Steel emissivity at high temperatures (NT TR 570)

Abstract

  A new test method was developed at VTT for the determination of the emissivities of different types of steel and other metallic materials as a function of the temperature of the material. The method is simple and inexpensive, but its use is limited to materials which possess a high thermal conductivity and are physically and chemically inert in the temperature range of interest (no melting or other phase transitions, no charring, burning or other chemical reactions). Furthermore, reliable results are only obtained above a minimum temperature, the value of which varies depending on experimental conditions but seems to be in the range from 150 ºC to 200 ºC. Three different steel types were used in testing the new method: two stainless steels and one carbon steel. The emissivities of the two stainless steels were determined for the temperature range from approximately 200 ºC to approximately 600 ºC. The emissivity of the carbon steel was determined for the temperature range from approximately 150 ºC to approximately 550 ºC. Uncertainty of the emissivity values obtained with the new method was estimated to be approximately ±20 %. Repeatability of the results was well within the ±20 % limit. The results were compared with those obtained using a method developed earlier by SP. The SP method gives emissivity at a fixed temperature; earlier the fixed temperature was 100 ºC, but the method was now upgraded so that 200 ºC also became possible. Thus, emissivity values at 200 ºC could be used to compare the two methods. For the two stainless steels, there was good agreement between results obtained using the new method and results obtained using the existing method. For the carbon steel, the differences were much larger than would have been expected. The reasons for the differences have not been found yet and should be further investigated.  

Swedish abstract

En ny provmetod har utvecklats hos VTT för mätning av emissivitet hos olika sorter av stål och andra metaller. Emissiviteten mäts som funktion av materialets temperatur. Metoden är enkel och billig, men kan endast tillämpas för materialer som har hög värmekonduktivitet och som är fysikaliskt och kemiskt passiva, dvs som inte genomgår smältning eller andra fastransformationer och som inte förkolnas, bränns eller deltar i andra kemiska reaktioner. Härtill kan pålitliga resultat endast nås ovanför en minimumtemperatur, som varierar enligt provförhållanden men verkar vara ungefär 150…200 ºC. Tre olika sorter av stål användes i testerna: två typer av rostfritt stål och ett byggnadsstål. För de två typerna av rostfritt stål, mättes emissiviteter inom temperaturområdet 200…600 ºC och för byggnadsstålet inom temperaturområdet 150…550 ºC. Osäkerheten i emissivitetsvärden som mättes med den nya metoden uppskattades vara ungefär ±20 %. Reproducerbarheten var tydligt inom de här gränserna. Resultaten jämfördes med de resultat som nåtts med en existerande metod tidigare utvecklad hos SP. Den existerande metoden producerar emissivitetsvärden vid en bestämd temperatur; tidigare var den bestämda temperaturen 100 ºC, men nu utvecklades metoden så att emissiviteten kan också mätas vid 200 ºC. Så blev det möjligt att jämföra resultat som nåtts med de två metoderna. För de två typerna av rostfritt stål, passade resultaten som nåtts med den nya metoden bra ihop med resultaten som nåtts med den existerande metoden. För byggnadsstålet var skillnaderna större än väntat. Orsakerna till skillnaderna är inte ännu kända och borde studeras.