Измерение температуры в сталеплавильном производстве

Когда речь заходит о измерении температуры в цехе, многие сразу представляют себе классические термопары — но в реальности всё сложнее, особенно если говорить о расплавленной стали. Часто сталкиваюсь с тем, что инженеры недооценивают влияние запылённости и пара на точность замеров, а ведь именно эти факторы могут снизить эффективность всей плавки.

Проблемы контактных методов

Раньше мы активно использовали термопары типа S, но в условиях открытой дуговой печи их хватало максимум на 15-20 плавок. Постоянное погружение в агрессивную среду приводило к разрушению кварцевых чехлов, а замена выливалась в серьёзные суммы. Помню, как в 2018 году из-за отказа термопары в третьей плавке перегрели сталь на 40°C — пришлось потом добавлять лом для корректировки, что удлинило процесс на полчаса.

Ещё одна тонкость — инерционность измерений. Когда нужно оперативно определить момент раскисления, даже секунды играют роль. Термопара выдаёт данные с задержкой до 10 секунд, за это время состав может уже измениться. Особенно критично при работе с низкоуглеродистыми марками, где температурный диапазон кристаллизации очень узкий.

Пытались использовать быстросъёмные зонды — точность улучшилась, но стоимость эксплуатации возросла вдвое. К тому же операторы часто забывали калибровать устройства после замены, что приводило к расхождениям в 20-30°C между показаниями на разных сменах.

Переход на бесконтактные технологии

С 2020 года начали тестировать пирометры, и здесь открылась масса нюансов. Оказалось, что обычные модели не справляются с измерением через завесу шлака — приходилось ждать момента сгорания вспомогательных материалов. Как-то раз пропустили момент перегрева из-за того, что оператор не учёл коэффициент излучения шлака, принял 1520°C за 1480°C.

Сейчас работаем с оборудованием от ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' — их пирометры серии TY-RSC специально разработаны для сталеплавильного производства. Главное преимущество — встроенная компенсация помех от паров и пыли. Хотя и здесь есть свои сложности: при сильной запылённости всё равно требуется ручная корректировка настроек.

На их сайте https://www.tengyidianzi.ru подробно описаны случаи применения в условиях кислородно-конвертерного цеха — мы как раз по их рекомендациям настроили систему непрерывного мониторинга в желобе ковша. Интересно, что они предлагают калибровку под конкретные марки стали, что решает проблему переменного коэффициента излучения.

Особенности работы с разными агрегатами

В дуговой печи проще — там относительно стабильная среда. А вот в ковшевом пече-ковше сложнее: постоянное движение металла создаёт волны, которые искажают показания. Приходится устанавливать несколько датчиков по периметру и выводить среднее значение. Иногда расхождения достигают 15°C между разными точками замера.

При внепечной обработке вакуумированием вообще отдельная история. Первое время думали, что в вакуумной камере измерения будут точнее — ан нет, конденсация паров на окнах датчиков сводила все преимущества на нет. Пришлось разрабатывать систему продувки аргоном, что добавило сложностей в эксплуатации.

Сейчас пробуем комбинированный подход: инфракрасный пирометр + периодическая проверка погружным зондом. Так получаем и оперативные данные, и контроль точности. Кстати, ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' как раз предлагает такие комплексные решения — их технология непрерывного измерения температуры с коррекцией в реальном времени показала себя лучше аналогов.

Ошибки монтажа и их последствия

Самая распространённая ошибка — установка датчиков под прямым углом к поверхности металла. В теории это даёт максимальную точность, но на практике приводит к быстрому загрязнению оптики брызгами шлака. Сейчас монтируем под углом 75-80 градусов — и чистить приходится реже, и погрешность не превышает 2-3%.

Забывают про тепловые экраны — без них корпус датчика нагревается до 100-120°C, хотя производитель рекомендует не выше 80°C. Из-за этого сенсоры начинают 'врать' уже через месяц работы. Пришлось разрабатывать собственные системы охлаждения на основе термоэлектрических модулей.

Ещё важный момент — вибрация. На участке разливки постоянная вибрация от механизмов приводит к расфокусировке оптики. Решили проблемой только после установки демпфирующих креплений — советую обратить на это внимание при проектировании измерительных систем.

Перспективы развития методов контроля

Сейчас тестируем систему с двумя разными длинами волн — это должно решить проблему измерения через шлаковую корку. Пока результаты нестабильные: при толщине шлака до 5 мм погрешность в пределах 10°C, но при большей толщине уже требуется калибровка по эталонному образцу.

Интересное направление — совмещение данных температурного контроля с химическим анализом. Если синхронизировать показания пирометра с данными спектрометра, можно точнее определять моменты корректировки состава. ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' как раз анонсировали подобную разработку в своём профиле — научно-техническое предприятие специализируется на таких комплексных решениях для металлургии.

Лично считаю, что будущее за распределёнными системами измерений, когда несколько датчиков в разных точках агрегата передают данные в единый центр обработки. Это позволит строить температурные карты всего объёма металла, а не just точечные замеры. Пока такая система дорогая, но для ответственных марок стали уже оправдывает себя.

Практические рекомендации

Для большинства цехов достаточно двухконтурной системы: основной пирометр + резервный термопара для верификации. Главное — не экономить на системе продувки оптики. Лучше потратиться на качественную подачу осушенного воздуха, чем каждую смену останавливать измерения для чистки.

Обязательно вести журнал калибровок с привязкой к марке стали — мы сначала пренебрегали этим, пока не обнаружили систематическую погрешность при переходе на другую марку. Теперь перед каждой плавкой проверяем настройки по эталонному излучателю.

Сотрудничество с ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' показало важность правильного выбора места установки — их инженеры помогли оптимизировать расположение датчиков в нашем конвертерном цехе. Результат — снижение погрешности измерений с 3% до 1.2% при работе с высоколегированными сталями.