JPS6123242B2 - - Google Patents

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JPS6123242B2
JPS6123242B2 JP14475677A JP14475677A JPS6123242B2 JP S6123242 B2 JPS6123242 B2 JP S6123242B2 JP 14475677 A JP14475677 A JP 14475677A JP 14475677 A JP14475677 A JP 14475677A JP S6123242 B2 JPS6123242 B2 JP S6123242B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
suction
temperature
sonde
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP14475677A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5477208A (en
Inventor
Kazumi Yasuda
Takashi Ezaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP14475677A priority Critical patent/JPS5477208A/ja
Publication of JPS5477208A publication Critical patent/JPS5477208A/ja
Publication of JPS6123242B2 publication Critical patent/JPS6123242B2/ja
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  • Blast Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば高炉のようなシヤフト炉の
温度測定装置に関し、特に、高精度にシヤフト炉
内の温度を測定することが可能なゾンデに関する
ものである。
高炉等のシヤフト炉においては炉内のガス温度
を正確に測定することがプロセスの内部状態を推
定するために特に必要である。このための装置と
して従来よりシヤフトゾンデが使用されている。
これはシヤフト炉の炉壁から棒状のゾンデを装入
し、ゾンデの先端に取り付けた測温素子(シース
熱電対)を用いてシヤフト炉内の任意の半径位置
におけるガス温度を測定するものである。測温素
子は鉱石・コークス等のシヤフト炉内装入物から
保護するためゾンデ内部に収められており、測温
位置におけるガス温度は水冷したゾンデ壁の影響
を受けやすく正しいプロセスの温度を示さないこ
とがある。これを防止するためガス吸引を行なつ
ているが水冷されたゾンデ壁の影響を防ぐために
は、測温素子の位置によつて決まる或る一定量以
上のガスを吸引する必要がある。一方ガス中には
ダストが含まれておりガス吸引量を大きくすると
ガス通路に目詰まりの危険性を生ずるので必要最
小限の吸引量が望ましい。
従来このガス吸引量は次の如く決められてい
た。すなわち、ガスがゾンデに設けられたガス通
路の入口から測温素子までの部分を通る際にガス
から水冷されたゾンデ壁に伝わる総熱量を計算
し、この総熱量をガスの熱容量で割ることにより
ガスの平均的な温度降下を算出し、この値が一定
の精度以内に収まる様ガス吸引量を決める方法で
ある。
しかしこの方法は、ガス温度降下量の空間的な
分布を無視して平均的ガス温度降下量を用いてい
るため、計算された吸引ガス量は実験値よりも非
常に大きい値(10倍程度)を示し実用的なガス吸
引量決定法とはいえないものであつた。
本発明は、従来法における装置の欠点を解決す
るため、ゾンデのガス吸引孔内における空間的な
温度分布を考慮して、高い精度下での測温を可能
ならしめる条件下で実用的なガス吸引量を決定
し、それに基づいて構成されたゾンデを提供せん
とするものである。
以下図面に従つて説明する。
第1図は測温素子が設置されたシヤフトゾンデ
先端付近の説明図である。1はゾンデ先端付近に
設けられたガス吸引竪穴であり、2は吸引ガス通
路である。高炉の場合シヤフト部をプロセスガス
が1m/秒〜数m/秒の速度で流れているが、ガ
ス吸引竪孔1の上下面は鉱石コークス等の炉内装
入物によつて塞がれやすいため、ガス吸引竪孔1
の中で流速を確保するためには吸引ガス通路2よ
り積極的にガスを吸引する必要がある。
ゾンデを高炉のように高温領域をもつてシヤフ
ト部に挿入する場合は熱負荷を軽減するため3,
3′,3″のゾンデ冷却用水路に水を流して冷却を
行なつている。
測温はシース熱電対4で行なわれこの信号はシ
ース熱電対導管5を通して外部に取り出される。
シース熱電対4の先端はガス吸引竪孔壁6からの
距離d、ガス吸引孔入口(AB面)からの距離l
に置かれ、吸引ガス流7にさらされるが、測温値
が冷却されたガス吸引竪孔壁6の影響を受けずに
