Система непрерывного инфракрасного измерения температуры жидкой стали

Когда слышишь про непрерывное инфракрасное измерение температуры, многие представляют себе просто термопару подороже. А на деле — это целая философия контроля за расплавом, где каждый градус в конвертере влияет на итоговую марку стали. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' через это прошли: от первых экспериментов с пирометрами до полноценных систем, которые не просто показывают цифры, а предсказывают поведение шлака.

Почему ИК-системы — не просто 'термометры для стали'

В 2018-м на одном из уральских комбинатов пытались использовать обычные пирометры для контроля в МНЛЗ. Результат? Температура прыгала с 1520°C до 1480°C за секунды — операторы не успевали реагировать. Проблема была в каплях шлака на объективе и парах над зеркалом ванны. Тогда и стало ясно: нужна система, которая фильтрует помехи в реальном времени, а не усредняет данные постфактум.

Наша разработка для того же комбината включала два канала измерения: основной и контрольный. Первый смотрит прямо в струю, второй — под углом 15 градусов к зоне замера. Если расхождения превышают 7-10°C — система автоматически корректирует коэффициент излучения. Это не панацея, но уже снижает риск ложных срабатываний на 60%.

Кстати, про коэффициент излучения — вечная головная боль. Для жидкой стали он плавает в диапазоне 0.75-0.92, причем зависит не только от химсостава, но и от текущей температуры. Пришлось встроить в алгоритм поправку на спектральную чувствительность: при переходах через 1550°C система сама подбирает эмиссионные параметры по заранее загруженным градиентам для конкретных марок стали.

Как мы обходим 'мёртвые зоны' в конвертерах

Самое сложное — не сам замер, а обеспечение стабильного обзора через слой шлака. В 2020-м на Китайском металлургическом заводе пробовали ставить датчики под углом к поверхности — выгорали за две недели. Потом перешли на систему с воздушной завесой: компрессор подаёт 6-8 бар очищенного воздуха, создавая постоянный поток перед линзой. Ресурс вырос до 4 месяцев даже при работе с высокомарганцовистыми сталями.

Но и это не идеально. При литье с подогревом в ковше возникают зоны с температурными аномалиями — например, возле стенок разница с центром может достигать 25°C. Пришлось дорабатывать программное обеспечение так, чтобы оно строило не просто график, а тепловую карту сечения струи с прогнозом переохлаждённых участков.

Интересный момент: иногда операторы жалуются на 'залипание' показаний. Разбирались — оказалось, при определённых углах обзора датчик начинает фиксировать отражённое излучение от огнеупора. Теперь в протоколах испытаний обязательно прописываем тесты на зеркальных поверхностях.

Практические кейсы внедрения

На заводе в Липецке ставили задачу снизить перерасход ферросплавов. До внедрения нашей системы отклонение по температуре в промежуточном ковше составляло ±12°C. После трёх месяцев работы с непрерывным инфракрасным контролем удалось выйти на ±3°C. Экономия только на ферромолибдене — около 120 тонн в год.

А вот в Челябинске столкнулись с обратной проблемой: система показывала стабильные значения, но при отборе проб пробойником выявлялись расхождения. Оказалось, вибрация от механизма подачи расходных материалов создавала микросмещения оптической оси. Добавили демпфирующие прокладки и программную компенсацию дрожания — ситуация нормализовалась.

Самое ценное в таких историях — не отчёты, а живые реакции технологов. Один мастер после месяца работы сказал: 'Теперь я вижу, как сталь 'дышит''. Это лучше любых KPI показывает, что система работает не как абстрактный измеритель, а как часть технологического цикла.

Оборудование, которое не боится цеха

Наши тепловизоры для измерения температуры жидкой стали собираются в корпусах с IP67 — не просто для галочки. Как-то раз при плановом ремонте обнаружили, что на блоке управления осел слой пыли с частицами металла толщиной в палец. Вскрыли — внутри сухо, конденсата нет. Это результат трёхслойного уплотнения и системы термостабилизации, которая не даёт образовываться 'точкам росы' при перепадах от -40°C у фундамента до +80°C у разливочного желоба.

Оптика — отдельная тема. Используем сапфировые стекла с антибликовым покрытием, но даже они постепенно мутнеют. Разработали градиент замены: каждые 2 месяца — профилактическая чистка, раз в год — замена защитного стекла, раз в 3 года — полная поверка оптического тракта. Такая дисциплина увеличила межремонтный период с 6 до 18 месяцев.

Кстати, про поверку. Многие требуют калибровать по эталонному пирометру — но это бессмысленно для динамических процессов. Мы перешли на метод сличения с термопарами погружного типа в контрольных точках технологического цикла. Погрешность выше (±5°C против ±2°C у лабораторных методов), зато показания соответствуют реальному поведению металла в агрегате.

Что не всегда пишут в технической документации

При монтаже важно учитывать не только углы обзора, но и 'микроклимат' вокруг датчика. Как-то поставили систему идеально по чертежам — а она постоянно сбрасывала настройки. Оказалось, магнитное поле от электродов дуговой печи наводило паразитные токи в кабелях. Пришлось экранировать всё, включая разъёмы.

Ещё нюанс — цветовые метки на графиках. Сделали изначально классическую радужную палитру от синего к красному. Технологи возмутились: 'У нас аварийные сигналы красные, а вы тут температуру красным красите!' Перешли на градиент от зелёного к оранжевому — сразу стало меньше ложных тревог.

Самое сложное — объяснить, что система не заменяет оператора, а усиливает его. Как-то при запуске наблюдал, как мастер сначала смотрит на экран, потом подходит к желобу — и кивает: 'Да, сейчас именно так и должно быть'. Эта связка 'датчик + опыт' даёт тот самый эффект, ради которого всё затевалось.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с дополнением ИК-систем лазерными дальномерами. Проблема в том, что уровень металла в кристаллизаторе постоянно колеблется, а это вносит погрешность в 1-2% в показания. Если привязать замеры не к условному 'нулю', а к реальному расстоянию до поверхности — точность возрастёт.

Но есть фундаментальное ограничение: при сильном кипении или введении раскислителей парогазовая завеса становится практически непрозрачной. Здесь уже не помогут ни фильтры, ни алгоритмы — только комбинация с контактными датчиками. Возможно, следующий шаг — гибридные системы, где ИК-канал работает в штатном режиме, а при помехах автоматически подключаются термопары.

На сайте https://www.tengyidianzi.ru мы как раз начали выкладывать отчёты о таких испытаниях. Не рекламные буклеты, а настоящие графики с аномалиями и косяками — чтобы коллеги понимали, с какими сложностями сталкивается непрерывное измерение температуры в реальных условиях, а не в лабораторных тестах.