FR2776382A1 - Molten metal or nonmetal bath temperature determination by bichromatic optical pyrometry - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de mesure optique de la température d'un bain en fusion dans une
atmosphère empoussiérée
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de mesure, en milieu empoussiéré, de la température d'une masse fondue, métallique ou non-métallique dont on ignore l'émissivité, au moyen de la technique de pyrométrie bichromatique.Method for optical measurement of the temperature of a molten bath in a
dusty atmosphere
Field of the invention
The invention relates to a method for measuring, in a dusty environment, the temperature of a molten mass, metallic or non-metallic whose emissivity is not known, by means of the bichromatic pyrometry technique.
Etat de la technique
La méthode classique de mesure de la température d'un bain métallique ou non métallique en fusion est l'immersion d'un thermocouple perdu dans le bain. Il est évident que, du fait de la destruction du thermocouple, il n'est pas possible d'avoir une mesure permanente, ni de multiplier le nombre des mesures. Le repérage de la température peut se faire par pyrométrie optique, c'est-à-dire la mesure du flux hlmineux émanant du bain pour un spectre lumineux autour d'une longueur d'onde donnée, à en déduire la température en utilisant les lois du rayonnement. Si on utilise une seule longueur d'onde, la pyrométrie est dite monochromatique. Cette technique nécessite, pour son étalonnage, la connaissance de l'émissivité (ou facteur d'émission) de la source par comparaison au corps noir. Lorsqu'on ignore l'émissivité de la source, ce qui est souvent le cas pour les bains de métal ou de produits minéraux en fusion, la mesure peut se faire par pyrométrie optique en opérant à deux longueurs d'onde différentes hl et 2. Cette technique porte le nom de pyrométrie bichromatique. Elle est décrite, par exemple, dans l'article de Franchis Cabannes Pyrométrie optique figurant depuis 1991 sous le n" R 2610 dans le traité Mesures et Contrôle des Techniques de l'ingénieur. Elle consiste à mesurer le rapport des deux luminances spectrales aux deux longueurs d'onde utilisées. Ces deux longueurs d'onde doivent être suffisamment voisines pour avoir une bonne sensibilité du pyromètre, mais pas trop cependant si on veut garder une précision suffisante de la mesure. L'article mentionné plus haut indique que les longueurs d'onde sont généralement voisines de 1 pni Les appareils du commerce utilisent habituellement les longueurs d'onde X1 = 0,655 pm et X2 = 0,550 Zm. State of the art
The classic method of measuring the temperature of a metallic or non-metallic molten bath is the immersion of a lost thermocouple in the bath. It is obvious that, due to the destruction of the thermocouple, it is not possible to have a permanent measurement, nor to multiply the number of measurements. The location of the temperature can be done by optical pyrometry, that is to say the measurement of the hlminous flux emanating from the bath for a light spectrum around a given wavelength, to deduce the temperature using the laws radiation. If only one wavelength is used, the pyrometry is said to be monochromatic. This technique requires, for its calibration, knowledge of the emissivity (or emission factor) of the source by comparison with the black body. When the emissivity of the source is ignored, which is often the case for baths of metal or molten mineral products, the measurement can be made by optical pyrometry by operating at two different wavelengths hl and 2. This technique is called bichromatic pyrometry. It is described, for example, in the article by Franchis Cabannes Optical pyrometry appearing since 1991 under the number "R 2610 in the treaty Measurements and Control of Engineering Techniques. It consists in measuring the ratio of the two spectral luminances to the two wavelengths used. These two wavelengths must be close enough to have a good sensitivity of the pyrometer, but not too much if we want to keep sufficient accuracy of the measurement. The article mentioned above indicates that the lengths d the waves are generally close to 1 pni Commercial devices usually use the wavelengths X1 = 0.655 pm and X2 = 0.550 Zm.
Cette technique ne peut malheureusement être mise en oeuvre lorsqu'on doit travailler dans une atmosphère empoussiérée, les poussières étant susceptibles d'absorber le rayonnement sur les longueurs d'onde observées. C'est le cas par exemple dans les fours d'élaboration ou d'affinage des métaux, alliages ou autres produits minéraux fondus où les réactions chimiques entraînent l'émission de fumées.Unfortunately, this technique cannot be used when it is necessary to work in a dusty atmosphere, the dust being capable of absorbing radiation over the wavelengths observed. This is the case, for example, in furnaces for preparing or refining metals, alloys or other molten mineral products where chemical reactions cause the emission of fumes.