正しいプロセス代表値となるためには壁からの距
離d、入口からの距離l、ガス流速vの関係が適
切でなければならない。すなわちd、vが小さす
ぎたり、lが大きすぎる場合には、測温値は壁の
影響を受けて正しい温度が測れない。
本発明は温度境界層の概念を利用してd,l,
vの満たすべき関係を定めるものである。
第2図は第1図のガス吸引竪孔1の部分に生成
する温度境界層を説明するものである。図中の記
号の意味は下記の通りである。
v0;ガス流速 l;シース熱電対先端(測温点)のガス吸引竪
孔入口(AB面)からの距離 d;シース熱電対先端のガス吸引竪孔壁からの
距離 δT;AB面から距離xの位置における温度境界
層厚さ g;A点から発達する温度境界層 h;B点から発達する温度境界層 p;g,hの外側(温度境界層外)の一点 R;g,hの内側(温度境界層内)の一点 R′;gの外側、hの内側の一点 測定点が点pのごとく温度境界層の外側の場合
は正しい温度が測定できるが、点R,R′のごと
く温度境界層の内側にある場合はガス吸引竪孔壁
の影響を受けて正しい温度が測定できない。次に
測定点(l,d)が温度境界層の外側にある条件
を求める。この条件は δT(l)<d (1) と表わせる。また流体力学における境界層の理論
から次式が成立する。
ここに δs;速度境界層の厚さ Re;レイノルズ数 (Re=ρvl/μ (4) ただしμ粘性係数、ρ密度) p;プラントル数 (P=μgc/k (5) ただし c;比熱、g;重力加速度 k 熱伝導率) 測温精度をプロセスガス流温度とガス吸引竪孔
壁温度の差の1%に設定すれば対応する速度境界
層は99%境界層を考えればよい。この場合 であり、またガスについてp≒0.7であるから(3)
より温度境界層δは次式の如く表わせる。
ただし、 ν;動粘性係数(ν=μ/ρ) したがつて(1)式の条件は となる。第2図のp点は入口から比較的近い距離
にあるため(8)式の流速v0はほぼ次式で表現でき
る。
v0=Q/ns (9) (9)式を(8)式に代入して整理すると Q>36nsνl/d (10) となつて、流量の下限が与えられる。(10)式中動粘
性係数νはプロセス条件(ガス成分、ガス温度)
のもとで採り得る全ての値を包含するものである
ことはいうまでもない。このような範囲に流量を
限定できることは最適流量決定のための試行錯誤
的なテストの回数を大巾に減少させることを可能
にする。また必要かつ十分なガス吸引量が決定で
きるため、余分な量を吸引することに伴なうゾン
デ付属装置の大型化、複雑化を防止することがで
きかつ正しいプロセス温度が計測できるため(10)式
は有用な設計指針を与えるものである。(10)式の妥
当性は実炉試験のデータによつても確かめられて
おり、さらに(10)式の形から流量のみならず検出端
位置の妥当性も同時に検討できる。
上述の方法は温度境界層の概念を用いてシヤフ
トゾンデにおける最適ガス吸引量の簡便な決定法
を与えるものであるが、当分野において温度境界
層の概念は従来利用されたことがなかつた。その
理由は境界層の正確な理論はl≫δの条件が満た
されたとき、はじめて成立するものであるがゾン
デのガス吸引孔の場合はこの条件が成立しないた
め適用できないと考えられたためと思われる。た
だしl≫δでなくとも(2)が近似的に成立すること
は理論的にも根拠がありガス吸引量の概算概算に
はこの程度の精度で十分である。
(10)式を簡単な場合に適用してみるといくつかの
実用上有用な知見が得られる。
第2図から明きらかな如く測定点はガス吸引孔
断面の中心におくのが最も有利である。
いま半径rの円孔の場合を考えn=1、d=r
とすると s=πr2(11)であるから(10)式より Q>36πνl 〓 したがつて必要流量はlのみに依存しrに無関係
となることがわかる。これは設計を非常に簡単化
するものである。
また一辺2aの正方形孔の場合は Q>36×4νl (13) となり(12)とほぼ同様な結果が得られる。(10)、(12)、
(13)からガス吸引量を決めるためにはガスの物性
定数として動粘係数だけが必要であり他の物性
値、たとえば熱伝導率等は不必要であることがわ
かるがこれは(3)式が成立することによる。このよ
うに計算のために必要な物性データが少なくてす
むことも(10)、(12)、(13)式の実用的価値を高めてい
る。
実際の設計は次の実施例に示すような手順に従
つて行なうことができる。
まず吸引孔の個数は特別の理由のない限り1個
としてもよい。(n=1) 吸引孔の断面形状は工作のし易さから円形とす
る。吸引孔径はダストづまりを防止する観点から
は大きくしたほうが有利であるが一方4cm以上に
すると鉱石、コークスが吸引孔内に侵入する危険
性があるため一応直径4cm(s=4πcm2)とす
る。
壁から熱電対先端までの距離dは、熱電対の保
持を確実にするため余り大きくとらず。d=1cm
とする。吸引孔入口から熱電対先端はでの距離l
は鉱石コークス侵入による破損防止の意味からl
=4cm程度の間隔をとる。
動粘性係数νは、900℃の高炉ガスとして概略
値ν=2.0cm2・sec-1を用いる。
