Способ контроля распределения температуры на поверхности шихты доменной печи

(19101) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЭСЮС 21 В 72 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСНО кийовательерной Ье Вцг "Иейа 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) А.М.КауФман и В.М.Янче (71) Всесоюзный научно-иссл ский институт автоматизацииметаллургии (53) 669,162.263.2(088.8) (56) 1. Р 1 г,1 ес й Ггаоьвеп Иаецу Ь.-И. ТЬегщойгарЬу оГ дев ВцгГасе 1 о 81 аас Гцгпасев 1 цг 91 са 1 Верогйь С 11 И", 1976ИагсЬ,(54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ШИХТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, включающий замеры яр. костной температуры в различных точках поверхности. одним инФракрасным пирометром вспектральном участке 3,5-4,2 мкм, о т л и ч а ю,ш и й с я тем, что, с целью повыаения точности контроля путем уменьшения влияния частичного поглошения излучения поверхности шихты компонентами колош" никового газа и пылью, дополнительно измеряют яркостные температуры в как дой 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 шихты0,75,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 5 о распределении температуры по поверхности засыпи шихты.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности янляется способ контроля распределения температу 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 сканирующего инфракрасного пирометра от различных точек поверхности засыпи шихты в узком спектО 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 скан.",рующим устройством, в зависимостиположения оптических элементов котсрого на приемнике инФракрасного излучения пирометра фоку сируется излучение от определенного участка на поверхности засыпи ших .4 фы "1 1гНедо таткам спссоба является поггешность измерения температуры,воз".;",кающая иэ: за частичного поглощения интенсивности излучения шихтовых 4 О мате:.пало газовой средой, содержащей пылевидные частицы, а также собственкого излучения этой среды в направл е 1 и и 11 и ро м, т р а а45Известно; что коэффициент пропускания газовой среды с ростом ее толщины меньшается. Если коэФФициент пропускания соответствует какой-то средней толщине газовой среды в направле н 1 и низ ирования пирометра, з начение которой, исходя иэ возможной геометрии подкупольного пространства доменной печи, можно выбрать 0=5 м, то при равенстве яркостных температур (645 К.) в двух различных точках поверхности засыпи шихты, толщины газовой среды в направлениях которых состднляют 01 =1 м 12 =10 м (допустим, выбраны диаметрально противоположные точки на поверхности з асыпи 60 шииты ), действительные значения температур в этих точках будут соответственно равны 673 и 573 К. В расчете, кроме ослабления излучения от шихтовы,". материалов газовой средой содер-у жащей пылевидные частицы, учитывалось излучение газовой среды в направлении пирометра; температура газовой среды принималась равной 781 К. Данный пример показывает, что погрешность измерения температурь 1 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 температуры нразличных точках поверхности одним инфракрасным пирометром в спектральном участке 3,5-4,2 мкм, дополнительно измеряют яркостные температуры и каждой точке поверхности шихты другим инфракрасным пирометром и при превышении разности температур инструментальной погоешности 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 дна 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 насыпи шихты но всех заранее выбранных направлениях визирования до пирометров 1 и 2. В 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, 0 а также значений толщин газовой среды во всех за.знее выбранных направлениях визирования пирометра 1 - Р храк.тся в блоке 5.Измеряют яркостные температуры Во всех заранее выбранных направлениях(ь 3 3 2С3 ЬЕ-Л Яп ехр --- ехр -- - ехр -- ехр ( (ь 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 8 в блоке 6 выделяют подмножество теь(- ператур 0. , соответствующих излучению и /очек, 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 82 поступают в блок 7 ранжировки показаний 15 пирометра 2 в виде пропорциональных им электрических сигналов. В блоке 7 вычисляются путем интерполяции значений температур 62 , температуры 921 соответствующие излучению и точек, выбранных в блоке 5.Так как используются для измерения яркбстные пирометры, работающие в диапазоне длин волн, в котором компоненты газовой среды СО, С 02 и водяные 25 пары не поглощают тепловое излучение, например в диапазоне 3,5-4,2 мкм, то тепловое излучение от шихтовых материалов в этом диапазоне будет ослабляться в результате поглощения его пылевидными частицами, содержащи- З 0 .мися в газовой среде. С другой стороны пылевидные частицы излучают в направлении пирометров. Таким образом, измеряемая каждым пирометром интенсивность излучения состоит из двух 35 слагаеиюхь интенсивности ослабленного падающего излучения от контролируемой точки поверхности засыпи шихты и интенсивности излученъч газовой среды в направлении пирометра. Изме 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 (ьсв.Интенсивности теплового излученияодной из й точек, например 1 точки,В(, В 2 соответствующие измеренным 50яркостнйм температурам 6 , и 61 21 ф связаны с интенсивностью теплового излучения абсолютно черного тела В(Т )при .температуреточки - Т соотношениями1=.