Система инфракрасного пирометрического измерения температуры жидкой стали завод

Когда речь заходит об инфракрасном пирометрическом измерении для жидкой стали, многие сразу думают о простых пирометрах — и это главная ошибка. На деле, в условиях цеха с пылью, паром и температурными перепадами даже дорогое оборудование может давать погрешности до 50°C, если не учесть нюансы монтажа и калибровки.

Почему стандартные решения не работают с жидкой сталью

Помню, как на одном из уральских комбинатов пытались использовать немецкий пирометр общего назначения для контроля в зоне разливки. Датчик стоял вроде бы правильно, но из-за испарений с поверхности металла и постоянной вибрации конвейера показания 'плыли' на 40-60°C. Пришлось экранировать оптику термостойким кварцевым стеклом и пересчитывать алгоритм компенсации помех — без этого система была бесполезна.

Ключевая проблема — нестабильность излучательной способности (ε) расплава. В теории её принимают за 0.8-0.85, но на практике она меняется из-за окисления, шлаковых включений и даже скорости подачи кислорода. Мы в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как-то полгода собирали статистику по разным маркам стали, чтобы создать адаптивную модель поправок — без этого калибровка по эталонному термопарному зонду работала только в идеальных условиях.

Ещё один момент — расположение датчиков относительно технологических зон. Если поставить пирометр напротив струи жидкого металла, капли шлака на линзе будут искажать данные каждые 10-15 минут. Приходится проектировать системы с продувкой воздухом и автоматической диагностикой загрязнения оптики — но и это не панацея при высокой запылённости.

Как мы собирали рабочую конфигурацию для конвертерного цеха

В 2021 году для челябинского завода разрабатывали комплекс из трёх пирометров с спектральным диапазоном 0.9-1.1 мкм. Основной задачей был контроль температуры в ковше при выпуске из конвертера — критичный участок, где перегрев всего на 20°C ведёт к разрушению футеровки.

Самый сложный этап — синхронизация измерений с технологическим циклом. Датчики должны срабатывать в момент, когда металл полностью закрывает обзорную зону, но до начала добавления легирующих добавок. Пришлось интегрировать систему с контроллерами заслонок и газоанализаторами — без этого температурные кривые получались с 'проседанием' в ключевых точках.

Из интересного: обнаружили, что вибрация от работы механизма поворота ковша вызывает микросдвиги в оптической оси. Решили крепить кронштейны не к несущим конструкциям, а к отдельным фундаментам — снизили погрешность с ±15°C до ±3°C. Такие детали в паспортах оборудования не пишут, только опытным путём.

Ошибки калибровки, которые дорого обходятся

Часто заказчики экономят на периодической поверке, полагаясь на заводские настройки. Но после полугода эксплуатации даже у стабильных пирометров появляется дрейф показаний. Как-то раз из-за этого перегрели партию конструкционной стали — пришлось отправлять на переплавку с убытком в 2 млн рублей.

Сейчас мы в Тэнъи Электроникс всегда рекомендуем встраивать в систему эталонные термопары для автоматической коррекции раз в смену. Да, это удорожает проект на 15-20%, но зато исключает брак из-за температурных ошибок. Кстати, наш софт для статистики отклонений как раз вырос из таких прецедентов — сейчас он сам предлагает интервалы поверки по данным износа оборудования.

Важный нюанс — калибровка по чёрному теллу. В цеховых условиях эталонный источник часто устанавливают без учёта тепловых потоков от nearby оборудования. Видели случаи, когда показания 'эталона' сами плавали на 10-12°C из-за сквозняков от системы вентиляции. Теперь всегда требуем термостатирование корпуса калибратора.

Неочевидные факторы, влияющие на точность

Мало кто учитывает, что на точность пирометрического измерения влияет состав атмосферы в цехе. При высокой концентрации СО2 (выше 0.5%) в области 4.3 мкм возникает селективное поглощение излучения — для жидкой стали это критично, так как именно в этом диапазоне работают многие двухцветные пирометры. Пришлось как-то переделывать систему на коротковолновый канал 0.65 мкм, хотя изначально проект считали неудачным.

Ещё один подводный камень — отражённое излучение от стендов и механизмов. В одном из проектов лучи от разогретого крана попадали в объектив под углом 30 градусов — добавляли к показаниям лишние 25°C. Обнаружили только после съёмки тепловизором всей технологической зоны. Теперь всегда проводим картографирование тепловых полей перед монтажом.

Интересный случай был с электромагнитными помехами от преобразователей частоты кранового оборудования. Пирометр выдавал случайные всплески до 300°C в момент подъёма ковша. Помогло экранирование кабелей и установка ферритовых фильтров — но на поиск причины ушло три недели простоя.

Что даёт внедрение системы в реальных условиях

На северо-западном заводе после установки нашего комплекса смогли снизить перерасход газа на 7% в нагревательных колодцах — просто потому, что стали точнее держать температуру выдержки. Это к вопросу о окупаемости: многие считают инфракрасные системы излишеством, пока не увидят экономию на энергоносителях.

Ещё важный момент — прогнозирование обслуживания оборудования. По температурным градиентам в стенде непрерывной разливки теперь определяют износ кристаллизаторов за 2-3 недели до аварийного состояния. Раньше же заменяли либо по регламенту (иногда раньше срока), либо после прорыва корки.

Но главное — стабильность качества продукции. Когда в каждой партии стали температура контролируется с точностью до 5°C вместо прежних 25-30°C, резко снижается количество дефектов типа раковин и неметаллических включений. Это тот случай, где точность измерений напрямую влияет на маржу предприятия.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с многоспектральными системами для одновременного контроля температуры и химического состава по спектрам излучения. Пока получается определять содержание углерода с точностью 0.02% — для предварительного анализа вполне сносно. Но для внедрения в промышленность нужно ещё лет пять доработок.

Ограничение — стоимость. Полноценный комплекс для конвертерного цеха обходится в 20-25 млн рублей, что для небольших производств неприемлемо. Поэтому разрабатываем модульные решения, где можно начать с одного-двух критичных участков.

Из последних наработок — программный модуль для прогнозирования температуры по косвенным признакам (скорость подачи кислорода, данные с газоанализаторов). Когда пирометр на техническом обслуживании, система продолжает работать с погрешностью 8-10°C. Не идеально, но лучше полного простоя.

В целом, система инфракрасного пирометрического измерения — это не просто 'датчики температуры', а сложный технологический инструмент. Его эффективность зависит от того, насколько глубоко инженеры понимают металлургические процессы. Без этого даже самое современное оборудование становится дорогой игрушкой.