Способ контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи

Способ контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ШИХТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, включающий замеры яркостной температуры в различных точШ Лт , f г. 13 - jmimK ii . I BiS JWyrv iA I ,«J,,,4j.,,,.,.....,.j. :ках поверхности, одним инфракрасным пирометром в спектральном участке 3,5-4,2 мкм, отличающийся тем, что, с целью повыиеиия точности контроля путем уменыиения влияния Частичного поглощения излучения поверхности шихты компонентами колошникового газа и пылью, дополнительно измеряют яркостные температуры в каждой точке поверхности шихты другим инфракрасным пирометром и при превышении разности температур инструментальной погрешности пирометров в 2 раза определяют действительные температур поверхности шихты с учетом средней температуры колошникового rasa и коэффициента излучения шихты 0,75. Ф СО о ел

(1% (И) .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН эСЮ С 21 В 7 24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3225427/22-02 (22) 26.12.80 (46) 30.04.83. Бюл. 9 16 (72) A.Ì.Êàóôìàí и В.М.Янчевский (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии (53) 669.162.263.2(088.8) (56) 1. Plrlet R., Franssen R., Hasvy S.-И. Thermoqraphy of the Вцгden Surface in Blast Furnaces Hetallurqlcal Reports СИИ", 1976, и 46, March. (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .ТЕМПЕРАТУРЫ HA ПОВЕРХНОСТИ ШИХТЦ ,ЦОИЕННОЯ ПЕЧИ, включающий замеры яркостной температуры в различных точ.ках поверхности. одним инфракрасным пирометром в спектральном участке

3 5-4,2 мкм, о т л и ч а ю,ш и и с я тем, что, с целью повыаения точности контроля путем уменьшения влияния частичного поглошения излучения поверхности шихты компонентами колошникового газа и пылью, дополнительно измеряют яркостные температуры в каждой точке поверхности шихты другим инфракрасным пирометром и при превышении разности температур инструментальной погрешности пирометров в 2 раза определяют действительные температуры поверхности шихты с учетом средней температуры колошникового газа и коэффициента излучения шихты Я

0,75.

1014905

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к контрольным устройствам доменной печи, и может быть применено в системе управления загрузкой доменной печи шихтовыми материалами, использующей информацию о распределении температуры по поверхности засыпи шихты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической. сущности является способ контроля распределения температу- 10 ры на" поверхности шихты доменной печи, включающий замеры яркостной температуры в различных точках поверхности одним инфракрасным пирометром в спектральном участке 3,5-4,2 мкм.

Способ основан на измерении интенсивностей теплового излучения с помощью узкоугольного сканирующеro инфракрасного пирометра от различных точек поверхности засыпи шихты в узком спект-2О ралъном участке диапазона длин волн

3,5-4,2 мм, в котором компоненты газовой среды, находящейся между поверхностью засыпи шихты .и пирометром, СО, СО и водяные пары не поглощают излучение. Излучение, испускаемое псверхностью засыпи шихты, проходит газовую среду и через окно в куполе ,печи попадает на пирометр, который монтируется на куполе печи. ПИрометр снабжен сканирующим устройством, в зависимости .. положения оптических элендеи":ов которого на приемнике инфрак зсного излучения пирометра фоку сируется излучение от определенного участка на поверхности засыпи ших- З5 ы "1 1

А (Недо тат.:.ом способа является no" >ñèêость ."..змерения температуры, воз".> ",кающая из:-за частичного поглощения интенсивности излучения шихтовых 4О мате„: надои газовой средой, содержащей пылев: цные частицы, а также собствен>ного излучения этой среды в направле1!ии пиром(.-тpclа

