Collectively the staves form an inner lining in the furnace against the furnace outer shell and protect the integrity of the vessel. The specific locations and media can vary between furnace designs. For example, cast iron staves can be used in the hearth, bosh, and stack or any combination of the three areas. The high thermally conductive copper staves are typically utilized in the high heat zones only (bosh and lower stack) due to cost. Although the root causes of stave failure are multiple, the failure ultimately results in a loss of stave body material through erosion and cracks via exposure to significant high heat load excursions. Ultimate failure of cooling staves results in damage to the cooling channels causing ingression of water into the blast furnace. Such ingressions of water cause serious process, safety and integrity issues. The proactive solution to ensure stave integrity and maximize furnace campaign longevity is to regularly monitor stave conditions in an accurate and timely manner. Such monitoring can facilitate implementation of a proactive remediation plan before extreme stave damage occurs, demanding replacement. Such a remediation plan is applied by regular monitoring of stave thickness through nondestructive testing (NDT) techniques to identify progression of stave wear in a proactive manner. Traditional NDT techniques cannot be applied to measure stave thicknesses as the staves are hidden behind multiple media (i.e. insulating refractory and an external steel shell) and so are not directly accessible. A new system based on stress wave propagation principals has been developed to accurately determine thicknesses of the rib and root sections of the staves with an accuracy of ± 2 millimeters. This paper discusses the research, the process and collected field data that was used to develop and prove this new inspection and monitoring methodology.

Keywords

Inspeção em alto-forno; Stave coolers; Medidas de espessura; Ensaios não destrutivos.

Blast furnace inspection; Cooling staves; Thickness measurements; Non-destructive testing.