Защитное оптическое стекло для систем непрерывного измерения температуры жидкой стали заводы

Когда говорят про защитные стекла для замеров в сталелитейных цехах, многие думают — обычный кварц поставил и забыл. А потом удивляются, почему через две плавки датчики встают колом. На деле тут каждая мелочь играет — от состава шлака до угла установки.

Почему стандартные решения не работают

Помню, на Череповце пробовали немецкие стекла — термостойкость заявлена 1800°C, но при контакте с брызгами шлака появлялись микротрещины. Лаборанты сначала грешили на вибрации конвертера, а оказалось — материал не учитывал химическую агрессию марганцевых примесей.

У нас в Тэнъи как-раз делали упор на легирование стекол оксидом иттрия. Недешево, но после 40 циклов непрерывной работы на ММК замена потребовалась только из-за механических повреждений от окалины. Химическая стойкость подтвердилась — это видно по отсутствию побеления кромок.

Кстати, толщину часто перестраховывают. Для большинства конвертерных процессов достаточно 8-10 мм, а ставят 15 — и теряют в точности из-за преломления. Особенно критично для наших инфракрасных систем, где каждый процент прозрачности на счету.

Подводные камни монтажа

Самая глупая ошибка — ставить стекло параллельно потоку металла. Видел на ЭСПЦ-2 как за месяц выгорала оптическая ось — термопары показывали расхождение в 70 градусов с реальностью. Пришлось переделывать весь узел крепления с отклонением на 12 градусов.

Обслуживающий персонал часто не понимает важности purge-системы. Воздушная завеса — не для охлаждения, а для отсечения аэрозолей. Когда на Криворожстали сэкономили на компрессорах, стекла покрывались тончайшей пленкой оксидов цинка за смену.

Сейчас в новых проектах сразу закладываем двойной контур продувки — основной и аварийный. Дороже на 15%, но после инцидента на НЛМК где отказал воздухопровод, экономия на комплектующих выглядит сомнительной.

Кейс с кислородно-конвертерным цехом

В 2021 переоснащали ОЭМК — там особые проблемы с высоким содержанием фосфора в шихте. Стандартные стекла мутнели после 15 плавок. Разрабатывали спецпокрытие с добавлением карбида кремния, но первый образец не выдержал термоударов при подогреве ковша.

Пришлось комбинировать — основу из кварца GGE 220 с напылением от Heraeus. Дорого, но зато за год эксплуатации заменяли только два раза против штатных 12. Технологи говорят, что впервые видят стабильные замеры при продувке аргоном.

Метрологические нюансы

Многие забывают, что стекло — часть оптического тракта. При замене марки приходится перекалибровывать всю систему. Как-то на Запсибе поставили 'аналогичные' стекла от китайского производителя — погрешность выросла до 3,5% вместо допустимых 0,8.

Сейчас в спецификациях ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' четко прописываем коэффициент преломления для каждой партии. Да, это удорожает контроль, но избавляет от сюрпризов при вводе в эксплуатацию.

Кстати, о температурной зависимости показателей — идеальных решений нет. Наш последний разработки для ДП-100 хоть и держат 1600°C, но требуют поправки +0,1% на каждые 100°C. Для конвертерных процессов некритично, а для электропечей уже учитываем в firmware.

Практические наблюдения с металлургических комбинатов

На Магнитке заметили интересный эффект — при скорости съема данных выше 50 Гц стекла с полированной поверхностью дают меньший дрейф показаний. Оказалось, микронеровности рассеивают ИК-излучение при кратковременных скачках температуры.

Для агрегатов внепечной обработки важнее стойкость к восстановительной атмосфере. Тут показали себя хорошо стекла с прослойкой из платиновой фольги — дорого, но на вакууматорах 'Сибэлектростали' работают по 9 месяцев без замены.

Сейчас тестируем гибридное решение — основное стекло + сменные защитные фильтры. Для условий РУП 'БМЗ' где частые переходы на разные марки стали, это снизило эксплуатационные затраты на 40% против монолитных конструкций.

Перспективные материалы и ограничения

Пробовали сапфировые стекла — да, термостойкость феноменальная, но стоимость одного комплекта сопоставима с ценой всего измерительного модуля. Для массового применения нереально, разве что для калибровочных стендов.

Керамические композиты на основе ALON перспективны, но пока не решена проблема с циклическими нагрузками. После 30 резких охлаждений появляется сетка микротрещин — для систем непрерывного измерения неприемлемо.

В ближайшие годы вижу потенциал в умных покрытиях с функцией самодиагностики. В Тэнъи уже испытывают образцы с углеродными нанотрубками — при деградации слоя меняется электропроводность, можно прогнозировать замену.

О чем молчат производители

Никто не пишет про старение материалов. Даже идеальное стекло через год теряет 0,3% прозрачности в рабочем спектре. Для точных замеров в системах типа ArcelorMittal это критично — приходится вносить поправочные коэффициенты в зависимости от наработки.

Еще момент — разнотолщинность. Допуск в 0,05 мм кажется мелочью, но при работе с матричными приемниками это дает разницу в показаниях до 5°C между зонами. Сейчас внедряем лазерную сортировку перед поставкой.

Выводы для практиков

Не существует универсального решения — для каждого типа агрегата нужен свой подбор. Конвертеры, электропечи, установки 'печь-ковш' — везде разные температурные профили и химические воздействия.

Экономия на стеклах ложная — дешевый вариант обойдется частыми остановками для замены и риском потери контроля над процессом. Лучше брать с запасом по характеристикам.

Советую всегда требовать протоколы испытаний именно в условиях, максимально приближенных к вашим производственным. Лабораторные тесты часто не учитывают реальные тепловые удары и химические воздействия.