Способ контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи Советский патент 1983 года по МПК C21B7/24 

Изобретение относится к черной м таллургии, конкретнее к контрольным устройствам доменной печи, и может быть применено в системе управления загрузкой доменной печи шихтовыми материалами, использующей информацию о распределении температуры по повер хности засыпи шихты. Наиболее близким к предлагаемому по технической-сущности является спо соб-контроля распределения температу ры на гк верхности 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 интенсив ностей теплового излучения с помощью узкоугольного сканирующего инфракрас ного пирометра от различных точек по верхности засыпи шихты в узком спект ралъном участке диапазона длин волн 3,5-4,2 мм, в котором компоненты газовой среды, находящейся между повер хностью засыпи шихты и пирометром, СО., СО и водяные пары не поглощают излучение. Излучение, испускаемое поверхностью 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 .-.о поло.жения оптических элементов которого на приемника инфракрасного излучения пирометра фоку сируетс. излучение от определенного участка на поверхности засыпи ших:г ы 1 1. Недостат; ом способа является погоеикость измерения температуры,возкякетогдая из-за частичного поглощения иктенсивности излучения шихтовых материалов газовой средой, содержаще гталав-ндные частицы, а также собствен кого излучения этой среды в направле1-;ии .тpa. Изве. что коэффициент пропускания газовой среды с ростом ее толщины уменьшается. Если коэффициент пропу.скания соответствует какой-то средней толщине газовой среды в направленки визирования пирометра, значение которой, исходя из позможной геометрии подкупольного пространства доменной печи, можно выбрать м, то при равенстве яркостных температур 1,645 К.) в двух различных точках поверхности засыпи шихты, толщины га зовой среды в направлениях которых составляют м, gj 10 м (допустим, выбраны диамет.рально противоположные точки на поверхности засыпи шихты }, действительные значения температур в этих точках будут соответственно равны 673 и 573 К. В расчете кроме ослабления излучения от шихтовых материалов газовой средой, содержащей пылевидные частицы, учитывалось излучение газовой среды в направлении пирометра; температура газовой среды принималась равной 781 К. Данный пример показывает, что погрешность измерения температуры в различных точках поверхности засыпи шихты может менять знак и существенна по абсолютному значению, так как результаты измерения могут качественно неправильно 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 способуконтроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи, включающему замерыяркостной температуры зразличных 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 превьлшении 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, получ1енные. например, с помощью профилемеров 3 и 4, поступают в блок 5 ранжировки контролируемых точек поверхности засыпи шихты, в котором рассчитываются толщины газовой среды, соответстБуюййе расстояниям от точек поверхности засыпи шихты во всех заранее выбранных направлениях визирования до пирометров 1 и 2. в этом же блоке 5 выбирают, используя рассчитанные толщины газовой среды, п 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 существенно отличаются по величине. Массивы значений 8, i, , а также значений тол.щин газовой среды во всех заранее выбранных направлениях визирования пирометра 1 - К- х.ракятся в блоке 5. Изкаряют яркостные температуры во всех заранее выбранных направлениях с помощью пирометра 1, сканируя: им вдоль всей поверхности засыпи михты. Значения яркостных температур поступают в блок -6 -ранжировки показаний пирометра 1 в виде пропорциональных им электрических сигналов. Из множества измеренных температур в.в блоке 6 выделяют подмножество температур §.- , соответствующих излучению п . точек, выбранных в блоке 5. Измеряют яркостные температуры во в.сех заранее выбранных направлениях с помощью пирометра 2, сканируя им вдол всей поверхности засыпи шихты. Значения яркостных температур Qn, поступают в блок 7 ранжировки по{ азаний пирометра 2 в виде пропорциональных им электрических сигналов, в блоке 7 вычисляются nyteM интерполяции значений температур 02; , температуры в. соответствукндие излучению п точек, выбранных в блоке 5. Так как используются для измерения яркостные пирометры, работающие в диапазоне длин волн, в котором компоненты газовой среды СО, СО, .-2 и водяные пары не поглощают тепловое излучение, например в диапазоне 3,5-4,2 мкм, то терловое излучение от шихтовых материалов в этом диапазоне будет ослабляться в результате поглощения его пылевидными частицами, содержащимися в газовой среде. С другой стороны пылевидные частицы излучают в направлении пирометров. Таким образом, измеряемая каждым пирометром интенсивность излучения состоит из двух слагаемых: интенсивности ослабленного падающего излучения -от контролируемой точки поверхности засыпи шихты и интенсивности излучени-л газовой среды в направлении пирометра. Измеренная пирометром интенсивность излучения должна соответствовать уравнению переноса излучения в излучающем и поглощакядем газе. Исходя из этого уравнения, можно определить средний коэффициент ослабления излучения пылевидными частицами газовой среды {Ъ Интенсивности теплового излучения одной из п точек, например i точки, , Bjj, соответствующие измеренным яркостным температурам и 0-,- , связаны с интенсивностью теплового излу чения абсолютно черного тела В (Т )при . температуре i точки - Т соотношениями fe Еелр(-р.е.|В(Т.).1-ехр(-р. е,,) В(Т,) (-Pt«2i;B(T,Hi-exp(-p.e,,.)B(T)/4 где 6 - излучательная способность шихтовых материалов; р. - средний коэффициент ослабления излучения пылевидными частицами вдоль направт ; дег,Е-Д€п{вхр(-Щехр лений пирометров 1 и 2 на i точку; Ь(Т )- интенсивность излучения абсолютно черного тела при температуре, равной температуре колои1никового газа Tj.. Из соотношения (1) можно оп1)деить неизвестный коэффициент ослабения излучения . . . (У),,. lip о и ) Средний коэффициент ослабления нтенсивности теплового излучения пыевидными частицами газовой среды опеделяется по п значениям интенсивостей В и Ву : - 1 .411 ср-п.е.-е.- Б(Т,)-Ь2. с учетом приближения Вина для иненсивности теплового излучения абсолютного черного тела выразим коэффициент f ср. через к змеряемые яр остные температуры . ,-.. i.i Ч ;4y-i-f) «(- ЬЧгде С2 вторая постоянная Планка; Л - эффективная длина волны пирометров 1 и 2. Определение величины рСР. производится в блоке 8 расчета среднего коэффициента ослабления по данным, поступающим из блоков 5-7, и средней по газоотводам доменной печи температуре колошникового газа Тр. Определяем температуры Т; всех контролируемых точек на поверхности засыпи шихты, лежащих на заранее выбранных направлениях визирования пирометра 1. Интенсивность теплового излучения j точки BJ., соответствуютая измеренной яркостной температуре 0 . , интенсивностью теплового С Т абсолютно черного тела излучения точки Т, соВ(Т,-J при температуре отношением Б:.еехр(-р С,)В(Т.иГ1-ехр{-р Р.)1в(Т )г/,, 1) М jU iPcp.,/J VrM С учетом приблнжения Вина для интенсивности теплового излучения абсолютно черного тела в.разии темпера туру Tj через измерпемие яркостные температуры |-«р|- |ехр(р,р где е 0,75 в узкой области длин волн, концентрируемой около длины .волны 4,0 мкм. Определение температур всех контролируемых точек на поверхности засыпи шихты производится по формуле (.6 ) в блоке 9 расчета температур 7по данным, поступающим из блоков 5 и 8, измеренным яркостным температу:рам и усредненной по газоотводам доменной печи температуре крлошникового газа TV . : Функции блоков 5-9 может выполнят ЭВМ, Пример. Для контроля темпера тур поверхности засыпи шихты испольйуются два идентичных яркостных узкоугольных пирометра 1 и 2 с эффективной Д.Г1ИНОЙ волны Л 4,0 мкм. Из вестна излучательная способность ших товых материалов при этой длинё волн , 75 .Известна температура гЛовой , среды между поверхностью засыпи; шихты и пирометрами, которая равна усредненной по газоотводам доменной печи температуре колошни нового газа во время контроля текйтератур точек поверхности Т..781 К Пусть для простоты приводимого . примера температуры поверхности засыпи шихты контролируются только в трех ее точках, лежащих на трех зара нее выбранных направлениях визировайия.пирометра 1. В блоке 5 ранжировки контролируетлк точек ;-оверз:ности засыпи шихты рассчитываются расстояния от каждой KS грех кона-ролкруемых точек до пирэиетров 1 и 2 по данным о геометрии |новерхкосГ; .;-. шихты, полученных fc гюмса-(ью ;;; офиликеров 3 и 4, Пусть гэдлучены слядующие результаты расчета расстояний; для первой контролиру точки, лежаией на первом гараssae Быбр; г;гом налЬавлении визировани ./ирометра :И/;--:1|, 1 м, расстоя. ние до пиро летра 2 равно 10 м; для Етороя контролируемой точки, лежаю.ей ка втором зарс.нае выбранном направле нии эизирова ::1Я гшрометра 1 (), м, расстояние до пирометра 2 равно 4 м; для третьей контролируемо точки, лежай,г7:й иа третьем заранее выбранном наир,--влеяия визирования пи рометра l(, , расстояни до пиромзтра 2 равно 1 м. В этом же блоке 5 выбираются те контролируемые точки, расстояние от каядаой из гсоторых до пирометров 1 и существенно отличаются по величине: 1, , м, точка j 1 °2, г,,, 22-- j 3

