Способ контроля температуры газов в фурменной зоне

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при управлении тепловым состоянием доменной печи. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют температуру торцовой стенки воздушной фурмы доменной печи с помощью встроенной в нее термопары, измеряют скорость изменения этой температуры и разность температур охлаждающей воды на входе в воздушную фурму и на выходе из нее. Температуру газов в фурменной зоне определяют расчетом по уравнению, учитывающему величину теплосъема на фурме, теплофизические свойства материала фурмы и ее геометрические характеристики, а также характеристики термопар и место их установки. 2 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при управлении доменной плавкой.

Известен способ определения температуры фурменной зоны доменной печи путем измерения температуры носка фурмы с помощью термопары в виде одного электрода, соединенного с носком фурмы.

Этот способ позволяет определять температуру торцовой стенки фурмы и контролировать ее состояние. При этом температура газов в фурменной зоне может быть определена только косвенно и приближенно, так как в этом способе не учитываются интенсивность теплообмена в фурменной зоне, тепловая нагрузка на фурму и физические характеристики материала фурмы.

Целью изобретения является повышение точности контроля температуры газов в фурменной зоне.

Для этого измеряют температуру носка фурмы с помощью термопары в виде одного термоэлектрода (например константанового провода), зачеканенного в носок фурмы, и дополнительно измеряют температуру охлаждающей воды на входе и выходе из фурмы и скорость изменения температуры носка фурмы, а температуру газов в фурменной зоне определяют в зависимости от температуры носка фурмы, скорости ее изменения и температуры охлаждающей воды.

Для определения температуры газов в фурменной зоне согласно изобретению может быть использована формула t_ф= K₁ + K₂· l_в+ K₃·K₄·l_диф, где К₁ коэффициент, характеризующий геометрические и теплофизические особенности фурмы с термоэлектродом, град˙с/мВ; К₂, К₃ градуировочные коэффициенты термопреобразователей, град/мВ, Вт/м² мВ соответственно; скорость изменения сигнала термодатчика, измеряющего температуру носка фурмы, мB/c; l_в ЭДС термопары, измеряющей температуру носка фурмы, мВ; К₄ коэффициент, учитывающий место установки термоэлектрода и теплопроводность материала фурмы, м² град/Вт; l_диф ЭДС термопары, измеряющей разность температур воды, мВ.

На фиг. 1 показана схема измерения температур на фурме; на фиг.2 структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ контроля температуры газов в фурменной зоне.

Предлагаемый способ обосновывается следующим образом.

Если термоэлектрод зачеканен в торцовой стенке фурмы на расстоянии b от ее наружной поверхности (фиг.1), то температурное поле в стенке можно описать уравнением Фурье с граничными условиями a 0≅ x≅b,τ>0; (1) x=b: t=t_b(τ); x=b: q_в= λ ;
τ=0: t=t_o(x).

Общее решение этого уравнения имеет вид
t(x,τ) · +C₁x+C₂. (2)
После определения констант интегрирования с помощью граничных условий имеем
t(x,τ) t_в+ + + + . (3)
Для определения температуры газов в фурменной зоне (перед стенкой фурмы используем баланс тепла на границе фурма рабочее пространство печи
α(t_ф-t_o) λ /x=0. (4)
Решая уравнения (3) и (4) относительно t_ф, получаем
t_ф= t_в+ + + . (5)
Теплосъем q_b определяется по перепаду температур охлаждающей воды на входе и выходе фурмы и по ее расходу
q_в= , где А_ф площадь фурмы, находящаяся под тепловым воздействием из рабочего пространства печи (фурменной зоны), м²;
М расход охлаждающей воды, кг/c.

В приведенных выше уравнениях (1-5) использованы следующие обозначения:
b глубина заделки термоэлектрода в стенке фурмы, м;
λ теплопроводность материала фурмы, Вт/м˙град;
С_р теплоемкость материала фурмы, Дж/кг˙град;
ρ плотность материала фурмы, кг/м³;
а температуропроводность материала фурмы, м²/с;
С_рb теплоемкость воды, кДж/кг˙град;
α коэффициент теплоотдачи, Вт/м² ˙ град.

Учитывая, что температура стенки фурмы в точке b(t_b) и тепловой поток (теплосъем q_b) могут измеряться с помощью термоэлектрических преобразователей, можно записать
t_b=K₂l_b (6) и
q_b=K₃ l_диф, (7) где l_b ЭДС термопреобразователя, измеряющего температуру носка фурмы в точке b, мВ;
l_диф ЭДС дифференциального термопреобразователя, измеряющего разность температур охлаждающей воды на входе и выходе фурмы, мВ;
К₂ градуировочный коэффициент термопреобразователя, град/мВ;
К₃ градуировочный коэффициент дифференциального термопреобразователя, учитывающий площадь передачи тепла и теплосъем, Вт/м² ˙ мВ.

Используя коэффициент К₁, равный
K₁= K + , град·с/мВ, получаем уравнение для определения температуры газов в фурменной зоне
t_ф=K₁· +K₂·l_в+K₃·K₄·l_диф. (8)
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Сигнал с термопары 2 (фиг.1), измеряющей температуру стенки фурмы, подается на вход сумматора и дифференциатора. Продифференцированный сигнал ∂ l_b/∂ τ умножается на коэффициент К₁ на входе сумматора и суммируется с сигналом термопары l_b, также умноженным на коэффициент К₂. Суммарный сигнал, в свою очередь, суммируется с сигналом дифференциальной термопары, умноженным на коэффициенты К₃ и К₄. На выходе сумматора формируется сигнал, пропорциональный расчетной температуре газа в фурменной зоне t_ф.

Коэффициенты К₂, К₃, К₄ вычисляются по выражениям
K₂= K₃= M·C_рв·K₂/A_ф, K₄= , где l_т градуировочная характеристика термопары, мВ/град.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ В ФУРМЕННОЙ ЗОНЕ, включающий измерение температуры носка фурмы, отличающийся тем, что дополнительно измеряют температуру охлаждающей воды на входе и выходе из фурмы и скорость изменения температуры носка фурмы, а температуру газов в фурменной зоне определяют в зависимости от температуры носка фурмы, скорости ее изменения и разности температур охлаждающей воды на входе и выходе фурмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2