UDK 669.041:621.77.014:536 ISSN 1580-2949 Izvirni znanstveni članek MATER. TEHNOL. 35(6)347(2001) PRENOSNI SISTEM ZA MERJENJE TEMPERATURNIH PROFILOV V INDUSTRIJSKIH PEČEH A MOBILE SYSTEM FOR THE MEASUREMENT OF TEMPERATURE PROFILES IN INDUSTRIAL FURNACES Branislav Glogovac1, Anton Jaklič1, Tomaž Kolenko2, Boris Kumer3, Ivan Končan3, Tomaž Marolt3 inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Lepi pot 11, 1000 Ljubljana, Slovenija 2Naravoslovnotehniška fakulteta, Aškerčeva 12Č1000 Ljubljana, Slovenija 3Inexa Štore, Železarska c. 3, 3220 Štore, Slovenija branislav.glogovacŽimt.si Prejem rokopisa - received: 2001-11-19; sprejem za objavo - accepted for publication: 2001-11-30 Regulacija temperature v industrijskih ogrevnih pečeh se večinoma izvaja na podlagi "temperature peči" z uporabo termoelementov, montiranih v stropu ali na stranskih stenah posameznih con peči. Ta klasični način vodenja peči je pogosto neučinkovit, ker pri diskontinuirnem obratovanju peči nastopajo velike razlike temperatur vložka pri dešaržiranju. Da bi pri tem načinu vodenja peči ugotovili dejanski potek ogrevanja vložka, smo izvajali meritve z uporabo vlečnih termoelementov. Celotni prenosni merilni sistem za merjenje temperaturnih profilov v industrijski pečeh smo predhodno umerili v laboratoriju. Ključne besede: merjenje temperature, vlečni termoelementi, prenosni merilni sistem, industrijske peči Industrial furnaces are mostly controled by a measurement of the "furnace temperature" using a roof- or wall-mounted thermocouple. This classical control method is often unsatisfactory and with discontinuous furnace operations can lead to wide variations in the disscharge stock temperature. The actual steel temperatures were measured with trailing thermocouples. The complete portable system for measurement of temperature profiles in industrial furnaces has been calibrated in the laboratory. Key words: temperature measurements, trailing termocouple, mobile measuring system, industrial furnaces 1 UVOD Merjenje temperaturnih profilov pri kontinuirnih pečeh, ki zaradi planiranih in pogostih neplaniranih zastojev valjanja delajo diskontinurano, je najbolj zanesljiva metoda za ugotavljanje dejanskega poteka ogrevanja preskusne gredice pri prehodu skozi peč. Ker je v peči istočasno veliko število gredic, je meritve Slika 1: Laboratorijska oprema za umerjanje termoelementov Figure 1: Lab equipment for the thermocouple calibration MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 35 (2001) 6 mogoče izvajati samo občasno na preskusnih gredicah. Potek ogrevanja vseh gredic v peči, ki imajo zaradi diskontinuirnega dela različne temperatutne profile ogrevanja, lahko spremljamo samo z matematičnim modelom, ki deluje v realnem času. Za prilagajanje modela realnemu objektu je potrebna primerjava rezultatov izračunov z rezultati meritev temperaturnih profilov na različnih merilnih mestih po prerezu in dolžini gredic. 2 METODE DELA IN REZULTATI 2.1 Merilna oprema Na sliki 1 je prikazana naslednja merilna oprema, ki smo jo uporabljali za umerjanje vlečnih termoelementov v laboratoriju: • triconska laboratorijska peč podjetja GERO • normala, tip B • merilnoračunalniška oprema HP Umerjanje prenosnega sistema za merjenje temperaturnih profilov, ki ga sestavljajo: • oplaščeni termoelementi tipa K, premera 6 mm, dolžine 36 m • kompenzacijski kabli dolžine 20 m • PC-računalnik ali računalnik posebne industrijske izvedbe Getac (slika 2). 