Аппарат для оперативного измерения температуры жидкого чугуна

Когда речь заходит об измерении температуры жидкого чугуна, многие сразу представляют себе громоздкие термопары с кварцевыми наконечниками и бригаду сталеваров с секундомерами. Но за последние десять лет всё изменилось – сейчас даже в цехах с вековой историей всё чаще мелькают компактные инфракрасные пирометры. Хотя до сих пор встречаются мастера, которые уверены, что 'проволочный метод' надёжнее. Интересно, они когда-нибудь пробовали снимать показания каждые 20 секунд в течение всей плавки?

Эволюция методов контроля

Помню, как в 2015 году мы впервые опробовали стационарный инфракрасный датчик от китайской компании ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс'. До этого использовали погружные термопары – точность неплохая, но каждый замер это остановка процесса и риск для персонала. К тому же графитовые наконечники расходовались как горячие пирожки.

С их аппаратом для оперативного измерения температуры жидкого чугуна сначала были сомнения – как он поведёт себя в условиях сильной запылённости? Оказалось, что система продувки защитного стекла справляется даже при выбросах окалины. Хотя в первые недели эксплуатации пришлось увеличить частоту чистки – наши технологи недооценили количество взвеси в воздухе над ковшом.

Кстати, о калибровке. Многие забывают, что инфракрасные приборы требуют периодической поверки по эталонному источнику. Мы сначала пропустили этот момент – через месяц работы отклонение достигло 12°C. Пришлось экстренно вызывать специалистов с поверочным оборудованием. Теперь в графике ТО отдельной строкой прописываем калибровку раз в две недели.

Особенности эксплуатации в российских цехах

Зимой 2020 года на комбинате в Череповце столкнулись с интересной проблемой. При температуре в цехе ниже +5°C электроника датчиков начинала 'задумываться' – задержка показаний достигала 4-5 секунд. Пришлось монтировать локальные подогреватели в контрольных точках. Кстати, на сайте https://www.tengyidianzi.ru потом нашли модификацию с термостатированием, но мы уже решили вопрос кустарным способом.

Вот ещё нюанс, о котором редко пишут в инструкциях – влияние пара от шлаковых добавок. При большой влажности шихты возникает плотная пелена над поверхностью чугуна, и инфракрасное излучение частично рассеивается. Мы эмпирическим путём вывели поправочный коэффициент 0,97 для таких случаев. Не идеально, но лучше чем полное отсутствие данных.

Особенно критичен точный замер при выпуске металла из домны. Здесь даже 10-15 секунд задержки могут стоить тысяч долларов – передержал чугун в желобе, и вместо требуемых 1420°C получаешь 1385°C. Как-то раз из-за этого пришлось перерабатывать целую плавку – добавки ферросилиция ушли впустую.

Сравнение технологических решений

Сейчас на рынке представлено три основных типа аппаратов для оперативного измерения: портативные пирометры, стационарные системы и гибридные решения. Мы тестировали все варианты. Портативные хороши для точечных замеров, но при непрерывном контроле быстро садятся батареи. Стационарные требуют квалифицированного монтажа – например, датчики от 'Тэнъи Электроникс' нужно выставлять под строго определённым углом к поверхности металла.

Любопытный случай был в 2022 году, когда мы попробовали совместить данные от инфракрасного датчика и остаточной термопары в желобе. Оказалось, что при правильной настройке можно получать температурный профиль по всей длине потока. Правда, пришлось разрабатывать собственную систему сбора данных – штатное ПО не поддерживало такую интеграцию.

Важный момент – выбор длины волны измерения. Для жидкого чугуна оптимален диапазон 0,8-1,1 мкм, но некоторые производители экономят на фильтрах. В результате при наличии брызг шлака показания начинают 'прыгать'. У китайских коллег из ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' здесь хорошее решение – двухдиапазонный sensor с автоматической коррекцией.

Практические кейсы внедрения

На мини-заводе в Выксе до 2023 года вообще не было системы непрерывного контроля. Технологи ориентировались по цвету искр и опыту мастера. Когда установили первый аппарат для оперативного измерения температуры, выяснилось, что фактические температуры были на 30-50°C ниже расчётных. Пришлось пересматривать весь тепловой режим.

Самое сложное – убедить старых специалистов доверять технике. Один ветеран с 40-летним стажем сначала называл наш датчик 'китайской игрушкой'. Пока не случился конфуз – он 'на глаз' определил 1450°C, а прибор показал 1380°C. Перепроверили термопарой – 1382°C. После этого сопротивление нововведениям заметно снизилось.

Интересно, что наибольший экономический эффект проявился не в основном производстве, а при разливе чугуна в изложницы. Раньше здесь работали с большим запасом по температуре, теперь же смогли оптимизировать режим и сократить время цикла на 7%. Для предприятия с годовым выпуском в миллион тонн – существенная экономия.

Перспективы развития технологии

Судя по последним разработкам, в ближайшие годы нас ждёт переход к беспроводным системам. Уже сейчас тестируем прототип от tengyidianzi.ru с передачей данных по ZigBee. Пока есть проблемы с помехоустойчивостью в условиях мощного электромагнитного поля, но технология перспективная.

Ещё одно направление – интеграция с системами ИИ. Например, чтобы аппарат не просто показывал температуру, но и прогнозировал теплопотери на основе предыдущих плавок. В ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' говорят, что у них уже есть наработки в этом направлении, но серийных решений пока нет.

Лично я считаю, что будущее за гибридными системами, где инфракрасный датчик дополняется контактным зондом для периодической калибровки. Это позволит совместить преимущества обоих методов – непрерывность контроля и абсолютную точность. Первые такие испытания мы планируем в следующем квартале.

Кстати, недавно узнали, что наши коллеги из Челябинска адаптировали подобный аппарат для измерения температуры шлака. Оказывается, при определённых настройках можно работать и с таким сложным материалом. Возможно, это станет темой для следующего эксперимента.