Ик-зонд для измерения температуры жидкой стали заводы

Когда речь заходит об измерении температуры жидкой стали, многие сразу думают о классических термопарах, но на деле ИК-зонды уже лет десять как перестали быть экзотикой — правда, до сих пор встречаются цеха, где к ним относятся с подозрением, будто это ?ненадёжная электроника?. Лично я лет семь назад сам скептически смотрел на эти устройства, пока не пришлось столкнуться с ситуацией, где термопара в конвертере просто не выдерживала частых погружений. Тогда и начал разбираться, почему измерения температуры через инфракрасный канал иногда дают погрешность в 2–3 градуса, но при этом не требуют остановки плавки.

Почему ИК-технологии прижились именно в сталелитейке

Если брать наш опыт внедрения на одном из уральских заводов, то ключевым оказался не столько сам принцип инфракрасного излучения, сколько возможность избежать контакта с агрессивной средой. Жидкая сталь — это не просто расплавленный металл, это постоянные брызги, шлаковые включения, да и сама температура под 1600°C. Обычная термопара в кварцевом чехле служит от силы 10–15 замеров, потом либо чехол трескается, либо сигнал ?плывёт?. А вот ИК-зонд, если его правильно установить за смотровым окном, может работать месяцами без замены. Конечно, при условии, что оптику не забивает пыль.

Но тут есть нюанс, о котором редко пишут в спецификациях: ИК-датчик не измеряет температуру ?в глубине? ванны. Он снимает данные с поверхности, а значит, любые колебания, плёнки шлака или неравномерный нагрев могут исказить показания. Мы как-то раз получили разброс в 8 градусов между двумя замерами с разницей в минуту — оказалось, проблема была в том, что оператор не учёл направление потоков в ковше. Пришлось дополнительно ставить систему продувки аргоном, чтобы выровнять температурное поле перед замером.

И ещё про калибровку. Многие думают, что раз это оптика, то можно просто направить и работать. На деле калибровать ИК-зонд для жидкой стали нужно по эталонному пирометру или даже через образец с известной температурой, и делать это регулярно — хотя бы раз в смену. Особенно если в цехе высокая запылённость или есть вибрации от оборудования. Мы как-то сэкономили на сервисном обслуживании, и через месяц ушли в минус из-за брака в партии стали — датчик ?врал? на 12 градусов, а заметили только когда начали анализировать пробы.

Как выбирать оборудование: не только точность, но и выживаемость

Когда мы впервые закупали ИК-зонды для конвертерного цеха, то ошиблись с выбором модели — взяли те, что позиционировались как ?высокоточные?, но без защиты от тепловых ударов. В итоге после 20 плавок линза покрылась микротрещинами от перепадов температуры, и пришлось срочно искать замену. Сейчас смотрим не только на паспортную точность (±1–2°C), но и на конструкцию: обязательна водяное охлаждение корпуса, сапфировое окно и возможность быстрой замены оптического модуля без демонтажа всей системы.

Кстати, про водяное охлаждение. На одном из заводов в Челябинске мы столкнулись с тем, что местные техники подключали зонд к общей системе охлаждения прокатного стана — вода там была с примесями, и через полгода каналы забились. Пришлось ставить отдельный чиллер с фильтром. Это к вопросу о том, что даже самая надежная техника может отказать из-за мелочей, о которых в паспорте не пишут.

Из производителей, которые реально работают в условиях СНГ, могу отметить ООО Шэньян Тэнъи Электроникс — их зонды серии TY-IR7 мы тестировали в прошлом году на разливке. Конкретно модель TY-IR7-W с водяным охлаждением и встроенной системой продувки показала себя устойчивее европейских аналогов в условиях высокой запылённости. Не идеал, конечно — например, длина кабеля фиксированная, что не всегда удобно при перепланировке цеха, но по точности и стабильности нареканий не было. Кстати, их сайт tengyidianzi.ru полезно посмотреть тем, кто хочет разобраться в тонкостях настройки — там есть технические заметки по монтажу, которые явно писались с опытом реальных инсталляций.

