Радиационный метод измерения температуры стали заводы

Если честно, когда слышишь про радиационный метод, первое что приходит в голову — пирометры на развале и китайские тепловизоры за три копейки. Но на деле в металлургии это целая наука, где погрешность в 20°С может обернуться браком тонны проката. Сам лет десять назад думал, что главное — спектральный диапазон поймать, а оказалось, проблемы начинаются с банального загрязнения оптики окалиной.

Принципы и подводные камни

Вот смотрю на старый отчёт по Челябинскому меткомбинату — там в 2018-м пытались внедрить систему на базе IMPAC IS 50. Казалось бы, немецкое оборудование, но не учли, что при непрерывной разливке над зоной измерения стоит паровая завеса. Пришлось ставить дополнительные воздушные purge-системы, и то показания плавали.

Кстати, про спектральную селективность. Для стали выше 700°С вроде бы логично брать коротковолновые датчики 0.8-1.1 мкм, но на деле оксидные плёнки дают отклонения до 5%. Как-то на ЭСПЦ Северстали пришлось комбинировать два канала — 1.0 и 1.6 мкм, чтобы компенсировать этот эффект.

Запомнился случай с катанным листом в Магнитогорске: инженеры годами использовали пирометры с фиксированной emissivity=0.85, пока лаборатория не выявила, что при скоростной прокатке поверхность успевает покрыться микротрещинами, и реальная излучательная способность скачет между 0.78-0.91. Перешли на системы с автоматической коррекцией, но их калибровка — отдельная головная боль.

Практика внедрения на реальных объектах

В 2021-м работали с ООО Шэньян Тэнъи Электроникс над модернизацией линии горячего цинкования. Их инфракрасные системы серии TY-RT показывали стабильность ±8°С в зоне отжига, но столкнулись с типичной проблемой — вибрации от рольгангов выбивали настройки фокусировки. Пришлось разрабатывать антивибрационные кронштейны, которые сейчас используют на их сайте https://www.tengyidianzi.ru в разделе решений для прокатных станов.

Коллеги с Уральской сталелитейной как-то делились опытом: ставили дорогущую систему от LumaSense Technologies, но не учли тепловые потоки от соседних нагревательных печей. Фоновая засветка давала погрешность до 50°С, пока не установили водяные экраны. Это к вопросу о том, что одного хорошего пирометра мало — нужен комплексный анализ цеха.

На мини-заводах типа ОМК или Мечела часто экономят на системах охлаждения датчиков. Помню, на участке резки слябов в Череповце пирометр Raytek MX4 перегревался за смену, хотя в паспорте заявлено рабочее время +60°С. Оказалось, отражающее излучение от раскалённого металла локально поднимало температуру корпуса до 95°С.

Калибровка и поддержание точности

Многие недооценивают необходимость регулярной поверки. На НЛМК ушло полгода, чтобы выявить дрейф характеристик у пирометров Ircon. Дело было не в самих приборах, а в кварцевых стёклах защитных окон — со временем микроповреждения от окалины меняли пропускание на 3-7%.

Сейчас ООО Шэньян Тэнъи Электроникс в своих новых разработках делает упор на встроенные калибровочные мишени. В последней системе TY-RT Pro есть функция автотестирования по чёрному телу прямо в процессе работы — решение спорное, но для непрерывных процессов типа травления полосы оказалось полезным.

Любопытный момент: при измерении температуры жидкой стали в ковшах часто забывают про угловые поправки. Стандартный пирометр, настроенный под 90° к поверхности, при установке под 60° даёт ошибку до 12% из-за поляризации излучения. Это как раз та деталь, которую в теории проходят, а на практике игнорируют.

Аппаратные ограничения и компенсации

Современные инфракрасные системы вроде тех, что производит ООО Шэньян Тэнъи Электроникс, научились бороться с дымом и паром алгоритмически — многоканальные датчики строят корреляционные модели. Но на участках обдува заготовок водой (типа реечных холодильников) это не работает — капли создают хаотичные помехи.

Заметил, что на скоростных линиях холодной прокатки до сих пор предпочитают контактные термопары. Не потому что радиационные методы плохи, а из-за инерционности — при толщине полосы 0.5 мм и скорости 30 м/с даже миллисекундная задержка измерения критична. Хотя в последних разработках Tengyi удалось снизить задержку до 5 мс.

Эргономика — отдельная тема. На Красноярском металлургическом заводе пришлось переделывать всю систему крепления пирометров после того, как выяснилось, что обслуживающий персонал физически не мог дотянуться до органов юстировки без остановки конвейера.

Перспективы и субъективные наблюдения

Смотрю на новые разработки — например, системы с ИИ-коррекцией показаний. В теории здорово, но на том же Новолипецком комбинате пробная эксплуатация показала, что нейросети слишком медленно адаптируются к смене марок стали. Пока обучили на Ст3, процесс перешёл на 08ПС — и всё, начинаются расхождения.

Лично мне импонирует подход ООО Шэньян Тэнъи Электроникс к модульности. Их последние комплексы позволяют гибко менять оптические компоненты без полной замены системы — это реально экономит время при переходе на измерение разных сортаментов.

Из последнего интересного — эксперименты с гиперспектральным анализом на Выксунском заводе. Пытаются одновременно определять температуру и степень окисления поверхности. Пока сыровато, но если доведут до ума, это перевернёт контроль качества в горячей прокатке.

В целом же, радиационный метод в металлургии — это не про идеальную точность, а про управляемую погрешность. Главное — понимать физику процесса и не верить слепо паспортным характеристикам. Как говаривал наш старший механик на Ашинском заводе: ?Лучше погрешность в 10 градусов которую ты учитываешь, чем идеальные показания которые тебя обманывают?.