Objet de l'invention
L'invention a pour but d'adapter la technique de pyrométrie bichromatique pour permettre son utilisation dans un milieu empoussiéré, notamment un bain en fusion émettant des fumées. Elle a pour objet un procédé de mesure de la température d'une masse en fusion, émettant des fumées constituées de particules en suspension dans l'atmosphère au dessus du bain, par pyrométrie optique bichromatique aux longueurs d'onde X1 et X2, dans lequel les longueurs d'onde hl et X2 sont supérieures à 5 fois, et de préférence 10 fois, la taille moyenne des particules.Subject of the invention
The invention aims to adapt the bichromatic pyrometry technique to allow its use in a dusty environment, in particular a molten bath emitting fumes. It relates to a process for measuring the temperature of a molten mass, emitting fumes made up of particles suspended in the atmosphere above the bath, by bichromatic optical pyrometry at wavelengths X1 and X2, in which the wavelengths hl and X2 are greater than 5 times, and preferably 10 times, the average particle size.
Description de l'invention
On entend par taille moyenne des particules le diamètre moyen si les particules sont sensiblement sphériques, ou la moyenne des diamètres volumiques équivalents, c'està-dire les diamètres de sphères ayant le même volume que les particules, si celles-ci ne sont pas sphériques. Pour obtenir cette valeur, on extrait un certain volumes de particules de l'atmosphère du dessus du bain, par exemple à l'aide des filtres placés sur le système d'aspiration ou d'évacuation des fumées, on procède à un examen des particules en microscopie optique, et on analyse les micrographies obtenues pare un logiciel d'analyse d'images, qui fournit, de manière connue en métallographie, la taille moyenne des particules et sa dispersion.Description of the invention
Average particle size is understood to mean the average diameter if the particles are substantially spherical, or the average of the equivalent volume diameters, that is to say the diameters of spheres having the same volume as the particles, if the latter are not spherical . To obtain this value, a certain volume of particles is extracted from the atmosphere above the bath, for example using the filters placed on the smoke extraction or evacuation system, a particle examination is carried out. in optical microscopy, and the micrographs obtained are analyzed by image analysis software, which provides, in known manner in metallography, the average size of the particles and its dispersion.
Compte-tenu de la dispersion constatée habituellement pour les particules émises dans les fumées dans les procédés d'élaboration des métaux ou alliages, le choix, pour la pyrométrie bichromatique, de longueurs d'onde nettement supérieures à la taille moyenne des poussières en suspension au-dessus du bain permet d'éviter les effets d'absorption du rayonnement dus à ces poussières. Pour obtenir des résultats satisfaisants, il faut que les deux longueurs d'onde soient d'au moins 5 fois, et de préférence 10 fois, la taille moyenne des poussières.Taking into account the dispersion usually observed for the particles emitted in the fumes in the processes for the preparation of metals or alloys, the choice, for bichromatic pyrometry, of wavelengths clearly greater than the average size of the dust in suspension at above the bath avoids the effects of absorption of radiation due to this dust. To obtain satisfactory results, the two wavelengths must be at least 5 times, and preferably 10 times, the average size of the dust.
Le procédé de mesure selon l'invention peut s'appliquer à un bain métallique dans le four d'élaboration du métal, même si comme cela est souvent le cas, la surface du bain est recouverte d'un laitier. 11 permet de mieux contrôler les diverses phases de l'élaboration, notamment la température de coulée qui est un paramètre important de la qualité du produit coulé. ll peut s'appliquer également lors des opérations d'affinage, par exemple l'affinage en poche.The measurement method according to the invention can be applied to a metal bath in the metal preparation furnace, even if, as is often the case, the surface of the bath is covered with a slag. It allows better control of the various stages of production, in particular the casting temperature which is an important parameter of the quality of the cast product. It can also be applied during ripening operations, for example ladle ripening.
L'invention est particulièrement intéressante pour mesurer la température des bains de silicium, de ferro-silicium ou, plus généralement d'alliages contenant au moins 15% de silicium, dont l'élaboration et l'affinage dégagent du gaz SiO, qui, au contact de l'air, se transforme en particules sphériques de silice colloïdale, dont le diamètre se situe entre 0,01 ,um et 0,6 llm. En choisissant dans ce cas des longueurs d'onde supérieures à 3 llm, on obtient des résultats tout à fait comparables à ceux de la pyrométrie par immersion de thermocouples perdus.The invention is particularly advantageous for measuring the temperature of silicon, ferro-silicon or, more generally, alloys containing at least 15% silicon baths, the preparation and refining of which give off SiO gas, which, at in contact with air, turns into spherical particles of colloidal silica, the diameter of which is between 0.01 µm and 0.6 µm. By choosing in this case wavelengths greater than 3 μm, results are obtained which are entirely comparable to those of pyrometry by immersion of lost thermocouples.
