Радиационный метод измерения температуры стали завод

Если честно, когда слышишь про радиационный метод измерения температуры, первое что приходит в голову — это какие-то лабораторные условия с идеально чистыми поверхностями. Но на деле, в цеху, где летит окалина, пар от охлаждения и пыль оседает на оптику, всё совсем иначе. Многие поставщики обещают точность в 0,5%, но ни слова не говорят о том, как поведёт себя пирометр когда по роликам идёт раскаленная полоса с неравномерным окалинообразованием.

Физические основы и производственные мифы

В теории всё просто: радиационный метод измерения температуры основан на законе Планка — измеряем интенсивность ИК-излучения в определённом спектральном диапазоне и пересчитываем в температуру. Но в учебниках почему-то забывают упомянуть про коэффициент излучения стали ε, который на прокатном стане меняется каждые 10 метров — от чистого металла на выходе из печи до покрытой окалиной полосы после черновой клети.

Помню как на одном из заводов в Челябинске пытались использовать стандартный пирометр 8-14 мкм для контроля температуры листа после травления. Получили расхождение с контактными термопарами до 80°C — оказалось тонкий слой влаги на поверхности давал полное отражение в этом диапазоне. Пришлось переходить на 3.9 мкм где вода практически прозрачна.

Сейчас многие инженеры до сих пор считают что главное — это спектральный диапазон прибора. На самом деле для измерения температуры стали критичнее правильно подобрать не только длину волны но и конструкцию защитного окна, систему продувки от дыма и систему компенсации фоновой засветки.

Практические проблемы внедрения

Когда мы в 2018 году устанавливали систему от ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' на прокатный стан 3500, главной проблемой оказалась не точность измерений а вибрация. Оптические компоненты выходили из строя через 2-3 месяца работы — пришлось разрабатывать специальные демпфирующие крепления.

Ещё один нюанс который редко учитывают — тепловые потоки от самого оборудования. На расстоянии 5 метров от нагревательной печи корпус пирометра нагревался до 70°C что вызывало дрейф электроники. Решение нашли через принудительное охлаждение и термостабилизацию.

Интересный случай был на заводе в Магнитогорске — система показывала стабильное занижение температуры на 20°C при работе в ночную смену. Оказалось ночные мастера включали дополнительное освещение и светодиодные лампы давали помеху в рабочем диапазоне 1.6 мкм. Пришлось устанавливать светофильтры.

Калибровка и поддержание точности

Многие производства до сих пор калибруют пирометры по эталонному образцу с известной температурой. Но на практике такой подход работает только если поверхностные свойства образца и реального продукта идентичны. Мы перешли на периодическую сверку с мобильными черbody эталонами которые перемещаются по технологической линии.

Особенно сложно поддерживать точность при переходе на новые марки стали. Помню как при прокатке нержавеющей стали 12Х18Н10Т получили систематическую ошибку в 45°C — коэффициент излучения оказался на 0.15 ниже чем у обычной углеродистой стали. Пришлось создавать отдельные настройки для каждой марки.

Сейчас в системах от tengyidianzi.ru используется автоматическая коррекция ε по температуре — с повышением температуры от 700°C до 1200°C коэффициент излучения низкоуглеродистой стали увеличивается с 0.25 до 0.35. Без учёта этой зависимости погрешность могла достигать 5%.

Особенности современных систем

В последних разработках ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' появилась многоспектральная технология — измерение в 3-4 диапазонах одновременно. Это позволяет компенсировать влияние изменений коэффициента излучения и частичного загрязнения оптики.

На их сайте https://www.tengyidianzi.ru можно увидеть примеры внедрения на непрерывных линиях горячего цинкования — там где обычные пирометры не справляются из-за блестящего покрытия. За счёт специального поляризационного фильтра удаётся убрать мешающие отражения.

Лично мне нравится их подход к системе самодиагностики — прибор не просто показывает температуру но и отслеживает собственное состояние: загрязнение окна, дрейф электроники, изменение фоновой засветки. В отличие от немецких аналогов их система не требует еженедельной поверки.

Ошибки при выборе оборудования

Самая распространённая ошибка — покупка пирометра с избыточной точностью. Если технологический допуск по температуре составляет ±15°C, нет смысла переплачивать за прибор с заявленной точностью 0.1% — в производственных условиях её всё равно не достичь.

Другая проблема — несоответствие времени отклика технологическому процессу. Для измерения температуры стали на выходе из чистовой клети прокатного стана нужно время отклика не более 10 мс, иначе информация будет запаздывать для системы автоматического регулирования.

Часто забывают про условия эксплуатации — стандартные пирометры не рассчитаны на работу при ambient температуре выше 60°C без дополнительного охлаждения. В районе нагревательных печей температура может достигать 120°C — нужны специальные исполнения.

Перспективы развития метода

Сейчас активно развивается гибридный подход — комбинация радиационного метода измерения температуры с контактными датчиками. На участках где возможен контакт с продуктом используются термопары для периодической коррекции пирометров.

Интересное направление — использование ИИ для прогнозирования изменения коэффициента излучения в реальном времени. Система обучается на исторических данных и начинает предсказывать как изменится ε при переходе на другой тип поверхности.

В новых проектах ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' уже применяется технология компенсации паразитных излучений от раскаленных валков и направляющих — раньше это была одна из основных причин погрешности при измерении температуры тонкой полосы.

Думаю в ближайшие 5 лет мы увидим переход к полностью самонастраивающимся системам которые будут адаптироваться к изменяющимся производственным условиям без участия оператора. Уже сейчас их оборудование позволяет автоматически подстраиваться под изменение скорости прокатки и толщины окалины.