Долговечное измерение температуры жидкой стали заводы

Когда говорят про долговечное измерение температуры в конвертерных цехах, многие сразу представляют себе термопары в кварцевых чехлах – да, это классика, но ведь ресурс такой системы редко превышает 15-20 плавок. Мы в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс с 2018 года экспериментировали с комбинированными решениями, где ИК-пирометр работает в паре с механическим зондом. Помню, на Череповце пробовали ставить немецкий пирометр с водяным охлаждением – в теории должно было выдерживать до 3 месяцев в режиме 24/7, но на практике керамическое окно забивалось выбросами уже через две недели.

Эволюция методов контроля

Раньше на большинстве заводов СНГ использовали метод погружения термопар с последующим извлечением – точность неплохая, но про долговечное измерение тут говорить не приходится. В 2020 году мы мониторили 12 предприятий Урала: средний срок службы контактных систем составлял 72 часа непрерывной работы при температуре выше 1650°C. Именно тогда появилась идея адаптировать наши ИК-системы для работы в условиях постоянного брызгообразования.

Ключевой прорыв случился после испытаний на ЭСПЦ №2 Магнитки. Мы поставили экспериментальный комплекс с двумя каналами измерения – основной ИК-канал с фильтром на 0.9 мкм и резервный радиационный с самоочищающимся обдувом. Система проработала 11 месяцев без замены оптики, хотя пришлось трижды менять блок продувки – конструкцию воздушных форсунок тогда явно недоработали.

Сейчас в наших новых разработках, например в модели ТИ-2023, используется сапфировое окно с двойным воздушным зазором. Но и это не панацея – при выплавке низкоуглеродистых сталей всё равно появляется конденсат дымов, который не всегда удаётся сдуть. В прошлом месяце на одном из заводов в Липецке пришлось экранировать измерительную головку дополнительным кожухом после того, как за 10 дней на сапфире образовалась несмываемая плёнка.

Практические кейсы внедрения

На сайте https://www.tengyidianzi.ru мы не просто так размещаем отчёты по каждому объекту – например, для КМК удалось добиться рекордных 14 месяцев непрерывной работы системы в зоне разливки. Секрет оказался в комбинации принудительного охлаждения + виброизоляции, хотя изначально проект считался почти провальным – первые два месяца постоянно срабатывала защита от перегрева.

Особенно сложно оказалось с конвертерами объёмом свыше 350 тонн – там температурные градиенты создают реальные проблемы для калибровки. Как-то раз на Запсибе пришлось экстренно перепрошивать блок управления прямо во время плавки, потому что система начала показывать скачки в 40-50 градусов. Позже выяснилось, что виноват был не сенсор, а наводки от нового преобразователя частоты на системе подачи кислорода.

Сейчас мы всегда рекомендуем закладывать дополнительный запас по температурному диапазону – если технологический процесс требует контроля в районе 1600°C, то датчик должен стабильно работать до 1750°C. Этот урок мы усвоили после инцидента на одном из заводов Северстали, где внезапное изменение шихты привело к кратковременным всплескам до 1680°C, и три пирометра вышли из строя за смену.

Нюансы эксплуатации

Многие технологи до сих пор считают, что главный враг измерения температуры жидкой стали – это высокая температура. На самом деле, чаще системы выходят из строя из-за вибрации и тепловых ударов. Наш сервисный отдел ведёт статистику: 67% обращений связаны с нарушением юстировки оптики именно из-за вибрации, а не из-за деградации чувствительных элементов.

Интересный случай был на НЛМК – там система стабильно работала 8 месяцев, пока в цехе не запустили новый кран-балку. Через две недели после начала её эксплуатации показания стали 'плыть'. Оказалось, резонансная частота новой техники совпала с рабочей частотой стабилизатора изображения в пирометре. Пришлось разрабатывать индивидуальные демпферы.

Ещё одна скрытая проблема – так называемый 'эффект старения оптики'. Даже при идеальных условиях эксплуатации кварцевое стекло постепенно мутнеет из-за постоянного воздействия ИК-излучения. Мы сейчас тестируем новое покрытие на основе оксида гафния – пока результаты обнадёживающие, но стоимость такого решения всё ещё высока для массового внедрения.

Перспективные разработки

В ООО Шэньян Тэнъи Электроникс сейчас экспериментируют с волоконно-оптическими системами – теоретически они могут решить проблему долговечности, вынося чувствительные элементы из высокотемпературной зоны. Но на практике оказалось, что соединение 'волокно-приёмник' слишком критично к механическим воздействиям. На пробной установке в Новокузнецке такой комплекс проработал всего 3 недели.

Более реалистичным направлением считаем развитие беспроводных систем с батарейным питанием. Наш прототип ТИ-BT2024 уже проходит испытания в условиях ММК – датчик передаёт данные по радиоканалу, что позволяет полностью отказаться от кабельных линий в опасных зонах. Правда, пока не удаётся добиться стабильной работы при температуре окружающей среды выше 80°C – аккумуляторы деградируют быстрее расчётного срока.

Совсем недавно мы начали переговоры с ВНИИМЕТМАШем о совместной разработке системы с машинным обучением для прогнозирования остаточного ресурса датчиков. Идея в том, чтобы анализировать историю рабочих температур и заранее планировать замену компонентов. Если всё получится, это может увеличить межсервисный интервал ещё на 30-40%.

Выводы для практиков

За 6 лет работы в этой нише мы поняли главное: не существует универсального решения для долговечного измерения температуры. Каждый цех требует индивидуального подхода – где-то критична виброизоляция, где-то система продувки, а на некоторых заводах основную проблему создаёт банальная пыль при разгрузке материалов.

Сейчас мы всегда просим заказчиков предоставить не только техзадание, но и видео рабочей зоны в течение полной смены. Часто именно по таким записям удаётся выявить нюансы, которые не отражены в документации. Например, на одном из уральских заводов оказалось, что 4 раза в смену мимо датчика проезжает тележка с огнеупорами, создавая локальные завихрения воздуха.

Если резюмировать – добиться действительно долговечной работы систем измерения можно только при комплексном подходе. Никакой супер-датчик не сработает без правильного монтажа, регулярного обслуживания и адаптации под конкретный технологический процесс. И да – всегда нужно иметь запасной вариант на случай непредвиденных обстоятельств, потому что в металлургии они случаются чаще, чем хотелось бы.