Система инфракрасного пирометрического измерения температуры жидкой стали

Когда речь заходит о инфракрасном пирометрическом измерении для жидкой стали, многие сразу думают о простых пирометрах — и это первая ошибка. На деле, это комплексная система, где малейший просчёт в калибровке или выборе спектрального диапазона приводит к погрешностям в десятки градусов. Я сам через это проходил: на одном из заводов в Липецке пытались использовать стандартный ИК-датчик без учёта выбросов шлаков, и получили расхождения с термопарами до 25°C. Пришлось пересматривать весь подход.

Основные принципы и подводные камни

В основе лежит закон Планка, но в условиях цеха теория меркнет. Например, многие забывают, что измерение температуры жидкой стали требует учёта коэффициента излучения — а он меняется в зависимости от состава стали и наличия окислов. Я видел, как на Криворожском меткомбинате пытались использовать фиксированное значение 0,8, а потом ломали голову, почему показания ?плывут? при переходе на другую марку стали.

Ещё один нюанс — влияние пара и пыли. В зоне разливки постоянно стоит дымка, и если пирометр не оснащён системой компенсации, данные искажаются. Мы как-то ставили эксперимент с фильтрами на разных длинах волн — оказалось, что для условий высокой запылённости лучше подходит диапазон 1,6 мкм, хотя классика предписывает 0,9–1,1 мкм.

Калибровка — отдельная история. Её нельзя проводить ?раз и навсегда?. Мы в ООО ?Шэньян Тэнъи Электроникс? всегда настаиваем на периодической поверке с эталонными источниками, но клиенты часто экономят на этом. Результат? Постепенный дрейф показаний, который выявляется только при анализе брака.

Оборудование и его адаптация к реальным условиям

Современные системы, как наши разработки в ООО ?Шэньян Тэнъи Электроникс?, включают не просто датчик, а целый комплекс: оптику с защитой от загрязнений, систему продувки, алгоритмы обработки сигнала. Но даже это не панацея. Помню случай на заводе в Магнитогорске: установили пирометр с воздушной продувкой, но не учли, что в зимний период сжатый воздух содержит конденсат — линза запотевала каждые два часа.

Пришлось дорабатывать систему подогрева оптического тракта. Это типичная ситуация: теория говорит одно, а практика вносит коррективы. Кстати, наши инженеры тогда предложили использовать азотную продувку — дороже, но надёжнее. Заказчик сначала сопротивлялся, но после снижения количества ложных срабатываний согласился.

Важный аспект — выбор места установки. Казалось бы, очевидно: ближе к струе металла. Но на практике приходится учитывать вибрации конвейера, тепловые потоки от стендов и даже электромагнитные помехи от силовых кабелей. Мы обычно проводим тепловизионное обследование перед монтажом — это экономит время на последующие переустановки.

Практические кейсы и ошибки

Один из самых показательных примеров — внедрение системы на мини-заводе в Челябинске. Там использовали устаревший пирометр с аналоговым выходом, подключённый к АСУ ТП через преобразователь. Данные постоянно ?скакали? из-за наводок. Перешли на цифровые интерфейсы типа Profibus — проблема исчезла, но пришлось переобучать персонал.

Ещё была история с неправильным выбором оптического разрешения. Для пирометрического измерения температуры в крупных ковшах нужен широкий угол обзора, но на малых установках это приводит к захвату футеровки и искажению данных. Пришлось разрабатывать комбинированную систему с двумя датчиками разного разрешения.

Самая грубая ошибка, которую я видел — попытка сэкономить на системе охлаждения. Пирометр устанавливали в термокожухе без принудительного охлаждения, рассчитывая на естественную конвекцию. В итоге при температуре среды выше 60°C электроника выходила из строя за смену. Пришлось экстренно монтировать водяные теплоотводы.

Влияние технологии на качество продукции

Точность измерения температуры жидкой стали напрямую влияет на структуру слитка. При занижении температуры на 10–15°C увеличивается вероятность образования раковин, при завышении — риски ликвации. Мы как-то анализировали брак на рельсовой стали и выявили корреляцию с колебаниями температурного режима в зоне разливки.

Интересный момент: иногда проблема не в самом пирометре, а в скорости отклика системы. На скоростных МНЛЗ задержка даже в 2–3 секунды критична. Приходится использовать высокочастотные датчики с частотой опроса до 100 Гц, хотя для большинства процессов хватило бы и 10 Гц.

С внедрением систем предиктивной аналитики данные с пирометров стали использовать для прогнозирования износа футеровки. Но это требует длительного накопления статистики и тонкой настройки алгоритмов. Наша компания как раз ведёт такие проекты с несколькими металлургическими комбинатами.

Перспективы и ограничения метода

Несмотря на прогресс, инфракрасное измерение температуры всё ещё упирается в фундаментальные ограничения — например, невозможность точных замеров через защитные стекла с постепенным помутнением. Мы пробовали сапфировые окна, но их стоимость отпугивает многих заказчиков.

Много шума было вокруг многоспектральных пирометров, но на практике их преимущества проявляются только в узких задачах, например, при контроле температуры стали с высоким содержанием легирующих элементов. Для массового производства чаще достаточно двухцветных систем.

Сейчас экспериментируем с беспроводными системами передачи данных — это упрощает монтаж, но добавляет головной боли с энергопитанием и помехозащищённостью. Думаю, лет через пять это станет стандартом, но пока приходится балансировать между надёжностью и инновациями.

В целом, если говорить о ООО ?Шэньян Тэнъи Электроникс?, мы видим будущее в гибридных системах, где ИК-пирометрия дополняется точечными контактными измерениями для взаимной верификации. Это дороже, но даёт ту самую надёжность, которую ждут от нас металлурги.