Оптоволоконный зонд для измерения температуры жидкой стали завод

Когда речь заходит о непрерывном контроле температуры в сталелитейных цехах, многие сразу представляют себе классические термопары. Но на практике в агрессивных средах вроде расплавленной стали они долго не живут. Вот тут и появляется тема оптоволоконных зондов — штука вроде бы не новая, но до сих пор вызывающая споры. Лично сталкивался с ситуациями, где инженеры пытались адаптировать обычные ИК-пирометры, но без защиты от дыма и брызг показания плавали катастрофически.

Почему именно оптоволокно?

Если копнуть глубже, главное преимущество — это отсутствие электрических компонентов в зоне прямого контакта с расплавом. Волокно передаёт световой сигнал, а сама электроника стоит в метрах десяти от конвертера. Помню, как на одном из заводов в Липецке пробовали ставить комбинированные системы: термопара + резервный ИК-датчик. Но когда температура под 1600°C, а вокруг шлак и брызги, термопара выходила из строя через 2–3 плавки.

Кстати, не все понимают, что оптоволоконный кабель здесь — не просто ?провод?. Он должен держать не только температурную нагрузку, но и механические вибрации. У нас в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как-раз делают акцент на многослойной изоляции волокна — с алюмоциркониевым покрытием. На сайте https://www.tengyidianzi.ru есть детали, но в цеху это выглядит как гибкий, но плотный рукав с металлической оплёткой.

И вот ещё что: многие забывают про спектральную коррекцию. Жидкая сталь — не идеальное чёрное тело, и без калибровки под конкретную марку стали ошибка может доходить до 30–40°C. Приходилось вручную вносить поправки через ПО, особенно для высоколегированных марок.

Проблемы монтажа и калибровки

Самая частая ошибка — неправильный угол установки зонда относительно струи металла. Если поставить его под 90 градусов, брызги быстро покроют оптику слоем шлака. Мы обычно рекомендуем наклон в 15–20 градусов, но тут же возникает сложность с юстировкой. На Магнитогорском комбинате как-то запустили линию без учёта вибрации конвейера — через неделю оптику разбило.

Калибровка — отдельная история. Заводские настройки часто сбиваются из-за теплового расширения корпуса. Приходится делать сверку по эталонному пирометру раз в смену. Кстати, в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс для этого в комплекте идёт переносной калибратор с кварцевым световодом — весьма удобно, хотя и требует навыка.

А ещё есть нюанс с длиной волокна. Если взять кабель короче 5 метров, электроника перегревается от излучения печи. Но если длиннее 20 м — начинаются потери сигнала. Приходится подбирать под каждую установку индивидуально, и это редко прописывают в техпаспортах.

Реальные кейсы и провалы

На Новолипецком комбинате в 2019 году пытались внедрить систему с водяным охлаждением зонда. Идея вроде бы логичная — защита от перегрева. Но при первом же тесте конденсат попал на стык волокна с приёмником. Итог — замыкание и замена всего модуля. После этого перешли на воздушное охлаждение с двойным фильтром.

А вот удачный пример: на Череповецком меткомбинате смонтировали зонды с автоматической продувкой азотом. Это дало +30% к ресурсу работы — до 6 месяцев без замены. Но и тут не без косяков: когда забывали менять баллоны с газом, оптику забивало пылью за две смены.

Помню, как в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс предлагали модификацию с телеметрией — данные по Wi-Fi передавались на пульт. Технологи вроде бы обрадовались, но в цеху с мощными электромагнитными помехами связь постоянно рвалась. Вернулись к проводному интерфейсу RS-485, хоть и дороже в монтаже.

Что не пишут в спецификациях

Производители редко упоминают, что оптоволоконный наконечник постепенно мутнеет от микроволн печи. За месяц пропускание может упасть на 15%. Приходится либо закладывать поправочный коэффициент, либо ставить датчик с автоматической коррекцией прозрачности. У китайских аналогов с этим беда — они калибруются раз и навсегда.

Ещё момент: при резком охлаждении (например, при аварийной остановке печи) кварцевое волокно может треснуть. Видел такое на экспериментальной установке в Туле — после остывания зонд выдавал ошибку ?обрыв линии?. Разобрали — а там микротрещина в жиле.

И да, никто не предупреждает, что при замене зонда нужно синхронизировать его с программным обеспечением. Как-то наспех поставили новый датчик, а старые коэффициенты остались — неделю плавили брак, пока не догадались провести полную калибровку.

Перспективы и ограничения

Сейчас пробуют комбинировать оптоволоконные зонды с лазерными дальномерами — чтобы корректировать расстояние до поверхности металла. В теории это должно повысить точность, но на практике лазер ?слепнет? в дыму. В ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как-раз экспериментируют с импульсным режимом работы, но пока стабильность оставляет желать лучшего.

Ещё одно направление — беспроводные системы. Но в условиях цеха с его помехами это пока фантастика. Хотя на выставке в Дюссельдорфе показывали прототип на радиомодемах Milltronics — работает в тестовом режиме, но для промышленных масштабов не готов.

По моим наблюдениям, будущее за гибридными решениями: оптоволоконный зонд + резервная термопара + программная компенсация погрешностей. Именно такой подход реализован в новых линейках ООО Шэньян Тэнъи Электроникс — на том же сайте видно, что они добавили слот для аварийного датчика в корпусе основного зонда.

Выводы для практиков

Если суммировать опыт, то оптоволоконный зонд — не панацея, а инструмент, который требует тонкой настройки под конкретные условия. Не верьте рекламе, где обещают работу ?без обслуживания 5 лет? — в реальности профилактику нужно делать каждые 3–4 месяца.

Важно учитывать не только температуру, но и химический состав стали — для высокоуглеродистых марок нужна отдельная калибровочная кривая. Мы обычно составляем таблицы поправок совместно с технологами цеха.

И главное: не пытайтесь сэкономить на монтаже. Лучше заплатить за квалифицированную установку, чем потом разбираться с последствиями некорректных замеров. Как показывает практика, 80% проблем с оптоволоконными зондами связаны именно с нарушениями при монтаже, а не с дефектами оборудования.