Оптоволоконный зонд для измерения температуры жидкой стали заводы

Когда речь заходит о непрерывном контроле температуры в сталелитейных цехах, многие сразу представляют себе классические термопары в кварцевых чехлах. Но на деле эти решения в агрессивной среде жидкой стали живут считанные минуты. Вот где проявляется ценность оптоволоконных зондов — технология, которую мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' отрабатывали через серию проб и ошибок.

Почему обычные методы не работают

Помню, как на одном из уральских заводов пытались использовать модифицированные термопары с двойной защитой. Результат — максимум три-четыре погружения, после чего либо корпус плавился, либо сигнал 'плыл'. Особенно критично это в условиях конвертерного производства, где перепад температур достигает сотен градусов за секунды.

Инфракрасные пирометры — казалось бы, логичная альтернатива. Но пар, пыль, колебания уровня шлака создают такие помехи, что погрешность достигает 50-70°C. Для технологических процессов, где требуется точность ±3-5°C, это неприемлемо.

Именно здесь начинается область применения волоконно-оптических решений. Хотя и у них есть свои нюансы — например, зависимость от чистоты оптического тракта.

Конструкционные особенности зондов

Наша компания изначально делала ставку на моноблочные конструкции с сапфировыми наконечниками. Опыт показал — это ошибка. При тепловом ударе коэффициент расширения разных материалов 'рвет' соединения. Перешли на композитные узлы с графитовыми переходниками.

Длина погружаемой части — отдельная история. На ММК при испытаниях выяснилось: стандартные 1.2 метра недостаточны для ковшей большой емкости. Пришлось разрабатывать модульную систему с возможностью наращивания до 2.5 метров. Кстати, это решение теперь используется на трех российских заводах.

Сильнее всего изнашивается не сам зонд, а разъемные соединения. При температуре окружающего воздуха в цехе под 60°C даже специализированные керамические разъемы теряют герметичность после 20-30 циклов.

Проблемы калибровки в полевых условиях

Самое сложное — не измерения, а поддержание точности между плавками. Мы в Tengyidianzi разработали мобильные калибровочные станции, но и они требуют регулярной поверки. Особенно после транспортировки по цеху с вибрациями.

Запомнился случай на ЭСПЦ Череповца: после замены лазерного модуля появилась систематическая погрешность в +12°C. Оказалось — микротрещина в волокне на участке всего 3 мм. Выявили только при помощи оптического рефлектометра.

Сейчас рекомендуем заводам проводить контрольную калибровку после каждых 15-20 измерений. Да, это увеличивает время подготовки, но снижает риск брака на разливке.

Эксплуатационные ограничения

Многие недооценивают влияние электромагнитных помех. Вблизи печей индукционного типа даже экранированные кабели дают наводки. Пришлось внедрять систему цифровой фильтрации с адаптивными алгоритмами.

Срок службы сильно зависит от способа погружения. Если оператор 'бросает' зонд в металл — ресурс снижается на 40-50%. Правильная методика — плавное погружение под углом 15-20 градусов. Но этому нужно обучать персонал, что не всегда просто.

Текущая версия наших оптоволоконных зондов выдерживает до 80 циклов при температуре до 1850°C. Но это в идеальных условиях. На практике — 50-60 погружений, после чего требуется замена защитных элементов.

Экономическая составляющая

Первоначальные вложения значительны — комплект оборудования для одного поста измерения стоит как два-три традиционных пирометра. Но при грамотной эксплуатации окупаемость достигается за 8-10 месяцев за счет снижения брака и экономии на расходниках.

На НЛМК подсчитали: переход на нашу систему контроля температуры дал экономию 2.1 рубля на тонне стали. Кажется мелочью, но при объемах производства — миллионы в год.

Сейчас разрабатываем арендную модель с обслуживанием — для небольших цехов, где покупка полного комплекта нерентабельна.

Перспективы развития технологии

Следующий шаг — интеграция с системами АСУ ТП. Уже тестируем протоколы передачи данных непосредственно в систему управления плавкой. Это позволит корректировать процесс в реальном времени, а не постфактум.

Интересное направление — многоточечные измерения. Пока что один зонд дает контроль только в одной зоне. Но в больших ковшах температурный градиент достигает 100-150°C между разными уровнями.

Основное ограничение — физика процесса. Волоконная оптика не может 'видеть' через шлаковую корку, поэтому момент погружения критически важен. Возможно, следующий прорыв будет связан с комбинированными методами измерений.

Практические рекомендации

Для российских заводов советую начинать с пилотных испытаний на одном технологическом потоке. Лучше выбрать участок с наиболее стабильными процессами — так проще оценить реальную эффективность.

Обязательный пункт — обучение операторов. Даже лучшая техника не работает без грамотного обслуживания. Мы проводим двухдневные практикумы непосредственно в цехах.

По опыту: наибольший эффект оптоволоконные зонды дают в сочетании с системами мониторинга состояния. Когда можно прогнозировать необходимость замены компонентов, а не работать 'до отказа'.

В целом технология доказала свою состоятельность, хотя и требует специфического подхода к внедрению. Главное — не ожидать мгновенных результатов и быть готовым к тонкой настройке под конкретные условия производства.