. j) ;||:)-хр(- (p,p)| Пусть при измерении температур с омощью пирометра 1 были получены ледующие результаты: Для точки j 1 в, 645 к; j 2 К J 3 В блоке 6 ранжировки показаний пиометра 1 выделяется под множество емператур, соответствующее излучению очек, выбранных в блоке 5: в..645 к; Для точки К. В блоке 7 ранжировки показаний ирометра 2 путем интероляции значений температур, измереных с помощью пирометра 2, температуы, соответствующие излучению точек, ыбранных в блоке 5. Пусть при интероляции в блоке 7 были получены слеующие результаты: Для точки i 1 §2.1 688 к; j 2 §22 563 К. В блоке 8 расчета среднего коэффииента ослабления.вычисляется коэффииент (bf.p по результатам ранжировки емператур, измеренных пирометром 1, блоке 6 и интерполяции температур, змеренных пирометром 2, в блоке 7 по ормуле (4) 4)-(- xgn:------ -: -14Эв8 -()--(±, (-)--(-Ш} -(-я)() -{-),) 0,0 324-5 «. В блоке 9 расчета температур вычисляются температуры в трех контролируеьмх точках-по результатам измерения температур с помощью пирометра 1 и вычисленного в блоке 8 коэффициента по формуле (6 )

7 1014905 . -,3tf

-«„,,.(-2Jtt).exp(-ia||).e.p(-Jl|||.rtqo«45l,5 .14388 .

..0,.-..4){e..

.14368575 К

.,„.-«„(e.(- Ч-тШj -W - .

Техническим преимуществом предла-пылевидными частицами газовой среды/

гаемого способа является повышениедостигающей & рабочем интервале тем

точности контроля температур поверх- .ператур шихты 100 К, позволягхпее поности засипи шихты путем исключениялучить качественно правильное предпогрешности, связанной с ослаблением 20ставление о распределении температуинтенсивности теплового излученияры по поверхности засыпи шихты.

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