Инфракрасный датчик температуры чугунного расплава заводы

Когда речь заходит об инфракрасных датчиках температуры для чугунных расплавов, многие сразу думают о простом принципе работы — измеряешь излучение, получаешь цифры. Но на практике в литейных цехах всё иначе: тут и летучая зола от кокса, и колебания химического состава чугуна, и вечная проблема с оптикой, запотевающей от перепадов температур. Я лет десять работаю с этим оборудованием и до сих пор сталкиваюсь с ситуациями, когда теоретически точный датчик выдаёт погрешность в 30–40°C из-за банальной неучтённой запылённости в зоне измерения.

Почему стандартные решения часто проваливаются в чугунных цехах

Возьмём типичный случай: завод закупает немецкий инфракрасный датчик температуры, сертифицированный для металлургии. Установили у желоба разливочной машины — первые дни всё идеально. Через неделю персонал жалуется на 'прыгающие' показания. Разбор полётов показывает: датчик расположен в 1.5 метрах от потока расплава, но над желобом постоянно висит облако мелкодисперсной графитовой пыли. Система компенсации прозрачности среды не справляется, потому что кальibration рассчитана на стабильные условия, а не на реальный цех с вентиляцией, которая то работает, то нет.

Ещё один нюанс — спектральный диапазон. Для чугуна с высоким содержанием углерода (3.2–3.6%) лучше подходят датчики с узкополосным фильтром около 1.6 мкм, где влияние углекислого газа и паров воды минимально. Но многие заводы экономят и берут универсальные модели 8–14 мкм — потом мучаются с калибровками после каждой плавки.

Запомнился инцидент на одном из уральских предприятий: технолог настаивал на установке датчика прямо над копилем индукционной печи. Через двое суток оптическое окно покрылось тончайшим налётом силикатов — пришлось срочно разрабатывать систему продувки аргоном. Такие мелочи в спецификациях часто не пишут, узнаёшь только на месте.

Как выбрать датчик для конкретных условий плавки

Советую всегда начинать с анализа трёх параметров: расстояние до расплава, состав атмосферы в зоне измерения и требуемая частота опроса. Для чугунного расплава с температурой 1350–1500°C оптимальны пирометры с защитным термочехлом, выдерживающие кратковременный нагрев до 200°C. Если датчик стоит ближе 0.8 метра — без водяного охлаждения не обойтись, но тут появляется риск конденсата на линзе.

Кстати, про охлаждение. На заводых с перепадами напряжения часто выходят из строя полупроводниковые элементы систем термостабилизации. Приходится ставить дополнительные стабилизаторы — казалось бы, очевидно, но в 70% случаев проектировщики этого не учитывают.

Особняком стоят измерения в миксерных ковшах. Там главная проблема — быстрое окисление поверхности расплава. Инфракрасный датчик показывает температуру оксидной плёнки, которая может быть на 50–80°C холоднее основной массы металла. Решение — измерение в момент слива или специальные алгоритмы усреднения, но их нужно адаптировать под каждый тип чугуна.

Опыт внедрения на предприятиях-партнёрах

В прошлом году мы поставляли оборудование для заводы в Липецке — модернизировали систему контроля температуры в вагранках. Ставили датчики с возможностью подключения к системе АСУ ТП через Profibus. Интересный момент: местные технологи сначала сопротивлялись, говорили 'и так визуально определяем'. После внедрения выяснилось, что ручные замеры термопарами давали систематическое занижение температуры на 60–70°C — из-за этого перерасход кокса был около 4%.

Ещё пример — ООО Шэньян Тэнъи Электроникс (https://www.tengyidianzi.ru) как раз предлагает решения для таких случаев. Их пирометры серии TY-TR с функцией компенсации эмиссионной способности хорошо показали себя при работе с ковшевыми установками. Кстати, на их сайте есть технические заметки по калибровке для разных марок чугуна — полезный материал, хотя некоторые нюансы всё равно требуют доработки на месте.

Запомнился курьёзный случай: на одном предприятии датчик стабильно показывал скачки температуры каждые 12 минут. Оказалось, вибрация от компрессора соседнего цеха совпадала с резонансной частотой крепления. Пришлось разрабатывать демпфирующую подвеску — таких моментов в паспортах оборудования точно не найдёшь.

Типичные ошибки монтажа и эксплуатации

Самая распространённая — установка без учёта 'мёртвых зон' в цехе. Например, когда между датчиком и расплавом периодически проходит кран-балка или тележка с шихтой. Система фиксирует резкое падение температуры и либо выдаёт ошибку, либо переходит на усреднённые показания. Решение простое — ставить два датчика в разных точках с перекрёстной проверкой данных.

Чистка оптики — отдельная головная боль. Некоторые цеха используют сжатый воздух от общезаводской сети — а там часто есть следы масла из компрессоров. Образуется плёнка, которая не видна глазу, но серьёзно искажает измерения. Приходится объяснять, что нужно использовать только очищенный азот или специальные салфетки.

Ещё забывают про калибровку по эталонному излучателю. В идеале — раз в квартал, но на практике хорошо если раз в год. Особенно критично для чугунного расплава с переменным содержанием марганца — при 2% Mn эмиссионная способность меняется на 3–4%.

Перспективы и что реально работает сегодня

Сейчас многие говорят про нейросети для прогнозирования температуры — мол, можно по косвенным признакам определять перегрев. Пробовали на экспериментальной установке: учили алгоритм на данных от термопар, оптических пирометров и даже видеокамеры (цвет расплава). Результат — плюс-минус 15°C к точности, но для ответственных отливок всё равно недостаточно.

А вот что действительно даёт эффект — комбинированные системы. Например, инфракрасный датчик температуры + радиационный термометр контактного типа в защитной гильзе. Первый работает в штатном режиме, второй опускается в расплав на 10–15 секунд для периодической поверки. Дорого, но для непрерывных производств типа машиностроительных заводыов оправдано.

Из новинок присматриваюсь к волоконно-оптическим пирометрам — у них меньше проблем с запылённостью. Но пока что стоимость слишком высока для массового внедрения в чугунолитейном производстве. Хотя ООО Шэньян Тэнъи Электроникс в своих обзорах уже упоминает такие разработки — интересно посмотреть, как они покажут себя в промышленной эксплуатации.

Выводы, которые стоило бы запомнить каждому инженеру

Главное — не существует универсального инфракрасного датчика температуры для всех случаев. Даже в пределах одного цеха для вагранки и разливочного желоба нужны разные настройки. Всегда требуйте от поставщика тестовые испытания именно на вашем расплаве — лабораторные сертификаты часто не отражают реальных условий.

Персонал — отдельная тема. Лучше потратить день на обучение оператора, чем потом разбираться с последствиями некорректных показаний. Особенно важно объяснить, что такое коэффициент черноты и почему его нельзя выставлять 'на глаз' даже для знакомого чугуна.

И последнее: современные системы — это не просто измерительный прибор, а элемент технологической цепи. Данные с инфракрасных датчиков должны интегрироваться в систему управления плавкой, иначе теряется половина их потенциала. На тех предприятиях, где это поняли, экономия на энергоносителях достигает 7–8% только за счёт точного контроля температурного режима.