347 B. GLOGOVAC ET AL.: PRENOSNI SISTEM ZA MERJENJE TEMPERATURNIH PROFILOV V INDUSTRIJSKIH PEČEH prerezu gredice in ogrevanja gredic. validacijo matematičnega modela Slika 2: Industrijski prenosni računalnik "Getac" in "data logger" HP Figure 2: Industrial portable PC "Getac" and data-logger HP • "data logger" HP (slika 2) ali "Schlumberger" (slika 3) Za umerjanje smo uporabili primerjalno metodo in normalo tipa B, prvič umerjeno v PTB, Berlin. Rezultati meritev so podani v tabeli 1. V tabeli 1 so podani rezultati umerjanja prenosnega merilnega sistema, ki smo ga uporabili za merjenje temperaturnih profilov pri prehodu preskusne gredice skozi peč "OFU" (Inexa Štore). Umerjanje sistema pred meritvami v industriji je pogoj za zanesljivo ugotavljanje temperaturnih razlik po 2.2 Uporaba prenosnega sistema striji za merjenje v indu- Uporaba prenosnega sistema za zajemanje podatkov je posebej koristna pri pečeh, ki niso opremljene z računalniškim nadzorom. Ker je takih peči v industriji veliko, smo prenosni sistem oblikovali tako, da omo-goča: • ugotavljanje dejanskega stanja peči in načina vodenja med izvajanjem preskusnih meritev temperaturnih profilov • ugotavljanje robnih pogojev na vseh pozicijah pri pomiku vložka skozi peč • validacijo matematičnega modela ogrevanja vložka v peči za delovanje v realnem času • optimizacijo vodenja peči pri normalnem obratovanju in zastojih. Osnovni pogoj pri izvajanju preiskave peči je, da izvajanje meritev poteka brez motilnega vpliva na potek ogrevanja jekel pri nespremenjenem načinu vodenja peči. Tako je mogoče ugotoviti dejansko stanje peči ter način vodenja med normalnim obratovanjem in zastoji. Pri tem uporabljamo dodatne prenosne merilne pretvornike, prenosne industrijske "data loggerje" in robustni prenosni industrijski računalnik. Tabela 1: Rezultati umerjanja Table 1: Results of calibration TEMP. PEČI °C NORMALA (N)°C T1 °C RAZLIKA (N - T1) °C T2 °C RAZLIKA (N - T2) °C T3 °C RAZLIKA (N - T3) °C 600 609 607 2 607 2 606 3 800 806 805 1 805 1 804 2 1000 1004 1002 2 1002 2 1001 3 1200 1203 1199 4 1199 4 1198 5 Slika 3: Prenosni sistem za zajemanje podatkov priključen na peč Figure 3: Portable system for data acquisition connected to the furnace 348 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 35 (2001) 6 B. GLOGOVAC ET AL.: PRENOSNI SISTEM ZA MERJENJE TEMPERATURNIH PROFILOV V INDUSTRIJSKIH PEČEH Slika 4: Meritve temperatur v preskusni gredici Table 4: Temperature measurements in the test billet Odvzemno mesto za analizo dimnih plinov in za merjenje tlaka v peči je bilo mogoče spreminjati in prestavljati na različna mesta po dolžini peči. Za meritve temperatur v preskusnih gredicah smo uporabili oplaščene termoelemente NiCr-Ni dolžine 36 m in premera plašča 6 mm. Rezultate meritev kaže slika 4. V diagramu so na časovni osi z vertkalnimi črticami prikazani pomiki gredic. Razmak med črticami pomeni časovni interval med pomiki. 3 ZAKLJUČEK Meritve temperaturnih profilov na različnih mestih po prerezu gredice dajejo najbolj zanesljive informacije za optimizacijo hitrosti ogrevanja in časov zadrževanja vožka v peči. Z uporabo prenosne merilne opreme je meritve potrebno izvajati brez motilnega vpliva na normalni potek obratovanja peči in proge. Prenosni sistem mora imeti možnost zajemanja vseh signalov stalnih in dodatnih meritev na peči in posebej podatkov pomikov gredic skozi peč. Samo tako je mogoče pravilna analiza temperaturnih profilov in dejanskega stanja delovanja peči. Rezultate meritev smo uporabili za razvoj in validacijo modela ogrevanja gredic, ki je prilagojen konstrukciji peči in deluje v realnem času. 4 LITERATURA 1 Good Practice, Guide 77, Energy Efficiency Office: Continuous Steel Reheating Furnaces: Operation and Maintenance, Oxfordshire 4/1994 2 Holman J.P.: Heat Transfer, Sixth Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986 3 Heiligenstaedt W.: Waermetechnische Rechnungen fuer Indu-strieoefen, Verlag Stahleisen M.B.H., Duesseldorf, 1966 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 35 (2001) 6 349