книги из ГПНТБ / Курочкин Б.Н. Теплотехнические испытания мартеновских печей

тепловых потоков составит действительное поглощение тепла ван­ ной (шихтой).

Тарировка термозонда

Тарировка термозонда производится с целью определения опытных коэффициентов, связывающих величину перепада э. д. с.

в теплрприемнике (А мв) с интенсивностью падающего на него

Рис. 39. Схема установки для тарировки радиометров и термозондов:

1 — мерный бак; 2 — термометры; 3 — калориметр; 4— тарировочная камера для теплоприемников; 5 — радиометр; 6 — гальванометр.

теплового потока. Эта связь может быть выражена в следующем

1г — тарировочный коэффициент теплоприемника,

ккал'м2 час мв.

Рис. 40. Водяной калориметр.

Лабораторная тарировка, т. е. определение значений k, сво­ дится к тому, что в камеру (рис. 39) с равномерным полем тем­

пературы (в электропечь) устанавливают тарируемый зонд и во­

дяной калориметр (рис. 40). Затем измеряют одновременно

101

количество тепла, получаемое водяным калориметром, и э. д. с.

теплоприемников зонда. Количество тепла, падающего на кало­ риметр,

с — теплоемкость воды, ккал!кг град.

В соответствии с формулой (101) тарировочный коэффициент

Так как теплопроводность жаростойкой стали типаЖ! в пре­

визируется через отверстие в стенке канала на участок противоположной стены вблизи места расположения теплоприемника. Так как радиационный пирометр градуируется по абсолютно черному телу, то велчину теплового потока, падающего на него через отверстие из замкнутного про­ странства, можно вычислить по уравнению

ном пространстве мартеновской печи. Прибор вводится в печь через гляделку завалочного окна с помощью дополнительного

102

роликового устройства или без него. Зонд вводится в печь по­ степенно, для того чтобы убедиться в достаточном охлаждении его водой.

При нагреве охлаждающей зонд воды выше 60—70° С поль­

зоваться термозондом не следует во избежание порчи деталей головки; при этом для нормальной работы зонда, в зависимости от цеховых условий нужно или увеличить напор охлаждающей воды, или уменьшить сопротивление всей системы от водопровода

до термозонда.

При достаточном охлаждении зонд может находиться в печи

неограниченно долгое время и процесс измерения сводится к не­ прерывной записи показаний термопар верхнего и нижнего теп-

fi-2

Рис. 42. Схема установки термозонда в плавильном про­ странстве мартеновской печи:

лоприемников. Необходимо отметить, что в период кипения ван­ ны измерения тепловых потоков термозондом затруднительны и требуют большой внимательности, так как попадание даже не­ значительных по размерам капель шлака или металла на тепло­

воспринимающую поверхность существенно искажает показания теплоприемников. Поэтому при длительных измерениях следует внимательно наблюдать за состоянием поверхностей теплопри­ емников, сохраняя их чистыми в течение всего времени работы прибора.

Необходимо указать, что измерение тепловых потоков в пла­ вильном пространстве мартеновской печи как метод анализа ее тепловой работы может быть использовано для самых различ­ ных задач исследования. С применением термозондов были ус­ пешно разрешены следующие вопросы:

1)определение тепловосприятия шихты и жидкой ванны в доступные для измерений периоды плавки при переменных ре­ жимных параметрах работы печи;

2)распределение тепловых потоков на ванну и кладку пла­ вильного пространства в зависимости от настильности и формы факела;

юз

3)определение эффективности работы головок и форсунок различных конструкций;

4)определение энергетических границ факелов различной

формы.

Рассмотрим, например, методику выполнения первой из на­ званных задач.

Величину тепловосприятия ванны в каждом отдельном месте

ее поверхности можно определить с помощью термозонда как разность

может характеризовать величину прямых и обратных тепловых потоков по всей поверхности ванны, то для определения тепло-

восприятияванны необходима достаточно представительная

ния ведут в одной точке над ванной, например над ее центром, то должен быть определен коэффициент пересчета

_ & Qu

AQ ’

может быть успешно использован также для оценки влияния пе­

рекидки клапанов на тепловой режим плавильного пространства.

104

Известно, что программой автоматической перекидки клапа­ нов на газовых печах предусматривается так называемая пауза безопасности, в течение которой топливо в печь не поступает.

Динамика изменения потоков тепла на ванну и от ванны, а так­ же ее тепловосприятие в период перекидки и начальные момен­ ты после нее показаны на рис. 43. Как видно из графиков, даже кратковременное отсутствие факела резко снижает тепловой по­

ток на ванну, причем на восстановление этих параметров режи­ ма требуется довольно значительное время (2—2,5 мин.).

