Методы измерения температур в промышленности

Гордов А.

Металлургиздат, 1952 г.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВЛЕННЫХ ЧУГУНА И СТАЛИ

Классификация способов измерения и общие данные

Для определения температуры жидких чугуна и стали в металлургии пользуются термоэлектрическими пирометрами и пирометрами излучения. Применительно к производственной обстановке этим приборам часто придают специальные конструктивные формы или снабжают их вспомогательными приспособлениями, причем и сама операция измерения приобретает специфический характер. Таким путем в течение последних двух-трех десятилетий выработались особые способы измерения температуры жидкого металла в производственных условиях, во многом отличающиеся от обычных температурных определений.

Развитие пирометрии жидкой стали диктуется требованиями практики обеспечить высокую точность измерения температуры металла и осуществить полный температурный контроль производственного цикла. В настоящее время эта задача решается с помощью контактных способов измерения, основанных на применении погружаемого в жидкий металл специального термоприемника. Контактные способы позволяют измерить температуру в доменной печи и в вагранке, в сталеплавильной печи и в ковше под слоем шлака, охарактеризовать распределение температуры в металлической ванне по объему, измерить температуру металла в изложнице и следить за процессом затвердевания, вести измерения температуры струи металла при его выпуске из печи или при разливке из ковша. Важным достоинством контактных способов является их применимость в процессе выплавки или переработки металла, когда последний еще находится в том или ином агрегате. Это позволяет регулировать температурные условия процесса и таким образом активно вести его на основании объективных данных. Такой контроль жизненно необходим для производства.

В контактных способах применяются как термопары, так и пирометры излучения. В обоих случаях особенности отдельных способов измерения во многом зависят от защитных свойств применяемых огнеупорных оболочек. Для защиты погружаемых  вметалл термопар трудно подобрать достаточно стойкий огнеупорный материал. Молибден-вольфрамовая термопара применяется в оболочке из графита. В вольфрам-графитовой и карборунд-графитовой термопарах графитовый термоэлектрод устраивают в виде наружной трубки, предохраняющей помещающийся в ней другой термоэлектрод. Таким образом осуществляется сравнительно стойкий термоприемник, который может находиться в среде жидкого металла более или менее длительное время и воспринимать непрерывные изменения его температуры. Пла-тинородий-платиновая термопара успешно применяется в оболочке из кварцевого стекла, однако только при кратковременном погружении. В данном случае возможно лишь практически мгновенное и периодически повторяющееся измерение. Таким образом осуществляется способ малоинерционной термопары (или способ быстрого погружения), имеющий в настоящее время наиболее важное значение по сравнению с другими существующими способами измерения температуры жидкого металла. При использовании в контактных способах пирометров излучения последние сопрягаются с погружаемой в металл закрытой с одной стороны огнеупорной («калильной») трубкой. Если трубка достаточно хорошо воспроизводит условия полного излучателя, то пирометр показывает истинную температуру металла. Калильные трубки делают из графита или карборунда. Другими огнеупорными материалами пользуются редко из-за их недостаточной стойкости в среде жидкого металла. Можно и вовсе исключить калильную трубку. В этом случае через погружаемую в металл трубу продувают воздух и пирометр наводится через ту же трубу на образующуюся в жидком металле полость (способ продуваемой трубки).

Большие трудности связаны с необходимостью устраивать пирометрический жезл значительной длины. Основой арматуры контактных способов служат стальные трубы. Они предохраняются от перегрева с помощью тепловой изоляции или путем охлаждения. Если труба достаточно массивна, то при кратковременном погружении она не успевает сильно разогреться и деформироваться (даже и без специальной изоляции или охлаждения).

Долгое время на металлургических заводах применялся только оптический (яркостный) пирометр, служивший для бесконтактного определения температуры открытой поверхности жидкого металла. Такое измерение можно выполнить при выпуске металла из печи или при разливке из ковша (т. е. уже после завершения решающих операций переработки), что позволяет только пассивно следить за температурой металла. Таким образом, по отношению к каждой данной плавке измерение играло по существу факультативную роль, чем и объясняется подчас равнодушное отношение производственников к таким измерениям. Кроме того, яркостный пирометр показывает, как известно, условную температуру, которую практически нецелесообразно приводить к истинной из-за неопределенности коэфициента излучения жидкого    металла в производственных    условиях.

В настоящее время этот последний недостаток бесконтактного измерения частично устраняется применением цветового оптического пирометра вместо яркостного. Были также попытки осуществить бесконтактное измерение температуры металлической ванны по излучению всего рабочего пространства мартеновской печи в момент установившегося теплового равновесия.

Погрешности измерительных приборов принято, как известно, выражать в процентах от измеряемой величины (или от диапазона шкалы). Однако при определении температуры жидкой стали такая характеристика точности не всегда бывает показательной. Протекание в жидком металле реакций, его жидкотекучесть и далее — качество продуктов производства зависят не столько от абсолютного значения температуры, при которой ведется процесс, сколько от степени перегрева металла по отношению к его температуре начала затвердевания. Для создания определенности в температурном режиме и для получения устойчивых технологических результатов необходимо выдерживать в каждом случае определенную степень перегрева металла. Поэтому измерение температуры жидкой стали имеет главный смысл как определение степени ее перегрева. Следовательно погрешность измерения температуры не должна быть большей по сравнению со степенью перегрева металла.