n=1 s=4π cm2 d=1cm l=4cm ν=2cm2・sec-1 これらの値を(10)式に代入して計算すると Q>36nsνl/d=36×1×4π×2×4/1
×1 =3619cm3sec-1 安全率を2.0として Q=3.6×2=7.2l・sec-1 (15) 即ち毎秒7.2lの吸引を行なうためのポンプが必要
となる。ゾンデ測温部の設計諸元は以上の如くに
して決めることができる。またこの例では吸引量
Qを最後に計算したが、設備の関係でQに制限が
つく場合は、逆にQを定めたあと(10)式にしたがつ
てd、l等の諸元を決めることができるのは言う
までもない。
本発明の根拠となる(10)式の正しさは、第3図に
示す実験結果によつても証明されている。実験装
置は上の例と同じ寸法のものを用い、測定ガスは
700℃に熱した空気を流した。
n=1 s=4π cm2 d=1cm l=4cm 動粘性係数だけ上の例と異なり、700℃における
空気の値を用いて ν=1.15cm2・sec-1 これらの値を(10)式に入れて計算すると Q>36nsνl/=d=2080cm3/sec (16) 第3図は、加熱炉で予熱した700℃の空気(この
温度は別の方法で測定しておく)を、本発明の装
置を模擬した実験装置により、強弱2レベルの吸
引量(Q)のもとにガス温度を測定した際の応答曲
線である。図の曲線(a)はガス吸引量3l/sec(16)
式を満足している)のもとでの応答曲線であり、
曲線(b)はガス吸引量0.8l/sec((16)式を満足して
いない)のもとでの応答曲線である。曲線(a)の場
合はほぼ正しい温度に収束し、また応答速度も速
いが、曲線(b)の場合は時間が経過しても正しい温
度を示さずまた応答速度も遅い。このことから
も、本発明による流量の判定条件(16)が正しいこ
とがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、シヤフトゾンデ先端における検出端
取付図、第2図は、ガス吸引竪孔内における温度
境界層を示す図、第3図は、温度応答曲線を示す
図。 1……ガス吸引竪孔、2……吸引ガス通路、
3,3′,3″……ゾンデ冷却用水路、4……シー
ス熱電対、5……シース熱電対導管、6……ガス
吸引竪孔壁、7……吸引ガス流。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 シヤフト炉内に挿入し、炉内ガスを吸引しな
    がらその温度を測定するためのゾンデであつて、
    その内部に、軸方向に延在する吸引ガス流路を設
    けるとともに該吸引ガス流路に隣接してゾンデ冷
    却用通路を設けさらに、ゾンデ直径方向或は直径
    方向成分を含む方向に延在し、前記吸引ガス流路
    に連通するガス吸引用竪孔を穿設するとともに該
    ガス吸引用竪孔内のガス吸引入口近傍に測温点が
    臨む如く熱電対を設け、前記測温点を dQ/36nsν>l かつ【式】 但し Q;炉内ガス吸引量(cm3/sec) n;ガス吸引孔の数 s;ガス通路断面積(cm2) ν;ガスの動粘性係数(cm2・sec-1) l;ガス通路入口からの距離(cm) d;ガス通路におけるゾンデ冷却壁から
    の垂直距離(cm) に設けたことを特徴とするシヤフト炉における炉
    内ガス温度測定用ゾンデ。
JP14475677A 1977-12-02 1977-12-02 Temperature measurement of gas furnace in shaft furnace and instrument therefor Granted JPS5477208A (en)

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Publication Number Publication Date
JPS5477208A JPS5477208A (en) 1979-06-20
JPS6123242B2 true JPS6123242B2 (ja) 1986-06-05

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394737U (ja) * 1990-01-11 1991-09-26
JPH04349764A (ja) * 1991-05-28 1992-12-04 Matsushita Graphic Commun Syst Inc 押しボタンスイッチ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394737U (ja) * 1990-01-11 1991-09-26
JPH04349764A (ja) * 1991-05-28 1992-12-04 Matsushita Graphic Commun Syst Inc 押しボタンスイッチ

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JPS5477208A (en) 1979-06-20

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