Инфракрасный пирометр для жидкой стали

Вот смотрю на этот термин — и сразу всплывает куча мифов, которые приходится разгребать на каждом новом объекте. Слишком многие до сих пор уверены, что любой ИК-пирометр справится с жидкой сталью, а потом удивляются, почему датчики плавятся или погрешность зашкаливает за 50°C. На деле же тут важен не просто принцип измерения, а понимание физики расплава, особенно когда речь идет о температуре выше 1500°C и постоянных брызгах шлака.

Почему обычные пирометры не подходят для стали

Помню, на одном из мини-заводов попробовали адаптировать стандартный инфракрасный пирометр для контроля в ковше — вроде бы логично, экономия на оборудовании. Но уже через два часа измерений получили расхождение в 80 градусов с эталонным термопарным замером. Оказалось, инфракрасный пирометр не учитывал динамичное изменение коэффициента эмиссии из-за окисной пленки на поверхности металла. Пришлось срочно искать модель с возможностью калибровки под конкретный тип расплава.

Еще один нюанс — тепловые помехи от стенок ковша или футеровки. Если пирометр настроен на общий фон, он начинает 'видеть' не только сталь, но и разогретый до 1200°C периметр. Особенно критично это в зоне выпуска из конвертера, где фоновая засветка может исказить показания на 5–7%. Приходится либо ставить дополнительные экраны, либо использовать двухволновые модели, которые фильтруют паразитное излучение.

Кстати, про двухволновые пирометры — их часто преподносят как панацею, но и тут есть подводные камни. Например, если в поле зрения попадают крупные частицы шлака или пыли, алгоритм коррекции может дать сбой. На практике лучше комбинировать их с системой продувки оптики сжатым воздухом, особенно в условиях цехов с высокой запыленностью.

Кейс с ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс'

Когда мы впервые столкнулись с их разработками, скепсис был — китайское оборудование для такой точной задачи? Но их пирометр для жидкой стали серии TY-ILM оказался с продуманной системой компенсации эмиссии. В описании на сайте https://www.tengyidianzi.ru указано, что они используют адаптивные алгоритмы, подстраивающиеся под изменение состава стали в реальном времени. На тестах в условиях МНЛЗ это дало стабильность ±3°C при переходе с одной марки на другую.

Важно, что ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' не просто продает приборы, а ведет полный цикл — от разработки до сервиса. В их профиле указана специализация на непрерывном измерении температуры, что критично для автоматизации процессов разливки. Мы как-то подключили их систему к управлению скоростью подачи кристаллизатора — удалось снизить вероятность перегрева металла в промежуточном ковше на 18%.

Из минусов — первоначальная настройка требует участия их инженеров. Но это скорее плюс: они не бросают клиента с документацией, а приезжают и на месте калибруют под конкретные условия. Например, помогли нам настроить фильтрацию сигнала при работе рядом с индукционными печами, где электромагнитные помехи сводили с ума предыдущих поставщиков.

Ошибки монтажа и их последствия

Самая частая проблема — установка пирометра под прямым углом к поверхности металла. Кажется очевидным, но в тесных пространствах над разливочным стендом монтажники часто отклоняют его на 10–15 градусов. В результате часть излучения отражается от газовой среды или паров, и температура занижается. Приходится делать выносные кронштейны с юстировкой — дополнительные затраты, но без этого никак.

Еще история с системой охлаждения. Один цех сэкономил на принудительном обдуве, понадеявшись на воздушное охлаждение корпуса. Через три недели пирометр начал 'плыть' — дрейфовать на 2–3°C в час из-за перегрева электроники. Пришлось экстренно ставить водяные рубашки, хотя изначально проект этого не предусматривал. Теперь всегда закладываем запас по теплоотводу, особенно для участков у электропечей.

И да, про окна из сапфира — их нужно менять чаще, чем обещает производитель. На некоторых участках разливки, где идет активное газовыделение из шлака, защитное стекло мутнеет за 2–3 месяца. Если пропустить момент замены, постепенное падение прозрачности приводит к систематической ошибке вплоть до 25°C. Держим теперь запасные комплекты и ведем журнал контроля состояния оптики.

Калибровка в полевых условиях

Заводские настройки — это хорошо, но без привязки к реальному процессу они мало что стоят. Мы обычно делаем серию замеров параллельно с термопарой быстрого погружения, причем в разные моменты плавки — при выпуске, в ковше, перед разливкой. Интересно, что для жидкой стали с высоким содержанием углерода приходится вводить поправочный коэффициент до 0,92 по эмиссии, хотя в теории должно быть ближе к 0,85.

Особенно сложно с легированными марками — там состав поверхности меняется буквально за минуты. Как-то работали с нержавейкой, так пирометр показывал скачки в 40°C из-за образования хромовых окислов. Помогло только переключение на узкополосный режим с длиной волны 0,9 мкм — благо, в современных моделях типа TY-ILM от Тэнъи такая опция есть.

Важный момент — калибровка 'по нулям'. Не все понимают, что даже при выключенном процессе нужно проверять показания на холодном оборудовании. Бывает, электроника дает смещение из-за наводок от мощных двигателей или сварочных аппаратов. Мы теперь раз в смену делаем контрольные замеры на остывшем кристаллизаторе — занимает 5 минут, но спасает от грубых ошибок.

Интеграция с АСУ ТП

Когда пирометр работает в отрыве от системы управления, теряется половина его ценности. Мы настраиваем передачу данных в режиме реального времени с привязкой к номерам плавок. Например, в системе от ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' есть опция архивирования температурных кривых с метками времени — очень помогает при разборе брака.

Сложности начинаются при подключении к устаревшим SCADA — протоколы не всегда совместимы. Приходится ставить промежуточные преобразователи, что добавляет задержку в сигнале. Для непрерывной разливки это критично: запаздывание даже в 2–3 секунды не позволяет оперативно корректировать скорость охлаждения.

Зато когда все настроено, экономический эффект становится заметным сразу. На одном из проектов после интеграции инфракрасный пирометр с системой управления печью удалось сократить расход газа на 7% — просто за счет более точного поддержания температуры в зоне выдержки. Окупаемость оборудования составила меньше года, хотя изначально планировали два.

Что в итоге работает

Сейчас для большинства задач с жидкой сталью мы используем двухволновые пирометры с возможностью программной корректировки эмиссии. Модели от Тэнъи показали себя устойчивыми в условиях вибрации и перепадов влажности — важный момент для цехов, где моют полы под давлением.

Из неочевидных находок — использование пирометров не только для контроля температуры, но и для косвенной оценки состава. Например, при переходе с одной марки на другую характер остывания поверхности меняется, и это видно на графике. Конечно, это не замена химическому анализу, но как оперативный признак очень помогает.

В целом, главный урок — не существует универсального решения. Каждый цех, каждая технологическая цепочка требуют индивидуального подхода к выбору и настройке оборудования. Но с правильно подобранным пирометром для жидкой стали и грамотной интеграцией можно добиться точности, о которой раньше только мечтали.