Инфракрасное измерение температуры расплавленного металла

Когда речь заходит о контроле температуры в металлургии, многие сразу представляют термопары — классика, проверенная десятилетиями. Но попробуйте измерить ими расплавленный алюминий в кристаллизаторе литейной машины, и через пару часов у вас будет коробка испорченных датчиков и неточные данные из-за химического взаимодействия. Вот тут-то и начинается настоящая работа с инфракрасными методами.

Почему ИК-технологии против термопар

Запомнился случай на алюминиевом заводе под Красноярском — инженеры жаловались, что термопары в расплаве живут не больше смены. При вскрытии печи видел, как быстро керамическая защита разъедается активными оксидами. Инфракрасный пирометр ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' серии TY-IRM тогда спас ситуацию, хотя сначала не верили, что он сможет стабильно работать через задымлённое окошко печи.

Ключевой момент — не просто направить прибор на металл, а понимать инфракрасное измерение температуры как систему. Например, для стали 1500°C и для магния 650°C нужны разные спектральные диапазоны. Ошибка в настройке длины волны даёт погрешность до 15%, что для литья равно браку.

Добавьте сюда дым, пары флюсов, окалину на поверхности расплава — идеальных условий не бывает. Мы в Тэнъи как-то тестировали прототип с автоматической коррекцией прозрачности среды, но отказались — слишком сложно для рядового технолога. Лучше обучать персонал ручной калибровке под конкретный процесс.

Практические сложности калибровки

Калибровка — это не про заводские сертификаты, а про ежесменную проверку по эталонному образцу. На чугунолитейном производстве в Липецке мы месяц вели дневник сравнений: ИК-пирометр против контрольной термопары, погружаемой на 20 секунд. Выяснилось, что при содержании кремния выше 3% нужно вводить поправку +12°C в софт прибора.

Эмисситивность — вечная головная боль. Для алюминиевых сплавов она меняется с 0.25 до 0.45 в зависимости от степени окисления поверхности. Один раз наблюдал, как оператор выставил фиксированные 0.95 (как в инструкции для стали) — система показывала перегрев, хотя металл уже начинал застывать в желобе.

Сейчас в наших системах для ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' используем двойную проверку: автоматический расчёт эмисситивности по градиенту остывания + ручной ввод поправочных коэффициентов для конкретного сплава. Неидеально, но работает надёжнее 'умных' алгоритмов, которые не справляются с резкими выбросами шлака.

Особенности монтажа в промышленных условиях

Самая частая ошибка — установка пирометра прямо напротив смотрового окна без учёта вибраций. На разливочной машине постоянно трясётся, изображение 'плывёт'. Пришлось разрабатывать крепление с амортизаторами — простое решение, но до него дошли только после трёх месяцев ложных срабатываний сигнализации перегрева.

Охлаждение корпуса — отдельная тема. В цехах с температурой под 50°C принудительное воздушное охлаждение забивается пылью за неделю. Перешли на водяные рубашки с замкнутым контуром, хотя это удорожает систему на 30%. Зато на том же магниевом производстве в Соликамске такие пирометры работают уже второй год без замены.

Кабельные трассы — кажется мелочью, пока не столкнёшься с наводками от силовых линий электропечей. Один раз пришлось полностью перекладывать проводку с экранированием, потому что на мониторе температура прыгала синхронно с включением нагревателей.

Реальные кейсы и ошибки

Самая дорогая ошибка — на заводе по производству титановых слитков в Верхней Салде. Поставили ИК-систему без учёта интенсивного свечения расплава в УФ-диапазоне — пирометр постоянно завышал показания на 80-100°C. В результате пережгли партию стоимостью с Mercedes. Теперь всегда тестируем оборудование на аналогичных процессах перед поставкой.

Удачный пример — модернизация системы измерения на машине непрерывного литья заготовки в Череповце. Комбинировали точечный пирометр для контроля температуры в кристаллизаторе и сканирующий для мониторинга поверхности слитка. Технологи смогли оптимизировать скорость разливки, снизили количество трещин на 18%.

Интересный нюанс обнаружили при работе с медными сплавами — их температура плавления ниже, но из-за высокой теплопроводности нужно вдвое чаще проводить калибровку. Пришлось встроить в систему напоминания для оператора с привязкой к наработке.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с многоспектральными системами — они теоретически решают проблему изменения эмисситивности. Но на практике требуют сложной математической обработки, процессор не справляется в реальном времени. Возможно, через пару лет появятся доступные решения.

Ограничение, которое никуда не денется — необходимость прямой видимости. Для закрытых печей или вакуумных установок ИК-методы не подходят. Хотя в Тэнъи пробовали использовать световоды, но пока получается дорого и ненадёжно.

Самое перспективное направление — совмещение ИК-камер с машинным зрением. Не просто измерять температуру, а анализировать распределение тепла по поверхности расплава. Это позволит прогнозировать образование шлаковых корок ещё до начала проблем. Первые тесты на сталеплавильных печах в Магнитогорске показывают точность прогноза до 92%.

Выводы для практиков

Главный урок — не существует универсального решения. Для каждого производства нужен индивидуальный подбор оборудования и методик измерений. Сайт https://www.tengyidianzi.ru — это отправная точка, но дальше требуется совместная работа с технологами.

Инфракрасные системы — не панацея, а инструмент. Как молоток: можно забить гвоздь, а можно разбить стекло. Важно понимать физические основы процесса и ограничения метода. Особенно при работе с цветными металлами и сплавами.

Сейчас в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' сосредоточились на создании гибких систем, где можно быстро менять настройки под изменяющиеся условия производства. Это оказалось важнее, чем погоня за сверхвысокой точностью в идеальных лабораторных условиях.