高炉炼铁中的热风炉,炉皮温度使用K 型热电偶的测量方法

关键词：热风炉
测温
K 型热电偶
Abstract
Blast furnace ironmaking hot-blast stove mainly adopted thermocouple temperature measurement. Thermocouple is the most widely used in temperature measuring the temperature of the device. It is the main characteristic of wide temperature range, stable performance ,at the same time, simple structure, good dynamic response, easy to automatic control and centralized control. And K type thermocouple of low cost, high accuracy, wider application fields. This paper mainly introduces the furnace body using the K type thermocouple temperature measurement method, including the structure and working principle of K type thermocouple, application situation, design thinking. This paper mainly introduces the furnace body using the K type thermocouple temperature measurement method, including the structure and working principle of K type thermocouple, application situation, design thinking. Key word: cowper stove thermometry K-type thermocoupl
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1. 课题应用背景
在高炉炼铁生产过程中， 需要向高炉的内部鼓入大量的助燃空气， 以促进高炉内炼铁反 应的进行，由于高炉内部温度很高，鼓入常温空气将会导致高炉内部温度急剧下降，不利于 炼铁反应的进行，因此需要鼓入高温的空气。热风炉的作用就是把鼓风加热到要求的温度， 从而燃烧焦炭以把铁矿石还原成铁水。 因此高炉炼铁热风炉温度的测量成为促进高炉内炼铁 反应进行的重要部分。 一般使用金属热电偶进行温度的测量， 也有利用红外温度传感器进行 测温，其中利用热电偶测量的主要是 S 型热电偶和 K 型热电偶，而能广泛应用于工业的 s 型热电偶所用的原材料——铂现阶段单价高达 610 多元/克，废的铂铑 10-铂偶丝回收价格 也涨到 420 多元/克；用 k 型热电偶替代 s 型热电偶使用，现阶段的价格仅只有 s 型热电偶 的 1/10，且还省去了管理流程复杂的铂铑 10-铂偶丝的回收。在此我们着重介绍利用 K 型 热电偶测量热风炉炉皮温度。
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目
录
1 课题应用背景……………………………………………………………（3） 2 系统设计需求……………………………………………………………（3） 2.1 功能需求……………………………………………………………（3） 2.2 可用性需求……………………………………………………………（3） 3 K 型热电偶原理介绍…………………………………………………… (4） 3.1 原理概述……………………………………………………………（4） 3.2 测温原理……………………………………………………………（5） 3.3 特点…………………………………………………………………（5） 4 K 型热电偶实际应用……………………………………………………（6） 5 设计思路…………………………………………………………………（7） 5.1 方案一基于 K 型热电偶传感器测量电路…………………………（7） 5.2 方案二基于 MAX6675 的热电偶变换器……………………………（9） 5.3 方案三利用 TDAM7018 8 路模拟量(热电偶)智能采集模块…… （11） 6 总结………………………………………………………………………（12） 7 参考文献…………………………………………………………………（12） 8 附录……………………………………………………………………… （14）
热电偶在高温下，其热电极（包括双支式）与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻（按每 米计）应大于下表规定的值。
规定的长时间使用温度（℃） ≥600 ≥ 800 ≥1000 试验温度（℃） 600 800 1000 绝缘电阻值（Ω） 72000 25000 5000
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4. K 型热电偶实际应用
K 型热电偶是工业生产中最常用的温度传感器，k 型热电偶测量精度高。因热电偶 直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。k 型热电偶测量范围广。常用的热电偶从 -50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达 +2800℃(如钨-铼)。k 型热电偶构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组 成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 当前，在以 K 型热电偶为测温元件的工业测温体系中，热电偶输出的热电势信号有必 要通过中心变换环节，才干输入根据单片机的嵌入式体系。中心变换环节包含信号扩大、冷 端抵偿、线性化及数字化等几个有些，实践使用中，因为中心环节较多，调试较为艰难，体 系的抗干扰功能往往也不抱负。 实际应用热电偶在机械行业中具有广泛的应用， 比如飞机机翼等大型部件， 整体进 行热处理时，在几百立方米的加热空间里，要求温度均匀性不超过±6℃（二等炉子），而 且为了适应为波音、 空客生产配套零部件的需要， 在校准测试或系统精度测试中还要求使用 特 1 级测温精度的廉金属热电偶（即±1.1℃或 0.4%）。下面仅展示几种典型的应用例子： 1.电站专用热电偶：专业针对电站设计，可以满足 30KW、60KW 等发电机组及辅机测温需 要。直接测量各种生产过程中的-200℃～1800℃范围内液体、蒸汽和气体以及固体表面温 度。 2. 炉壁热电偶： 适合于电厂锅炉炉壁， 管壁及其它圆柱体表面测量 3. 石油化工热电偶： 专业针对石油化工部门设计，可以直接测量－200℃－1600℃范围内液体、蒸汽和气体介质 以及固体表面测温。
传感器研究设计报告
研究课题：高炉炼铁中的热风炉，炉皮温度使用 K 型热电偶的测量方法
专成
业：自动化（交通信息与控制） 员：张亚楠（201232010106） 刘甜甜（201232010107） 万 蕊（201232010108）
摘 要
高炉炼铁热风炉主要采用热电偶测温。 热电偶是温度测量中应用 最广泛的温度器件， 它的主要特点就是测温范围宽，性能比较稳定， 同时结构简单，动态响应好， 便于自动控制和集中控制。而 K 型热 电偶成本低，精度高，应用领域更广泛。文章主要介绍了炉皮温度使 用 K 型热电偶的测量方法，其中包括 K 型热电偶的结构及其工作原 理、应用现状、设计思路。
3. K 型热电偶原理介绍 3.1 原理概述
K 型热电偶作为一种温度传感器，K 型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器 配套使用。K 型热电偶可以直接测量各种生产中从 0℃到 1300℃范围的液体蒸汽和气体介 质以及固体的表面温度。K 型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组 成。目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K 型热电偶丝直径一般为 1.2～4.0mm。K 型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好， 抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。K 型热电偶
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不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧 化气氛. K 型热电偶正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90:10，负极（KN）的名义化学成 分为：Ni:Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃。
3.2 测温原理
热电偶测温必须由热电偶、 连接导线及显示仪表三部分组成。 下图是最简单的热电偶测 温示意图。
热电偶温度计示意图
按右图组成的热电偶蕊及测温电偶丝 1 ，如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端 的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电 效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和接触电势两部分组成。接触电势：它是两 种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。 当两种不同的导体 A 和 B 相接触时， 假设导体 A 和 B 的电子密度分别为 Na 和 Nb 并且 Na>Nb，则在两导体的接触面上，电子 在两个方向的扩散率就不相同，由导体 A 扩散到导体 B 的电子数比从 B 扩散到 A 的电子数 要多。导体 A 失去电子而显正电，导体 B 获得电子而显负电。因此，在 A、B 两导体的接 触面上便形成一个由 A 到 B 的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电 子向相反方向运动，使从 B 到 A 的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时 A、B 之间 也形成一电位差， 这个电位差称为接触电势。 此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有 关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越 活跃，由 A 导体扩散到 B 导体的电子就越多，接触面处所产生的电动势就越大，即接触电 势越大。
5. 设计思路
5.1 方案一 基于 K 型热电偶传感器测量电路
5.1.1 方案概述 K 型热电偶的电极材料是镍铬—镍硅，其精度等级为 0.75 级时，温度为 0~1200℃，其测量 温度误差为±0.75%。采用恰当的线性化处理后，可将精度提高到±0.1%~±0.2%。具有零 点补偿功能。