Из вест.:o; что коэ ффицие нт пропускания газовой среды с ростом ее толщины;. маньшается. Если коэффициент пропускания соответствует какой-то средней толщине газовой среды в направлен.и визирования пирометра, значение которой, исходя иэ возможной геометрии подкупольного пространства доменной печи, можно выбрать 0=5 м, то при равенстве яркостных температур (845 К.) в двух различных точках поверхности засыпи шихты, толщины газовой среды в направлениях которых составляют 0„ =1 м, 02 =10 м (допустим, выбраны диаметрально противопо>1о,>;ные точки на поверхности з асыпи 60 шик .-ы ), действительные значения температур в этих точках будут соответственно равны 673 и 573 К. В расчете, кроме ослабления излучения от шихтовы.". материалов газовой средой„ содер- 5 жащей пылевидные частицы, учитывалось излучение газовой среды в направлении пирометра; температура газовой среды принималась равной 781 К. Данный пример показывает, что погрешность измерения температурь1 в различных точ- ках поверхности засыпи шихты может менять знак и существенна по абсолютному значению, так как результаты измерения могут качественно неправиль-. но характеризовать распределение температуры по поверхности засыпи шихты доменной печи.

Цель изобретения — повышение точности контроля путем уменьшения влияния частичного поглощения излучения поверхности шихты компонентами колошникового газа и пылью.

Поставленная цель достигается согласно способу контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи, включающему замеры-яркостной темпера„"ры в различных точках поверхности одним инфракрасным пирометром в спектральном участке

3,5-4,2 мкм, дополнительно измеряют яркостные температуры в каждой точке поверхности шихты другим инфракрасным пирометром и при превышении разности температур инструментальной погрешности пирометров 2 раза определяют действительные температуры поверхности шихты с учетом средней температуры колошникового газа и коэффициента излучения шихты 0,75.

На чертеже показана схема измерения.

Способ осуществляют следующим образом.

На куполе доменной печи располагают два идентичных пирометра 1 и 2, например, в плоскости симметрии печи.

Перед измерением температур данные об уровне и геометрии поверхности засыпи шихты, полученные, например, с помощью профилемеров 3 и 4, поступают в блок 5 ранжировки контролируемых точек поверхности эасыпи шихты,. в котором рассчитываются толщины газовой среды, соответствующие расстояниям оТ точек поверхности эасыпи шихты во всех заранее выбранных направлениях визирования до пирометров 1 и 2. 8 этом же блоке 5 выбирают, используя рассчитанные толщины газовой среды, и точек на поверхности засыпи шихты, лежащих на,п направлениях из всех заранее выбранных направлений визирования пирометра 1, расстояния от каждой из которых до пирометров 1 и 2 ,0« 02,» существенно отличаются по величййе. Иассивы значений 8 „., Р а также значений толщин газовой среды во всех зар нее выбранных направлениях визирования пирометра 1 — Р- храк.-.:тся в блоке 5.

Измеряют яркостные температуры во всех заранее выбранных направлениях

1014905 ехр ——

МТ хЕп — ехр (Ф}

-ехр температуры (e}

3 С

С

3RnK-ARn ехр — — — ехр — — -ехр — — ехр(р Р ) с помощью пирометра 1, сканируя: .им вдоль всей поверхности засыпи шихты. Значения яркостных температур поступают в блок 6 ранжировки показаний пирометра 1 в виде пропорциональных им электрических сигналов. Из 5 множества измеренных температур 81. в блоке 6 выделяют подмножество температур 8>-, соответствующих излучению и точек, выбранных в блоке 5. Измеряют яркостные температуры во 10 всех заранее выбранных направлениях с помощью пирометра 2, сканируя им вдоль всей поверхности засыпи шихты. Значения яркостных температур 8 поступают в блок 7 ранжировки показаний )5 пирометра 2 в виде пропорциональных им электрических сигналов. В блоке 7 вычисляются путем интерполяции значений температур 8>-, температуры 9 .

21 соответствующие излучению и точек, выбранных в блоке 5.

Так как используются для измерения яркОстные пирометры, работающие в диапазоне длин волн, в котором компоненты газовой среды СО, С02 и водяные 5 пары не поглощают тепловое излучение, например в диапазоне 3,5-4,2 мкм, то тепловое излучение от шихтовых материалов в этом диапазоне будет ос.лабляться в результате поглощения его пылевидными частицами, содержащи- З0 мися в газовой среде. С другой стороны пылевидные частицы излучают в направлении пирометров. Таким образом, измеряемая каждым пирометром интенсивность излучения состоит из двух З5 слагаемых: интенсивности ослабленного падающего излучения .от контролируемой точки поверхности заснпи шихты и интенсивности излученич газовой среды в направлении пирометра. Изме- 40 ренная пирометром интенсивность излучения должна соответствовать уравнению переноса излучения в излучающем и поглощающем газе. Исходя из этого уравнения, можно определить средний 45 коэффициент ослабления излучения пылевидными частицами газовой среды р св.