ЕехРЩЙ 1 )ЬЯ+1-ехр;Р; Ю 1;) 8 Т) 55(Ь; - средний коэффициент ослаб-.ления излучения пылевидными частицами вдоль направТ2 лений пирометров 1 и 2 наточку,ЬТ ) - интенсивность излучениягабсолютно черного тела притемпературе, равной температуре колошникового газа Т,Из соотношенйя 1) можно опЬделить неизвестный коэффициент ослабления излучения 8(Т)-В.Средний коэффициент ослабления интенсивности теплового излучения пылевидными частицами газовой среды определяется по и значениям интенсивностей В, и В,.ср=п;-1 е-ф 11 вЮ вг 1С учетом приближения Вина для интенсивности теплового излучения абсолютного черного тела выразим коэф. фициент р через измеряемые яркостные температуры 9 1, и 0и1 - 1ор= Е-Е. " где С 2 вторая постоянная Планка;Л - эффективная длина волныпирометров 1 и 2..Определение величины р с производится в блоке 8 расчета среднего коэффициента ослабления по данным, поступающим из блоков 5-7, и средней по газоотводам доменной печи температуре колошникового газа ТгОпределяем температуры Т всех контролируемых точек на поверхности засыпи шихты, лежащих на заранее выбранных направлениях визирования пирометра 1. Интенсивность теплового излучения 1 точки В;, соответствующая измеренной яркостной температуре Е., связана с интенсивностью теплового излучения абсолютно черного тела В(Т;) при температуре 1 точки Т соотношениемЬ,=ехр(-р й )ВТ.)+1-ехр(-р Р ЦВТ )(5%С учетом приближения Вина для интенсивности теплового излучения аб,солютно черного тела выразим темпера туру Т через измеряеиае яркостные= О,О 32 Ю м ке 9 я те В бЛ числяют лируемя рения т 1 и выч ента 3 с а температурры в трех корезультатампомощью Нироблоке 8 козфле (6) нтро- измеат по чкахратур снного впо форму м с- ехр( Р) где Е =0,75 в узкой области длинволн, концентрируемой около длины:,волны 4,0 мкм.Определение температур всех контролируемых точек на поверхности эасыпи шихты производится по формуле 5(,бв блоке 9 расчета тЕмператур Тпо данным, поступающим иэ блоков 5и 8, измеренным яркостным температурам 61, и усредненной по газоотводам доменной печи температуре колошникового газа Тфункции блоков 5-9 может выполнятьВЩ 4,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 А 4,0 мкм. Из.вестна излучательная способность шихтовых материалов при этой длине волны 20Е=О, 75, Известна температура гЖовойсреды между поверхностью засыпяшихты и пирометрами, которая равна усредненной по газоотводамдоменной печи температуре колОшникового газа во время контролятеМператур точек поверхности Тгщ 781 К.Пусть для простоты приводимогопримера температуры поверхности засыпи шихты контролируются только втрех ее точках,. лежащих на трех зара-Знее выбранных направлениях виэировавия.пирометра 1.В блоке 5 ранжировки контролируевих точек лвер.",ности засыпишихтырассчитываются расстояния от каждой 35кз трех контролируемых точек до пирометров 1 и 2 по данным о геометриис"ловерхност.х:.д.;:ыпи шихты, полученныхс помощьюхфилимеров 3 и 4, пУстьролучены с,едующие Результаты расче Ота расстояний; для первой контролируем:;.;", точки, л;.,жащей на первом заранее выбр;.Ном направлении визирования;.Нрометра .1 -.) 1 =1 м, расстоя.ние до пиром;"тра .:. Равно 10 м 1 длявтороЛ контролируемой точки, лежащейна втором зар.нее выбранном направлении визирова;."чя ирометра 1 ( =2,0 =5 м, рас,.тонкие до пирометра 2равно 4 м; дл-. третьей контролируемой 5 Оточки леж, ей на третьем заранееВЫбРНННОМ Нах.Р,ьЛЕПИИ ВИЗИРОВаНИЯ ПИРометра 1 ( 3), 0 =10 м, расстояниеДО ПИРОМЕтра 2 храВНО 1 МхВ этом же блоке 5 выбираются теконтролируя.ые точки,. Расстояние откаждой иэ которых до пирометров 1 и 2существенно отличаю.-сч по величине:11 х 11 м 12,=10 м, точка ) =1,-2, 0, 10 м, 1 =1 м, точка / =3.6 О1,С 2ЬЖ0 п ехр -- ехрЛТ Пусть при измерении температур спомощью пирометра 1 были полученыследующие результаты: Для точкиу =1 01=645 К,2 912 635 К3 01 э 645 КВ блоке б ранжировки показаний пирометра 1 выделяется под множество температур, соответствующее излучению тОчек, выбранных в блоке 51Для точки 1 1 01, =645 К;4 =2 0:645 К,12 В блоке 7 ранжировки показанийпирометра 2 вычисляются путем интерполяции значений температур, измеренныхс помощью пирометра 2, температуры,соответствующие излучению точек,выбранных в блоке 5. Пусть при интерполяции в блоке 7 были получены следующие реэульт 4 ты:Для точки 4 =1 21=688 К;4 2 д 563 К,ггВ блоке 8 расчета среднего коэффициента ослабления, вычисляется коэффициент /Ьпо результатам ранжировкитемператур, измеренных пирометром 1,в блоке б и интерполяции температур,Измеренных пирометром 2, в блоке 7 поформуле (4)хи1 Г,1Г = - хар= п, Р,-Е .1 2 14 Р - 7 -ехР х еп С С2 ехр -ехр - =Я , 62,.,Т 3 Составитель Б.РаковскийРедактор С.Юско Техред И.Коштура Корректор А. Повх Заказ 3135/22 Тираж 568 ПодписноеВНИИНИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патентф; г.ужгород, ул.Проектная, 4 14386( 14 зэ 8 Г 7 14 з 881 4 йв 075-4 бю ехр р-(ехр а 78 1 И.4 781Техническим преимуществом предла-гаемого способа является повышениеточности контроля температур поверх- .ности засыпи шихты путем исключенияпогрешности, связанной с ослаблением 20интенсивности теплового излучения=%7 З М. ехрехр 0, Озй 45.10)14388 3464%епылевидными частицами газовой среды, достигающей в рабочем интервале температур шихты 100 К, позволяющее получить качественно правильное пред- . ставление о распределении температуры по поверхности засыпи шихты.