Рис. 43. Тепловые потоки в плавильном пространстве мартеновской печй по данным измерений термозондом.

Следовательно, с помощью термозонда можно в каждом от­ дельном случае определить степень влияния реверсирования кла­

панов и паузы безопасности на тепловую работу печи.

Измерение температур газа, воздуха и продуктов горения

Измерение действительных температур высоконагретых дви­ жущихся газов, в частности температур нагрева газа, воздуха и,

особенно, продуктов горения, покидающих плавильное простран­

ство мартеновской печи, до сих пор нельзя считать полностью ре­ шенной задачей.

Однако при оценке интенсивности теплообменных процессов и процессов горения, происходящих в плавильном пространстве, часто возникает необходимость таких измерений обычно произ­ водимых в вертикальных каналах головок печи. Влияние излу­ чения высоконагретых стенок каналов не позволяет непосред­ ственно измерить температуру газов обычными термопарами, по­ этому измерение температуры газа, воздуха и продуктов горения в вертикальных каналах осуществляется с помощью отсасываю­

щих термопар различной конструкции.

Показания обычной термопары дают истинную температуру ее спая. Если температуры среды и окружающих среду стенок неодинаковы, то температура спая не равна действительной тем­ пературе среды Чтобы уменьшить получаемую вследствие этого

105

ошибку, применяют отсасывающие термопары с одним или не­ сколькими защитными чехлами (экранами). На рис. 44 показана отсасывающая термопара с одним защитным чехлом. Основными элементами ее являются: водоохлаждаемый кожух; термопара,

вставленная в этот кожух; огнестойкий экран. Для контроля за действительными скоростями движения газов через прибор в

установке отсасывающей термопары применяют двойную диаф­

рагму для замера расхода отсасываемых газов, термометр, фик­ сирующий их температуру, ртутный манометр, включенный в си­ стему и эжектор для просасывания газов через установку.

При измерении температур газа, воздуха или продуктов го­ рения кожух отсасывающей термопары, охлаждаемый водой,

Рис. 44. Отсасывающая термопара;

1 — экран; 2 — труба отсоса газов; 3 — центрирующие лопатки.

вставляют в вертикальный канал головки печи таким образом, чтобы кварцевый экран, надетый на кожух, выходил в полость канала. Включают эжектор и регулируют скорость просасывания горячих газов через термопару так, чтобы обеспечить скоростной

режим, при котором с дальнейшим увеличением скорости проса­ сывания не увеличивались бы показания термопары.

Опыт определений действительных температур газов на мар­

теновских печах с помощью термопар описанной конструкции показывает, что связь температуры газов со скоростью их про­ сасывания подчиняется зависимости, показанной на рис. 45. Из

графика видно, что при достижении скорости газов порядка

200 м/сек показания термопары стабилизуются, что соответству­ ет действительной температуре газа.

Опытами установлено, что для приближенного замера дей­

ствительной температуры газов или воздуха в вертикальных ка­

налах мартеновской печи может быть использована отсасываю­ щая термопара с одноэкранной защитой. Это объясняется тем, что разность температур между движущимся газом и стенками канала относительно невелика и влияние теплообмена между га­

зом и стенкой существенно сглаживается одноэкранной защитой. В качестве такого экрана применяют кварцевые трубки с внут-

106

ренним диаметром ^14,0 мм и длиной 100 мм, закрепляемые в выходном отверстии охлаждаемого кожуха термопары.

Однако для балансовых опытов, где точность измерений должна быть выше, при скорости просасывания газов не менее

Скорость _ просасывания W, м/сек

Рис. 45. Зависимость показаний термопары от ско­ рости просасывания.

200 м]сек, следует рекомендовать специально изготовленные

двухэкранные защитные приспособления.

Рис. 46. Кварцевые экраны отсасывающей термопары:

1 — первый экран; 2 — второй экран; 3 — чехол для термопары.

На рис. 46 показан двойной кварцевый экран, применяемый при испытании мартеновских печей.

Следует отметить, что в условиях высоких температур и агрессивного влияния мартеновского шлака стойкость кварцевых трубок обычно невелика и при непрерывном длительном проса-

сывании газов трубки изнашиваются в течение одной плавки. В целях повышения срока службы трубок рекомендуется проса­ сывать дымовые газы периодически в течение короткого времени (1,0—1,5 мин.). В промежутках между измерениями следует про­ дувать через термопару компрессорный воздух, используемый для эжектирования, не вынимая термопары из канала.

107

ВНИИМТ разработан упрощенный метод измерения темпера­ тур воздуха и продуктов горения с помощью пирометра полного излучения [7], описанного ниже. Этот метод измерения был опро­ бован на заводе Запорожстали с целью освобождения от весьма

трудоемких и длительных операций с отсасывающей термопарой и дал удовлетворительные результаты.

