Бесконтактный прибор для непрерывного измерения температуры жидкой стали

Когда слышишь про бесконтактные пирометры для стали, многие представляют просто инфракрасный датчик над ковшом. На деле же — это целая система, где каждый сбой в калибровке или охлаждении приводит к погрешностям в десятки градусов. Вот о таких нюансах, которые в техпаспортах не пишут, и поговорим.

Почему классические термопары не справляются

До сих пор на некоторых мини-заводах пытаются использовать погружные термопары типа S или B. Да, для точечных замеров — вариант, но при непрерывном контроле в агрессивной среде они быстро деградируют. Особенно в условиях вторичной металлургии, где состав шлака меняется каждые 20 минут.

Помню, в 2018-м на одном из Череповецких производств пытались модернизировать систему замера через керамические чехлы. Результат — три замены за смену из-за коррозии и налипания шлаковых включений. Именно тогда стало очевидно: без бесконтактных решений с поправкой на излучательную способность не обойтись.

Кстати, излучательная способность — та самая 'тёмная лошадка'. Для жидкой стали она колеблется в диапазоне 0.75–0.85, но при изменении содержания углерода или легирующих элементов цифра может 'поплыть'. И это не теоретические выкладки — на разливе сорта 35Г2С мы фиксировали отклонения до 27°C именно из-за игнорирования этого параметра.

Конструктивные особенности современных систем

Современный бесконтактный прибор для непрерывного измерения температуры жидкой стали — это не просто пирометр в защитном кожухе. Система включает: модуль воздушного охлаждения (иногда двухконтурный), блок очистки оптики, калибровочный излучатель и главное — алгоритм адаптивной компенсации помех.

Особенно критична система продувки. На ММК в 2021-м отказались от стандартных фильтров — вместо них поставили вихревые сепараторы. Решение простое, но эффективное: пыль с частицами окалины не оседает на линзе даже при интенсивном паре от шлака.

А вот с водяным охлаждением стоит быть осторожнее. Да, КПД выше, но риск протечки в зоне измерения жидкого металла — это уже вопросы промышленной безопасности. На мой взгляд, воздушное охлаждение с температурным запасом — более надёжный вариант для российских условий.

Проблемы калибровки в промышленных условиях

Многие производители заявляют 'калибровку на весь срок службы'. На практике же дрейф показаний начинается уже через 3-4 месяца интенсивной эксплуатации. Особенно если прибор работает в зоне вибрации — например, рядом с установкой 'печь-ковш'.

Мы в своё время отработали методику с эталонным термопреобразователем ЧЭКС-ХА. Выводили ковш на 10-15 минут в зону стабильного температурного поля, снимали параллельные показания. Оказалось, что даже у дорогих немецких систем погрешность к шестому месяцу достигала 12-15°C.

Сейчас ООО Шэньян Тэнъи Электроникс предлагает интересное решение — встроенный калибровочный модуль с вольфрамовым излучателем. Суть в том, что система самостоятельно проводит верификацию раз в смену. Не панацея, но для оперативного контроля достаточно.

Особенности работы с легированными сталями

При измерении температуры нержавеющих марок возникает парадокс: хром и никель меняют не только излучательную способность, но и спектральные характеристики. Стандартные пирометры на 0.9 мкм здесь уже не подходят — нужен диапазон 1.0–1.1 мкм.

На заводе 'Электросталь' при переходе на выплавку 12Х18Н10Т столкнулись с систематическим недогревом по показаниям оборудования. После анализа выяснилось: старый пирометр 'не видел' реальной температуры из-за особенностей спектра излучения. Перешли на оборудование с настраиваемым спектральным диапазоном — проблема ушла.

Кстати, на сайте https://www.tengyidianzi.ru есть технические заметки по этому вопросу — там довольно детально разбирают зависимость погрешности от содержания легирующих элементов. Полезно для технологов, которые работают с разносортным металлом.

Интеграция с системами управления плавкой

Современный бесконтактный прибор ценен не столько самими показаниями, сколько возможностью встраивания в контур управления. Например, при достижении заданной температуры автоматически включается дозировка ферросплавов или изменяется режим продувки аргоном.

Но здесь есть нюанс: задержка передачи данных. Если система выдает показания с лагом более 2 секунд, для процессов рафинирования это уже критично. Приходится либо ставить локальные контроллеры, либо оптимизировать протоколы обмена.

На одном из уральских предприятий внедряли систему с OPC-сервером — в теории всё идеально, на практике сбои при передаче данных случались раз в две-три плавки. Перешли на более простой Modbus RTU — стабильность повысилась, хотя функционал и сократился.

Перспективы развития технологии

Сейчас активно развиваются многодиапазонные системы. Суть в том, что измерение ведётся одновременно в двух-трёх спектральных диапазонах с последующим вычислением истинной температуры. Метод дорогой, но для ответственных марок — оправданный.

Интересное направление — комбинированные системы. Например, бесконтактный прибор для непрерывного измерения температуры жидкой стали со встроенным лазерным анализатором состава. Технология пока сыровата, но на экспериментальных установках уже показывает погрешность не более ±3°C.

Если говорить о российском рынке, то ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как раз делает ставку на адаптацию таких решений для местных условий. Их подход с модульной конструкцией интересен — можно наращивать функционал без замены основной системы.

Ошибки монтажа и эксплуатации

Самая частая проблема — неправильный выбор угла обзора. Если установить датчик под углом менее 70° к поверхности металла, в поле зрения попадают брызги шлака или стенки ковша. Результат — скачки показаний каждые 10-15 секунд.

Второй момент — тепловые помехи. Как-то пришлось разбираться с аномальными показаниями на разливочной машине. Оказалось, что в 50 см от измерительной головки проходил паропровод без теплоизоляции. После установки экрана проблема ушла.

И ещё про монтаж: виброизоляция обязательна. Даже если производитель утверждает, что его оборудование устойчиво к вибрации. На практике стандартные резиновые демпферы служат не больше года — лучше сразу ставить пружинные.

В целом, тема бесконтактного измерения далека от исчерпания. Каждый год появляются новые материалы для защитных стекол, более точные алгоритмы компенсации, улучшенные системы охлаждения. Главное — подходить к выбору оборудования без фанатизма, с пониманием реальных производственных условий. И да, техдокументацию читать стоит — там иногда пишут полезные вещи помимо маркетинговых лозунгов.