Защитное оптическое стекло для систем непрерывного измерения температуры жидкой стали

Вот что действительно важно понимать про защитные стекла в системах измерения температуры жидкой стали — большинство думает, что это просто кусок прозрачного материала, но на деле от него зависит, проработает ли вся измерительная система больше одной плавки.

Почему обычное кварцевое стекло не выживает в конвертере

Когда мы в 2019 году начинали тесты с защитным оптическим стеклом для КМК-3, первое что удивило — скорость разрушения стандартного ИК-стекла. За 40 минут непрерывного замера на выходе из сталеразливочного ковша поверхность мутнела не равномерно, а точками — как будто кто-то иглой прошелся. Оказалось, микроскопические брызги шлака создают локальные зоны с разным коэффициентом термического расширения.

Лабораторные испытания тут почти бесполезны. Помню, привезли образцы от немецкого производителя с идеальными спектральными характеристиками. В печи при 800°C — прозрачность 92%, но на реальном объекте уже через 15 минут появились радиальные трещины. Проблема не в температуре, а в термическом ударе когда шлаковая пленка то прилипает к поверхности, то отстает.

Сейчас в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс для таких условий рекомендуют трехслойную структуру: внешний слой с высоким содержанием Al2O3 для стойкости к эрозии, промежуточный с градиентным показателем преломления и внутренний с спецпокрытием против нагара. Но и это не панацея — при толщине больше 8 мм начинаются искажения в ИК-диапазоне 0.8-1.1 мкм.

Как подбирать стекло под разные участки технологической цепочки

На разливке в МНЛЗ ситуация другая — тут главный враг не шлак, а окалина. Мы с коллегами из ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как-то ставили эксперимент с разными типами покрытий. Антипригарное на основе фторполимера держится 2-3 часа, но постепенно 'съедается' потоком частиц окалины. Металлизацию пробовали — отражающая способность хорошая, но при перепадах от 200°C до 800°C адгезия теряется.

Интересный случай был на установке 'печь-ковш'. Там температурный фон ниже (600-700°C), зато химическая агрессивность выше. Фторидные пары от шлакоперерабатывающих добавок за сутки превращали поверхность стекла в матовую. Пришлось разрабатывать композитный материал с добавкой оксида иттрия — дорого, но срок службы вырос с 7 до 45 дней.

Сейчас в арсенале https://www.tengyidianzi.ru есть три основных модификации для разных зон: марка TY-Glass1 для зоны максимальных температур (до 1850°C), TY-Glass2 для средних температур с химической стойкостью, и TY-Glass3 с самоочищающимся покрытием для участков с высоким пылевыделением.

Практические нюансы монтажа и обслуживания

Самая частая ошибка монтажников — перетянуть крепежные винты. Оптическое стекло в системах непрерывного измерения температуры не терпит механических напряжений. Была история на ЭСПЦ-2 когда после замены стекла пирометр показывал на 50°C ниже реального. Долго искали причину — оказалось, неравномерная затяжка фланца создала внутренние напряжения, изменившие оптические свойства.

Очистка — отдельная тема. Никаких абразивов, даже мягких. Разработали специальную пасту на основе диатомита, но и ее можно применять только при температуре стекла не выше 80°C. Иначе микрочастицы въедаются в поверхность.

Система продувки — многие экономят на ней, а зря. Лучше ставить два контура: основной с осушенным воздухом и резервный с азотом. Особенно важно для жидкой стали в зоне разливки — там влажность от охлаждающих роликов создает постоянный туман.

Типичные отказы и как их избежать

Помню случай на новом ККЦ — через неделю работы все защитные стекла покрылись сеткой трещин. Производитель винил термические нагрузки, но при детальном анализе выяснилось: монтажники сняли защитную пленку металлическим скребком, оставили микроцарапины которые стали центрами разрушения.

Еще один коварный дефект — постепенное помутнение по краям. Чаще всего это следствие диффузии ионов натрия из уплотнительных материалов. Сейчас в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс рекомендуют использовать силиконовые уплотнители с барьерным слоем из фольги.

Калибровка — без нее даже идеальное стекло бесполезно. Раз в смену нужно проверять оптический путь эталонным источником. Мы обычно используем черное тело с температурой 1200°C, но для точных замеров в зоне выхода из МНЛЗ лучше 1400°C.

Перспективные разработки и ограничения

Сейчас экспериментируем с сапфировыми стеклами — показатель преломления стабильнее, но стоимость в 4 раза выше. Для критичных участков может быть оправдана, например в системах контроля перегрева в промежуточном ковше.

Интересное направление — 'умные' стекла с датчиками собственной деградации. В ООО Шэньян Тэнъи Электроникс пробуют вживлять оптические волокна с Bragg решетками. Пока сложно с калибровкой, но уже видны изменения спектра пропускания за 10-15 часов до видимого разрушения.

Основное ограничение всех современных решений — невозможность создать универсальное стекло. Для каждого участка технологической цепочки нужен свой компромисс между оптическими, термическими и механическими свойствами. И это нормально — главное правильно подобрать под конкретные условия.