Рассматриваемый метод измерения заключается в следую­ щем: предварительной тарировкой, т. е. одновременными измере­ ниями температуры в воздушном вертикальном канале отсасы-

Температура по показаниям радиаматйка 9°С

Рис. 47. Зависимость между температурами стенки и нагре­

вающей термопарой и радиационным пирометром, визированным на стенку канала, определяют зависимость между температурой стенки и температурой проходящей по каналу газовой среды (воздух, продукты горения).

Эта зависимость

«‘ст = / (/в) ИЛИ /(^п.г),

в дальнейшем служит основой для определения температуры воз­

духа и продуктов горения по показаниям радиационного пиро­ метра, установленного на рабочей площадке перед воздушным

вертикальным каналом. Этот пирометр визируется через отвер­ стие на внутреннюю поверхность канала.

Такая зависимость, полученная при исследовании мартенов­ ских печей, показана на рис. 47. Расположение опытных точек

108

показывает удовлетворительную точность метода. Этот метод не

может быть использован для измерения действительной темпе­ ратуры нагрева газа, так как при выходе газа из вертикального канала через пробитое в нем отверстие газ загорается, в резуль­ тате чего искажаются показания пирометра.

Рассмотренный метод является приближенным, причем для каждой печи должен составляться свой график.

В зарубежной литературе [17] описан новый прибор для

определения действительной температуры нагретых газов. При­ бор называется пневматическим пирометром Вентури. Его кон­ струкция схематически показана на рис. 48. Нагретый газ или воздух последовательно просасывается через два сопла Вентури.

Рис. 48. Пневматический пирометр Вентури:

/ — термопара; 2 — изоляционный кожух; 3 — импульсная трубка; 4 — компенсатор; 5 — горячее сопло Вентури; 6 — холодное сопло Вентури.

Через первое сопло газ проходит с высокой температурой, через второе — со значительно меньшей. Охлаждение газа происходит в трубке для прохода газа между соплами, для чего трубка омы­

вается водой.

Не приводя промежуточных выводов, даем окончательную формулу, по которой производится определение температуры го­ рячих газов Г1,

(108)

109

Измерение температуры факела

При испытании мартеновской печи измерение температуры факела необходимо для оценки тепловой работы печи. Этот за­ мер может быть объективным показателем влияния избытка воз­ духа, количества карбюратора, подогрева воздуха и газа и дру­

гих факторов на величину теплоотдачи.

Измерение температуры факела производится оптическим или радиационным пирометрами. Оптический пирометр работает по принципу сравнения яркости излучающего источника с яркостью нити электрической лампы. Сравнение производят в области

спектра, соответствующей длине волны 0,65 р .

Радиационный пирометр определяет величину полного излу­ чения факела. Принцип работы радиационного пирометра за­ ключается в том, что лучистый поток от тела, температуру которого замеряют, падает на термостолбик. Последний нагре­ вается и по величине нагрева термостолбика определяют интен­ сивность падающего на него излучения.

Термостолбик радиационного пирометра состоит из несколь­ ких (от 4 до 10) последовательно включенных термопар. В при­ боре устанавливают специальное приспособление для компенса­ ции погрешности в показаниях прибора, возникающей при изме­ нении температуры воздуха, окружающего прибор. Телескоп устанавливают на специальной треноге против отверстия, через которое замеряют температуру факела, или в фурме. Э. д. с.

прибора изменяется в зависимости от температуры источника из­ лучения и зависит от типа прибора и схемы его установки. Обыч­ но оно составляет величину в 10—50 мв. Э. д. с. измеряют пе­

реносным гальванометром, изготовляемым в комплекте с пиро­ метром, или отдельным гальванометром, или потенциометром, устанавливаемым на щите у печи. Вторичные приборы чаще всего градуируют по температуре черного тела и снабжают со­

ответствующей шкалой.

средством панели с нагрузочным сопротивлением. В такой схе­ ме возможно подключение нескольких вторичных приборов, один из которых — гальванометр. Можно включать телескоп и без на­

грузочного сопротивления. При этом напряжение на клеммах те­

лескопа будет выше, чем при использовании панели. В этом слу­ чае следует пользоваться другой градуировочной кривой. Пиро­

метры РП как технически устаревшие сейчас сняты с производ­ ства. Вместо них выпускают пирометры типа «Рапир» с прием­ ным элементом из 10 термопар. Применяется также пирометр типа «Радиаматик», общий вид и схема устройства которого по­

казаны на рис. 49, 50, а фирменные градуировочные данные при­

ведены в Приложении II табл. 10.

ПО