Exemples
Exemple 1
On opère en laboratoire sur un bain d'acier fondu, avec un dispositif d'aspiration des filmées, qui sont par ailleurs très peu abondantes. A l'aide d'un thermocouple immergé, on mesure une température de 1500"C environ.Examples
Example 1
The procedure is carried out in the laboratory on a bath of molten steel, with a device for extracting film, which is also very scarce. Using a submerged thermocouple, a temperature of about 1500 "C is measured.
En utilisant un pyromètre optique monochromatique à une longueur d'onde de 0,655 zm, on détermine une température de 1397"C, en faisant l'hypothèse que le facteur d'émission du fer à cette température est de 1. Cette hypothèse se révélant fausse, on refait la mesure en utilisant un pyromètre bichromatique fonctionnant aux longueurs d'onde hi = 0,655 pm et 2 = 0,550 zm, et on obtient un résultat de 1523"C, ce qui, compte-tenu de la précision de la mesure, est compatible avec les indications du thermocouple. Using a monochromatic optical pyrometer at a wavelength of 0.655 zm, a temperature of 1397 "C is determined, assuming that the emission factor of iron at this temperature is 1. This assumption turns out to be false , repeat the measurement using a bichromatic pyrometer operating at wavelengths hi = 0.655 pm and 2 = 0.550 zm, and a result of 1523 "C is obtained, which, taking into account the accuracy of the measurement, is compatible with thermocouple indications.
Exemple 2
On refait les mêmes opérations que dans l'exemple 1, mais pour un bain de ferrosilicium à 76,5% de silicium, en visant intentionnellement une température plus élevée pour provoquer une émission de filmées plus importante, et en arrêtant le système d'aspiration. La mesure de la température du bain par thermocouple immergé donne une valeur de 15500C. La pyrométrie optique monochromatique à la longueur d'onde
X = 0,655 pm, ainsi que la pyrométrie bichromatique aux longueurs d'onde hl = 0,655 ,um et 2 = 0,550 m donnent des indications fluctuant au gré des émissions de fumées entre 1300 et 15000C, qui sont inexploitables, car erratiques et trop éloignées de l'indication du thermocouple.Example 2
The same operations are repeated as in Example 1, but for a 76.5% silicon ferrosilicon bath, intentionally aiming for a higher temperature to cause greater film emission, and stopping the suction system. . The measurement of the bath temperature by immersed thermocouple gives a value of 15500C. Wavelength monochromatic optical pyrometry
X = 0.655 pm, as well as the bichromatic pyrometry at wavelengths hl = 0.655, um and 2 = 0.550 m give indications fluctuating according to the smoke emissions between 1300 and 15000C, which are unusable because erratic and too far from thermocouple indication.
Exemple 3
On recommence les opérations de l'exemple 2. La pyrométrie par immersion de thermocouple donne une température de 1550 C. Avec un pyromètre optique monochromatique, mais cette fois à une longueur d'onde X = 3,9 m, on obtient une température de 1430 C, avec ou sans aspiration des fumées émises.Example 3
The operations of Example 2 are repeated. The thermocouple immersion pyrometry gives a temperature of 1550 C. With a monochromatic optical pyrometer, but this time at a wavelength X = 3.9 m, a temperature of 1430 C, with or without extraction of the fumes emitted.
La pyrométrie optique bichromatique aux longueurs d'onde hl = 3,9 ,um et 2 = 6,0 m donne une température de 1545 C, aussi bien avec que sans aspiration des fumées, ce qui est en accord avec l'indication du thermocouple.The bichromatic optical pyrometry at wavelengths hl = 3.9, um and 2 = 6.0 m gives a temperature of 1545 C, both with and without smoke extraction, which is in agreement with the indication of the thermocouple .
Les particules solides de silice constituant les fumées ont été isolées par filtration et examinées par microscopie. Leur dimension était comprise entre 0,05 et 0,3 m, et l'application d'un logiciel d'analyse d'images aux micrographies conduit à un diamètre moyen équivalent de 0,15 m The solid silica particles constituting the fumes were isolated by filtration and examined by microscopy. Their size was between 0.05 and 0.3 m, and the application of image analysis software to micrographs led to an equivalent average diameter of 0.15 m
Claims (6)
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Cited By (2)
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1998
- 1998-03-19 FR FR9803635A patent/FR2776382B1/en not_active Expired - Fee Related
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| FR2776382B1 (en) | 2000-05-05 |
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