Интенсивности теплового излучения одной из и точек, например i точки, В1;, В 2,, соответствующие измеренным 50 яркостнйм температурам 8 . и 8

1 2i связаны с интенсивностью теплового излучения абсолютно черного тела В(Т )при .температуре i точки - Т„соотношениями

KexP(- „,.1В(Т,.)+(1-ехР(-Р,. Е„,.)) (T„), 55

- Вехр (-р. Ф .) б (Т,.)+(ф-ехр (-гз. В . )1 Ь (Т „), где Я вЂ” излучательная способность шихтовых материалов р

f5 — средний коэффициент ослаб-; ления излучения пылевидны- 60 ми частицами вдоль направТ

2 лений пирометров 1 и 2 на точку;

Ь(Т 1 — интенсивность излучения г абсолютно черного тела при температуре, равной температуре колошникового газа Т,.

Из соотношенйя (1) можно опфЬделить неизвестный коэффициент ослабления излучения

Ь(Т„)-В„.

Средний коэффициент ослабления интенсивности теплового излучения пылевидными частицами газовой среды определяется по и значениям интенсивностей В1,. и В2,... р" =1 2 ° 1,. ВЮ ;

С учетом приближения Вина для интенсивности теплового излучения абсолютного черного тела выразим коэффициент р через изиеряемые яркостные температуры 91 и 9

I7

1 — 1 ор Е„-Е„. " где С2 вторая постоянная Планка, Л вЂ” эффективная длина волны пирометров 1 и 2. .Определение величины р е производится в блоке 8 расчета среднего коэффициента ослабления по данным, поступающим из блоков 5-7, и средней по газоотводам доменной печи температуре колошникового газа Тг..

Определяем температуры Т всех контролируемых точек на поверхности засыпи шихты, лежащих на заранее выбранных направлениях визирования пирометра 1. Интенсивность теплового излучения j точки В;, соответствующая измеренной яркостной температуре связана с интенсивностью теплового излучения абсолютно черного тела

В(Т;) при температуре j точки Т соотношением

Ь .=Еехр(-р e,.) В(Т.)+(1-ехр(-р Е.))о(Т ) (..Ю

С учетом приближения Вина для интенсивности теплового излучения аб,солютно черного тела выразим тег1пера» туру Т через измеряемые яркостные

1014905

« p - т -ехрхИп

С С

2 ехр -ехр - =

ilT Ae= G,О324.5 м

1 С2 С2 62

AtnK-4 Рп ехр — — ехр - — — -ехр - — ехр(р Р)

3Т Вт A8 CP где E =0,75 в узкой области длин волн, концентрируемой около длины

:.волны 4,0 мкм.

Определение температур всех контролируемых точек на поверхности эасыпи шихты производится по формуле (6 j в блоке 9 расчета тЕмператур Т по данным, поступающим иэ блоков 5 . и 8, измеренным яркостным температурам 81 и усредненной по газоотводам доменной печи температуре колош- 10 никового газа T функции блоков 5-9 может выполнять

ВЩл, П р и и е р. Для контроля температур поверхности засыпи шихты используются два идентичных яркостных уэкоугольных пирометра 1 и 2 с эффективной длиной волны h 4,0 мкм. Из.вестна иэлучательная способность шихтовых материалов при этой длине волны о

5=0 75, Известна температура гЖовой среды между nose ðõíîñ òüþ з асыпи шихты и пирометрами, которая равна усредненной по газоотводам доменной печи температуРе колошни-, >5 кового газа во время контроля теМператур точек поверхности Тг781 К.

