Зонд для непрерывного радиационного измерения температуры жидкой стали

Если честно, когда слышу про радиационные зонды для жидкой стали, всегда вспоминаю, как лет десять назад на одном из комбинатов пытались внедрить немецкую систему – красивые графики, идеальные кривые, а в реальности плавщики просто игнорировали показания. Потому что скачки в 20-30 градусов при переходе от одного ковша к другому никого не убеждали. Сейчас ситуация изменилась, но до сих пор встречаю заблуждение, что такой зонд – просто термопара подороже. На самом деле это сложный комплекс, где оптическая система, электроника и алгоритмы обработки должны работать как часы.

Принципиальные отличия от контактных методов

В контактных измерениях мы имеем дело с теплопередачей через стенку погружного термокомпенсатора, где всегда есть запаздывание. В радиационном же методе смотрим непосредственно на излучение расплава. Но вот загвоздка – если в конвертере или ковше есть шлаковая корка, показания будут искажены. Приходится учитывать коэффициент черноты, который для жидкой стали колеблется от 0.75 до 0.85 в зависимости от состава и температуры.

На практике мы в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс часто сталкиваемся с ситуацией, когда на старых печах установлены зонды без системы продувки оптического тракта. За месяц работы линза покрывается тонким слоем пыли с электродов – и всё, погрешность растёт на 2-3% в неделю. Приходится объяснять технологам, что это не брак оборудования, а необходимость техобслуживания.

Кстати, про калибровку. Многие забывают, что радиационный зонд требует периодической поверки не по сухому термометру, а по эталонному источнику с известной спектральной плотностью. Мы на своем сайте https://www.tengyidianzi.ru даже выложили методичку по калибровке в полевых условиях – простыми словами, как проверить показания без отправки оборудования на завод.

Типичные ошибки монтажа

Самая болезненная тема – вибрации. Помню случай на ММК, где зонд установили прямо на конструкции кожуха печи. При работе кислородной фурмы показания прыгали как сумасшедшие. Пришлось переделывать крепление с демпфирующими элементами. Вообще, монтажная консоль должна быть независимой от несущих конструкций печи – это кажется очевидным, но на 70% объектов это игнорируют.

Ещё момент – охлаждение. Водяное охлаждение зонда должно быть автономным, а не от общего контура охлаждения печи. При скачках давления в системе зонд может просто перегреться и выйти из строя. Мы в таких случаях рекомендуем устанавливать ресиверы-стабилизаторы.

Электромагнитные помехи – отдельная история. Силовые кабели преобразователей частоты, идущие параллельно сигнальному кабелю зонда, могут создавать наводки до 50 мВ. Это эквивалентно погрешности в 15-20 градусов. Решение простое – экранированные кабели и правильная трассировка, но почему-то об этом часто забывают при проектировании.

Особенности работы с разными марками стали

С низкоуглеродистыми сталями относительно просто – коэффициент черноства стабилен, погрешность редко превышает 0.5%. Но когда переходим к легированным сталям, особенно с высоким содержанием хрома или алюминия, начинаются сюрпризы. Например, при выплавке нержавейки 304L нам приходилось вносить поправку +12°C в программное обеспечение зонда.

Интересный случай был с измерением температуры при производстве трансформаторной стали. Там состав настолько специфичен, что стандартные настройки вообще не работали. Пришлось совместно с технологами цеха разрабатывать индивидуальную градуировочную кривую. Кстати, этот опыт потом лег в основу нашего модуля адаптивных настроек для сложных сплавов.

Важный нюанс – при непрерывной разливке. Там зонд работает в экстремальных условиях – брызги, перепады температур, вибрации механизма вытягивания. Стандартные модели выдерживают не больше полугода. Для таких случаев мы разработали специальное исполнение с усиленной оптикой и дополнительным воздушным завесой.

Практические советы по эксплуатации

Первое – ведение журнала дрейфа показаний. Если зонд начинает постепенно 'уплывать' в одну сторону – это повод проверить оптику. Обычно начинается с конденсата на защитном стекле. Мы рекомендуем раз в смену протирать стекло специальной салфеткой – звучит банально, но на 30% увеличивает стабильность измерений.

Второе – контроль напряжения питания. Кажется мелочью, но при падении напряжения ниже 210В некоторые модели начинают занижать показания. Установите стабилизатор – и проблема исчезнет.

Третье – не экономьте на калибровочных источниках. Дешевые черные тела дают погрешность до 5°C. Лучше использовать сертифицированные эталоны, даже если они дороже. В долгосрочной перспективе это окупается за счет точности температурного контроля.

Перспективы развития технологии

Сейчас активно развивается направление многодиапазонных радиационных зондов. Вместо одного спектрального диапазона используют 2-3, что позволяет компенсировать влияние задымленности и частиц шлака в поле зрения. Мы в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс уже тестируем прототип такого зонда на электропечи НЛМК – предварительные результаты обнадеживают.

Ещё одно интересное направление – совмещение радиационного измерения с лазерным определением уровня шлака. Это позволяет автоматически корректировать показания температуры при всплывании шлаковых включений. Пока это лабораторная разработка, но думаю, через пару лет появится серийное решение.

Лично я считаю, что будущее за гибридными системами – когда данные с радиационного зонда дополняются показаниями беспроводных термопар, установленных в футеровке. Это даст перекрёстную проверку и повысит надежность системы в целом. Кстати, первые такие системы мы уже поставляем на ряд предприятий Урала.

Заключительные мысли

Главное, что понял за годы работы с радиационными зондами – не бывает универсальных решений. Для каждого цеха, для каждой марки стали нужно подбирать настройки индивидуально. Готовые 'коробочные' решения работают лишь в 60% случаев.

Сейчас многие гонятся за точностью в 1-2 градуса, но на практике важнее стабильность показаний. Лучше иметь погрешность 5°C, которая не меняется месяцами, чем скачущие показания с заявленной точностью 1°C.

И последнее – не стоит воспринимать показания зонда как абсолютную истину. Это инструмент, который должен работать в комплексе с опытом плавильщика и данными химического анализа. Только так можно добиться по-настоящему качественного контроля температуры жидкой стали.