Измерение температуры высокотемпературного металлического расплава

Когда речь заходит об измерении температуры высокотемпературных металлических расплавов, многие сразу представляют себе термопары в керамических чехлах. Но на практике всё сложнее — особенно когда сталкиваешься с агрессивными средами вроде алюминиевых или медных сплавов. Лично видел, как стандартные методы дают погрешность до 50°C из-за банального шлакового покрытия на датчике.

Проблемы контактных методов

Вспоминаю случай на одном из уральских заводов — пытались контролировать температуру чугуна в ковше обычной термопарой. Через три замера погружной наконечник просто растворялся в расплаве. Пришлось экстренно менять всю систему, а это простой плавильной линии на 6 часов.

Керамические защитные колпачки иногда помогают, но при температурах выше 1500°C начинается интересное: термическое расширение искажает показания, плюс сам материал колпачки постепенно растворяется в расплаве. Как-то раз наблюдал, как замер с колпачкой из оксида циркония дал на 80°C меньше реальной температуры — потом выяснилось, что образовался промежуточный сплавный слой.

Самое неприятное — когда видишь стабильные показания на приборе, а по факту металл уже перегрет. Как-то в 2018 году из-за такого случая пришлось переплавлять целую партию нержавейки — кристаллизация пошла неправильно из-за неточного контроля температуры.

Инфракрасные методы — не панацея

Переход на пирометры казался логичным решением, но сразу столкнулся с проблемой дымки над ванной. На алюминиевом производстве особенно заметно — пары флюсов создают такое поглощение, что можно легко ошибиться на 100-150°C. Приходилось экспериментировать с спектральными диапазонами.

Интересный момент с эмиссионной способностью — у того же жидкого алюминия она меняется в зависимости от степени окисления поверхности. Помню, как настраивали систему для ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' — специально подбирали рабочий диапазон 1.6 мкм, где влияние оксидной плёнки минимально.

Кстати, их разработки в области непрерывного инфракрасного контроля — это действительно шаг вперёд. Но и там есть нюансы: например, когда приходится мониторить температуру в зоне разливки, где постоянно меняется уровень металла. Приходится комбинировать несколько методов измерения.

Практические кейсы и решения

На магниевом производстве вообще отдельная история — там и дымность высокая, и температура меняется стремительно. Как-то пробовали ставить стационарный инфракрасный датчик над тиглем, но из-за вибрации от механизма перемещения показания прыгали на 40°C. Пришлось разрабатывать систему динамической компенсации.

С медными сплавами работали на одном из заводов в Казахстане — там проблема была в том, что разные компоненты сплава имеют разную температуру плавления. Инфракрасный пирометр показывал усреднённое значение, а по факту часть компонентов уже перегревалась. Решили через ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' настроить многодиапазонную систему контроля.

Самое сложное — это, пожалуй, измерение температуры при рафинировании. Когда идёт продувка газами, поверхность расплава постоянно бурлит, эмиссионная способность меняется каждую секунду. Тут только непрерывное измерение с высокой частотой обновления помогает — как раз то, что сейчас предлагают на tengyidianzi.ru в разделе промышленных решений.

Технические нюансы калибровки

Многие забывают, что инфракрасные системы нужно перекалибровывать под каждый конкретный тип расплава. Как-то пришлось неделю возиться с настройкой для измерения температуры цинкового сплава — оказалось, что стандартная калибровка для стали даёт погрешность около 12%.

Интересный момент с окнами наблюдения — кварцевые стёкла постепенно мутнеют от брызг, приходится постоянно чистить или менять. На одном из заводов поставили систему с автоматической продувкой окна инертным газом — помогло, но добавило сложности в эксплуатации.

Сейчас вот тестируем новую разработку — комбинированный датчик, который использует и инфракрасное измерение, и контактный метод для периодической калибровки. Пока результаты обнадёживающие, но стоимость системы всё ещё высока для массового внедрения.

Перспективы развития технологии

Если говорить о будущем, то наиболее перспективным вижу развитие волоконно-оптических методов. Уже есть экспериментальные установки, где световод опускается непосредственно в расплав — но пока срок службы таких систем оставляет желать лучшего.

Мультиспектральный анализ — это то, что действительно может изменить отрасль. Когда не просто измеряешь температуру, а анализируешь весь спектр излучения, можно одновременно контролировать и химический состав. На сайте https://www.tengyidianzi.ru видел подобные разработки — жду, когда они дойдут до серийного производства.

Лично для меня главный прорыв последних лет — это системы машинного обучения для компенсации погрешностей. Когда алгоритм учится учитывать и задымлённость, и изменение состава расплава, и степень окисления поверхности. Но пока это всё в стадии опытных образцов.

В итоге скажу так: идеального метода нет и вряд ли появится. Каждый производственный процесс требует индивидуального подхода к измерению температуры высокотемпературного металлического расплава. Главное — не цепляться за один метод, а уметь комбинировать разные подходы, постоянно сверяя их показания между собой.