Способ контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи

 

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.