Комбинированный зонд для непрерывного измерения температуры жидкой стали

Вот если честно, многие до сих пор путают комбинированные зонды с обычными термопарами для разовых замеров. Разница не только в конструкции, но и в самой философии измерений — непрерывность против точечных данных. Наша практика с ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' показала, что ключевое — это синхронизация инфракрасного модуля с контактной частью, иначе в реальных условиях цеха получаются скачки в 20-30°C.

Конструкционные особенности, о которых редко пишут в спецификациях

Когда впервые взял в руки комбинированный зонд от Тэнъи, удивила толщина кварцевой трубки — 4 мм вместо стандартных 3. Сначала подумал, что это перестраховка, но на деле оказалось, что так снижается риск деформации при длительном погружении в агрессивную среду. Кстати, сайт https://www.tengyidianzi.ru упоминает этот нюанс лишь в разделе технической поддержки, хотя для практиков это критично.

Соединение между ИК-сенсором и термопарой — слабое место большинства аналогов. У нас на КМЗ был случай, когда из-за вибрации конвейера в зазоре накапливалась пыль, и через 2 недели непрерывной работы начинался дрейф показаний. Пришлось совместно с инженерами Тэнъи дорабатывать уплотнение — добавили двойной графитовый сальник.

Мало кто учитывает, что длина кабеля между зондом и блоком управления влияет на калибровку. Для линии разливки свыше 25 метров уже нужен усилитель сигнала, иначе инфракрасный канал дает погрешность. В документации ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' есть таблица поправочных коэффициентов, но ее часто игнорируют.

Полевые испытания: что не покажут лабораторные тесты

На 'Северстали' в 2021 году мы тестировали три модификации зондов в условиях реального конвертера. Самое неочевидное — влияние брызг шлака на оптику. Даже при наличии воздушной продувки микрочастицы оседали на линзе через 8-10 часов работы, требовалась остановка на чистку. Пришлось разработать цикличный режим с автоматическими продувками каждые 4 часа.

Температурный гистерезис — отдельная головная боль. При переходе от 1550°C к 1650°C и обратно некоторые модели давали расхождение до 15°C между прямым и обратным ходом. В комбинированном зонде Тэнъи эту проблему частично решили за счет активного охлаждения термопары, но для высокоуглеродистых сталей эффект все равно проявляется.

Запомнился случай на электропечи №3: из-за электромагнитных помех от трансформаторов ИК-модуль периодически сбрасывал настройки. Выяснили, что экранировка кабеля была недостаточной — пришлось заменять на версию с медной оплеткой толщиной 1.2 мм. Теперь этот момент прописан в техзадании при заказе.

Калибровка и обслуживание: практические ловушки

Многие технологи до сих пор калибруют только контактную часть, забывая про инфракрасный канал. А ведь у ИК-сенсора своя кривая отклонений, особенно в районе °C. Мы разработали двухэтапную процедуру: сначала эталонной термопарой в стационарной ванне, затем оптическим пирометром через смотровое окно.

Ресурс зонда сильно зависит от режима продувки защитным газом. Если подавать аргон с расходом менее 5 л/мин, быстро образуются отложения на кварце. Но и свыше 8 л/мин возникает турбулентность, искажающая ИК-показания. Нашли компромисс — 6.5 л/мин с импульсной подачей во время замера.

Замена термоэлектродов в полевых условиях — та еще задача. Конструкция Тэнъи позволяет менять их без демонтажа всего узла, но требуется предварительный прогрев гнезда до 200°C, иначе прикипает. Это не указано в мануале, узнали опытным путем после трех испорченных разъемов.

Интеграция с системами контроля: подводные камни

При подключении к АСУ ТП выяснилось, что протокол Modbus RTU от Тэнъи использует нестандартные регистры для передачи температуры с двух каналов. Пришлось переписывать драйвер в SCADA-системе, чтобы корректно обрабатывать расхождение между ИК и термопарными данными.

Самое сложное — настройка весовых коэффициентов при расчете результирующей температуры. Для разных марок стали приходится подбирать соотношение между контактными и бесконтактными данными. Например, для нержавеек вес ИК-канала ставим 0.7, для конструкционных — 0.5.

Ложные срабатывания аварийных сигналов — бич автоматизации. Датчик давления в системе продувки иногда срабатывал при резких скачках температуры, хотя газ подавался нормально. Добавили задержку в 3 секунды в логике ПЛК — проблема ушла.

Экономика эксплуатации: что считают не все

Срок службы комбинированного зонда в условиях РММ — 4-6 месяцев против 2-3 у обычных термопар. Но главная экономия — в сокращении простоев. Один останов конвертера для замены датчика теряет 20-30 тонн выплавки, тогда как комбинированный вариант позволяет менять элементы поочередно без остановки процесса.

Расходные материалы — отдельная статья. Кварцевые наконечники у Тэнъи служат в 1.8 раза дольше аналогов за счет особой закалки, но требуют специального держателя. Его первоначальная стоимость выше, но за год эксплуатации выходим в плюс.

Энергопотребление — мало кого волнует, пока не посчитаешь. Активное охлаждение термопары тянет 120 Вт/час, что для цеха с десятком зондов дает дополнительные 3000 кВт/месяц. Пришлось ставить отдельные трансформаторы.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с добавлением лазерного корректора для учета запыленности. В теории это должно улучшить точность ИК-канала на 5-7%, но пока стабильность работы оставляет желать лучшего — сказывается вибрация оборудования.

Для вакуумных печей комбинированные зонды пока не подходят — нет надежного решения для отвода тепла от электроники. Пробовали жидкостное охлаждение, но система становится слишком громоздкой.

Интересное направление — совмещение с спектрометрией. В лабораторных условиях удалось одновременно с температурой определять содержание углерода с точностью до 0.02%, но для промышленного внедрения нужно решить проблему скорости обработки данных.

В целом, за комбинированными системами будущее, но идеального решения пока нет. Каждый проект требует адаптации — универсальных решений в сталеплавильном деле не бывает.