ИК-зонд для измерения температуры жидкой стали

Если брать наш ИК-зонд для жидкой стали, многие думают — воткнул и всё. На деле же даже банальный выбор длины волны под конкретную марку стали может съесть половину точности. У нас в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' как-то раз поставили зонд на разливку без поправки на шлаковую пленку — получили расхождение в 40°C с контрольной термопарой. Пришлось пересчитывать алгоритм компенсации излучения через спектральный анализ.

Конструкционные просчеты

Вот смотрите — корпус зонда из жаростойкой нержавейки кажется логичным, но при контакте с брызгами металла появляется микротрещиноватость. Мы в 2021 году на МНЛЗ в Череповце заменили три блока из-за деформации защитного окна. Пришлось переходить на керамические сополимеры с принудительным воздушным охлаждением, хотя изначально проект казался избыточным по стоимости.

Сильнее всего убивает конденсат на оптике при резком перепаде. Даже с системой продувки азотом бывают слепые зоны — особенно когда зонд ставят ближе 2 метров от лотка. Наш техник как-то раз забыл сменить фильтр-осушитель, так за смену накопилась влага и мы сутки теряли данные по плавке 356.

Сейчас пробуем комбинированный вариант — основной ИК-датчик + резервный пирометр коротковолнового диапазона. Не идеально, но хотя бы видишь расхождение и понимаешь где искать проблему. Кстати, прошивку для такой связки как раз дорабатывали на основе наработок с сайта https://www.tengyidianzi.ru — там есть спецификации по температурным порогам для разных сталей.

Калибровочные кошмары

Забавно, но некоторые производства до сих пор калибруют ИК-зонды по эталонному пирометру, который сам не поверен лет пять. Видел как на одном из уральских заводов пытались выставить зонд по показаниям оптического пирометра с погрешностью ±25°C — естественно, вся статистика по теплотехническим режимам пошла насмарку.

Мы в Тэнъи Электроникс стали внедрять мобильные поверочные печи с черным телом прямо на производстве. Недешево, но зато отклонение не превышает 3-5°C даже при 1650°C. Главное — не забывать контролировать чистоту излучателя, иначе нагар дает погрешность в сторону завышения температуры.

Самое сложное — калибровка для низкоуглеродистых сталей. Там и излучательная способность плавает, и поверхность быстро окисляется. Приходится вводить поправочные коэффициенты для каждого состава шихты — это мы на основе многолетнего опыта непрерывного измерения температуры как раз и отработали.

Полевые эксперименты

Помню, в 2019 году пробовали ставить ИК-зонд прямо на стенке ковша — идея была в мониторинге темпертуры во время продувки аргоном. Получили интересный эффект: при сильной турбулентности зонд фиксировал кратковременные проседания температуры до 50°C, хотя по логике должно быть наоборот. Потом разобрались — это каверны в шлаке открывали более холодные слои металла.

Сейчас такой метод не используем — очень уж нестабильные показания. Зато перенесли эту разработку на систему мониторинга температуры в промежуточном ковше — там как раз важна фиксация резких скачков.

Кстати, о промежуточных ковшах — там своя беда с колебаниями уровня металла. Стандартные зонды часто теряют фокус, поэтому мы доработали систему автоподстройки с ультразвуковым датчиком расстояния. Не без косяков, конечно — первые прототипы сбоили от вибрации, но в целом рабочая схема.

Мифы о надежности

Часто слышу, что современные ИК-зонды работают годами без обслуживания. На практике — максимум 6-8 месяцев в условиях конвертерного цеха. Серьезно снижает ресурс не столько температура, сколько постоянные термические удары и агрессивная пыль.

У нас был случай на электропечи — зонд проработал 11 месяцев, но потом начал врать на высоких температурах. При вскрытии обнаружили микротрещины в световоде — видимо, накопительная усталость материала. Теперь рекомендуем плановую диагностику каждые 4000 часов работы.

Еще один момент — якобы универсальность. Один и тот же зонд плохо работает и в дуговой печи, и на машине непрерывного литья заготовок. Для МНЛЗ мы специально разрабатывали модель с повышенной скоростью отклика — там важна фиксация изменений в реальном времени, а не усредненные показатели.

Перспективы и тупики

Сейчас много говорят про беспроводные ИК-зонды — пробовали, конечно. Но на металлургическом производстве слишком сильные электромагнитные помехи. Реальный радиус стабильной работы — не более 15 метров, а этого часто недостаточно.

Более перспективным видится направление спектрального анализа состава шлака через тот же ИК-канал. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' уже тестируем прототип, который по спектральным линиям определяет основные оксиды. Пока точность оставляет желать лучшего, но для оперативного контроля уже применимо.

Самый неочевидный прорыв — интеграция данных ИК-зондов в систему управления тепловыми режимами печи. Когда зонд не просто показывает температуру, а автоматически корректирует подачу газа и кислорода — вот где реальная экономия. Правда, для этого нужна серьезная доработка ПО — стандартные SCADA-системы с такой задачей плохо справляются.

В итоге возвращаемся к простой истине: ИК-зонд — не панацея, а инструмент. И как любой инструмент требует понимания физики процесса и границ применимости. Технологии непрерывного измерения температуры развиваются, но базовые принципы остаются — нужно учитывать и состав стали, и условия измерения, и даже такие мелочи как запыленность цеха. Главное — не гнаться за модными 'умными' системами, а подбирать решение под конкретную технологическую задачу.