Ошибки монтажа, которые сведут на нет всю точность

Самая частая проблема — неправильный угол установки. Если ИК-зонд направить не перпендикулярно поверхности металла, а под углом, то часть излучения будет рассеиваться, и температура окажется заниженной. Мы как-то видели случай, когда монтажники закрепили датчик с отклонением в 10 градусов — в результате показания отличались на 15–20°C от реальных. Пришлось переделывать крепление и добавлять лазерный указатель для юстировки.

Вторая ошибка — игнорирование фоновых засветок. В цехе могут быть другие источники ИК-излучения: раскаленные слитки, печи, даже горячие газовые факелы. Если в поле зрения датчика попадают такие объекты, то погрешность неизбежна. Мы обычно ставим дополнительные экраны или выбираем позицию, где фон максимально ?холодный?. Иногда помогает смена спектрального диапазона — например, переход с 0.8 на 1.0 мкм, но это уже зависит от модели зонда.

И третье — забывают про вибрации. На мощных установках, типа дуговых печей, вибрация может сдвигать наводку, и тогда замеры становятся бесполезными. Решение простое, но часто упускаемое: амортизирующие прокладки в креплении и жесткая фиксация кабеля. Кстати, у ООО Шэньян Тэнъи Электроникс в инструкциях к своим зондам это прямо прописано — видно, что люди сами сталкивались с подобными ситуациями.

Практические кейсы: где ИК-зонды спасают, а где бесполезны

На участке непрерывной разливки замер температуры в промежуточном ковше — это классика для ИК-зондов. Термопара там просто не успевает за скоростью процесса, а вот инфракрасный датчик с частотой опроса 10–15 Гц легко отслеживает динамику. Мы как-то настроили систему так, что данные с зонда шли прямо в блок управления МНЛЗ, и это позволило автоматически корректировать скорость вытягивания слитка — брак по трещинам снизился почти на 4%.

А вот в электропечах с кипящим слоем ИК-технология показала себя хуже. Там слишком много пыли и пара, которые экранируют излучение. Пытались ставить зонды с принудительной продувкой, но даже это не всегда помогало — через 2–3 часа оптику всё равно заносило. В таких условиях проще использовать комбинированную систему: ИК-датчик плюс периодические замеры термопарой для контроля.

Ещё один интересный случай был в цехе обработки стали в ковше. Там нужно было контролировать температуру во время продувки аргоном — обычные методы не работали из-за активного перемешивания. Поставили ИК-зонд с функцией усреднения показаний по площади, и это дало стабильные результаты. Правда, пришлось повозиться с настройкой алгоритма усреднения — сначала датчик выдавал ?рваные? данные из-за всплесков температуры в зонах газовых пузырей.

Что в перспективе: куда движется технология

Судя по последним разработкам, вроде тех, что показывают на выставках, будущее за многодиапазонными ИК-зондами, которые могут одновременно измерять в нескольких спектральных диапазонах. Это позволяет компенсировать погрешности от дыма или паров. Мы тестировали прототип такого датчика от ООО Шэньян Тэнъи Электроникс — модель TY-IR9 — и он действительно лучше справлялся в условиях интенсивного газовыделения. Правда, цена пока кусается, и для массового внедрения нужно ждать, пока технология подешевеет.

Ещё одно направление — интеграция с системами предиктивной аналитики. Например, когда ИК-зонд не просто измеряет температуру, а по динамике её изменения прогнозирует износ футеровки печи. Мы пробовали подобное на одной из печей — пока рано говорить о надёжности, но первые результаты обнадёживают: удалось предсказать необходимость ремонта за 2 недели до критического износа.

И конечно, беспроводные решения. Пока они мало распространены в сталелитейке из-за сложных электромагнитных помех, но эксперименты ведутся. Думаю, через 5–7 лет появятся системы, где данные с ИК-зондов будут передаваться по защищённому радиоканалу, что упростит монтаж и обслуживание. Главное, чтобы разработчики не забывали о реальных условиях цехов — не все инновации приживаются в среде, где температура, вибрация и агрессивные среды являются нормой.