Бесконтактное измерение температуры жидкой стали

Когда речь заходит о бесконтактном измерении температуры в металлургии, многие сразу представляют себе идеальные графики и точные цифры. Но на практике даже проверенные пирометры могут давать погрешности до 50°C из-за пара и шлаков на поверхности ковша. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' не раз сталкивались с ситуациями, когда заказчики жаловались на 'необъяснимые скачки' показателей при работе с жидкой сталью.

Почему обычные пирометры подводят

В 2018 году на одном из уральских комбинатов мы тестировали немецкий пирометр в условиях реального разлива стали. Прибор стабильно показывал 1520°C, тогда как термопара в контрольной точке фиксировала 1580°C. Разбор показал: устройство не учитывало плотность паровоздушной завесы над поверхностью металла.

Особенно критично влияние колебаний уровня шлака. Как-то раз наладили систему с автоматической коррекцией по спектральному анализу, но при изменении состава шихты алгоритмы начали давать сбой. Пришлось вручную калибровать под каждый тип стали.

Сейчас в наших разработках используем двухволновые пирометры с поправкой на коэффициент черноты. Но и это не панацея — при температуре выше 1650°C начинаются проблемы с определением эталонной длины волны.

Практические решения от Тэнъи Электроникс

Наша система бесконтактного измерения температуры жидкой стали TY-ILM4000 изначально создавалась для условий кислородно-конвертерного цеха. Основная фишка — комбинированный анализ в трёх спектральных диапазонах с поправкой на задымлённость.

Внедряли её на заводе в Череповце. Местные технологи сначала скептически смотрели на наш блок компенсации помех, пока не увидели расхождение всего в 7°C при выгрузке ковша с 170-тонным плавом.

Кстати, ошибочно думать, что главное — точность датчика. Гораздо важнее правильная установка обдува оптики. Как-то поставили пирометр без системы продува — через два часа линза покрылась слоем пыли с отклонением показаний на 120°C.

Нюансы монтажа измерительных систем

При монтаже на разливочных пролётах всегда учитываем вибрацию. Стандартные крепления не подходят — за полгода вибрация расшатывает юстировку. Разработали амортизирующие кронштейны с пружинной стабилизацией.

Тепловые помехи от стен ковша — отдельная история. Один раз настроили систему в холодном цеху, а при запуске в рабочем режиме получили постоянное завышение температуры на 30-40°C. Оказалось, тепловое излучение от футеровки влияло на показания.

Реальные кейсы и недочёты

В 2021 году на заводе 'Северсталь' при переходе на новый состав огнеупоров возникли аномалии измерений. Наши инженеры три дня снимали данные в разных точках, прежде чем обнаружили зависимость от содержания магнезита в футеровке.

Были и неудачи. Помню, как в эксперименте с фильтрами для ИК-диапазона перестарались с защитой от помех — система стала так медленно реагировать, что для управления процессом данные уже были бесполезны.

Сейчас рекомендуем устанавливать датчики не ближе 3 метров от поверхности металла. Ближе — риск тепловой деформации оптики, дальше — влияние пара становится критичным. Проверено на десятках объектов.

Эволюция методик измерений

Раньше считали, что для точного бесконтактного измерения температуры достаточно дорогого пирометра. Опыт показал: без системы верификации данных через термопары или пробоотборники можно годами работать с погрешностью.

Современные системы типа нашей TY-ILM5000 уже используют машинное обучение для прогнозирования температурного градиента по ходу плавки. Но и это не отменяет необходимости еженедельной поверки по эталонным образцам.

Интересный момент: при измерении в электродуговых печах возникают проблемы с электромагнитными помехами. Пришлось разрабатывать экранированные версии датчиков с оптоволоконной передачей данных.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с многоточечными сканирующими системами. Проблема в том, что для жидкой стали не работает стандартное сканирование — нужны специальные алгоритмы интерполяции данных с учётом конвекционных потоков.

Наш сайт https://www.tengyidianzi.ru регулярно обновляется описанием таких наработок. Кстати, именно через сайт к нам часто обращаются технологи с нестандартными задачами — вроде измерения температуры в зоне рафинирования.

Выводы для практиков

Главный урок: не существует универсального решения для бесконтактного измерения температуры жидкой стали. Каждый цех требует индивидуальной настройки и постоянного мониторинга оборудования.

Системы ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' показывают стабильность при работе с углеродистыми сталями, но для легированных сплавов до сих пор приходится вручную корректировать коэффициенты эмиссии.

Совет тем, кто выбирает оборудование: обращайте внимание не на паспортную точность, а на наличие системы автоматической компенсации производственных помех. В металлургии это важнее любых теоретических характеристик.