Пусть для простоты приводимого примера температуры поверхности засыпи шихты контролируются только в трех ее точках,. лежащих на трех зара- 0 нее выбранных направлениях визирования.пирометра 1.

В блоке 5 ранжировки контролируевих точек . .:-,вер".ности засыпи шихты расс-.итываются расстояния от каждой Ç5 кз трех кон:ролируемых точек до пирометров 1 и 2 по данным о геометрии

"щоверхност.:.:-.а;:ыпи шихты, полученных с,;омощью ;;;>;.филимеров 3 и 4. Пусть получены с. . дующие результаты расче- 4Q та расстоя .;ê ; для первой контролируем:.:- ; точки, л,жащей на первом "-аранее выбр":ном направлении визирования

;:ирометра .> ., -., ), 1 =1 м, расстоя1 . ние до пиром ;" тра .:. Равно 10 м) для второЛ контролируемой точки, лежащей на втором зар;..цэе выбранном направлении визирова:.чя гьирометра 1 (j =2), 02=5 м, рас.-.тонкие до пирометра 2

Равно 4 м; длх-. третьей контролируемой50 точки„ леж. ;ей на третьем заранее выбранном на ;.I)", ленин визирования пирометра 1 („ =-3), Р> =10 м, расстояние до пир:-.метра 2 равно 1 м, В этом же блоке 5 выбираются те контролируя. ые точки,. Расстояние от каждой иэ которых до пирометров 1 и 2 существенно отличаю=с l по величине:

i 1,, f11 --1 м„22,=10 м, точка j =1, -2, 0, «10 м, F =1 м, точка j = 3.6О

1, 22

С

Пусть при измерении температур r. помощью пирометра 1 были получены следующие результаты:

Для точки j =1 01„=645 К, 2 912 6 35 K, 013=645 К.

В блоке б ранжировки показаний пирометра 1 выделяется под множество температур, соответствующее излучению тОчек, выбранных в блоке 5I

Для точки 4 1 01. =645 К;

1 =2 0 =645 К.

В блоке 7 ранжировки показаний пирометра 2 вычисляются путем интерполяции значений температур, измеренных с помощью пирометра 2, температуры, соответствующие излучению точек, выбранных в блоке 5. Пусть при интерполяции в блоке 7 были получены следующие результаты:

Для точки 1 =1 921=688 K

4 2 д 563 К.

22

В блоке 8 расчета среднего коэффициента ослабления, вычисляется коэффициент I3cP по результатам ранжировки температур, измеренных пирометром 1, в блоке 6 и интерполяции температур, Измеренных пирометром 2, в блоке 7 по формуле (4)

f и

1Г,1

P = — с — ° п Р.-Е . =1 2i 1i

В блоке 9 расчета температур вычисляются температуры в трех контролируемых точках .по результатам измерения температур с помощью пнрометра

1 и вычисленного в блоке 8 коэффк.иента рср по формуле (6 ) 1014905

14388

4ln07$-4Fn )exp(- — -(ехр - — екр - дехр(цоэ245.1l) I 143881 Г I 143881 l 14388 И

В 1 4- 81) (L 4.781! 1 4-64 Ь

673 К;

14388 2 - (143881 Г 143881 ) 14388 3

4йн 075-4Юп exp(- — -)I(exp - — /exp(iexp($03245 5) *

4.781Ц 4 7811 (4-635

$23 К

14 388 .Т 3

Составитель B. Раковский

Редактор С.Юско Техред l1.1<îøòóðà Корректор А. Повх

Заказ 3135/22 Тираж 568 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4! 143881 Г 143881 фарп $75-46ï ехр +exp(1 4 781Д. 4.781/

Техническим преимуществом предлагаемого способа является повышение точности контроля температур поверх- . ности засыпи шихты путем исключения погрешности, связанной с ослаблением 2О интенсивности теплового излучения

=573 k.

Ехр j ехр (0,03х45- fO)! 14388 ) 4 645 J пылевидными частицами газовой среды, достигающей в рабочем интервале температур шихты 100 К, позволяющее получить качественно правильное пред- . ставление о распределении температуры по поверхности засыпи шихты.