Технология измерения температуры высокотемпературной жидкой стали завод

Когда речь заходит о замере температур в сталелитейных цехах, многие сразу представляют себе классические термопары в огнеупорных чехлах. Но на практике для контроля температуры жидкой стали при выпуске из конвертера или в ковше этот метод уже лет двадцать как не основной. Основная проблема – скорость. Пока термопара дойдет до нужной глубины и стабилизируется, химический состав металла может уже измениться. Именно здесь на первый план выходит инфракрасная пирометрия, но и с ней не все так просто, как кажется на презентациях.

Почему традиционные методы проигрывают

Работал я как-то на одном из уральских заводов – там до сих пор в некоторых цехах используют погружные термопары типа ПП. Ладно, сам принцип: опускаешь зонд в ковш, ждешь 30-40 секунд, снимаешь показания. Но за это время температура успевает просесть на 15-20 градусов, не говоря уже о том, что сам зонд после трех-четырех замеров требует замены. Экономисты считают, что это дешево, но они не учитывают потери от неточного контроля раскисления.

Особенно критично это при непрерывной разливке. Помню, в 2018 году пытались наладить систему термопар вдоль линии разливки – получили разброс показаний до 25°C между соседними точками. Металлурги потом неделю расшифровывали, почему в одной партии слитки пошли с разной структурой. Оказалось, термопары просто не успевали отслеживать реальные колебания температуры в кристаллизаторе.

А ведь есть еще фактор человеческой ошибки. Видел случаи, когда операторы из-за усталости недодерживали зонд в металле – естественно, получали заниженные значения. Потом переделывали плавку, теряли время, электроэнергию... В общем, накопленный опыт четко показал: для высокотемпературной жидкой стали нужен бесконтактный метод, но с умом.

Инфракрасные пирометры: теория и суровая реальность

Вот здесь начинается самое интересное. Когда мы только начали внедрять ИК-пирометры на разливке, думали – вот оно, решение всех проблем. Но первое же препятствие – задымленность. В момент выпуска стали из ковша в промежуточный ковш-миксер стоит такой плотный дым, что обычный пирометр просто 'не видит' поверхность металла. Приходилось ставить системы продувки сжатым воздухом, что само по себе создавало дополнительные сложности.

Потом выяснилось, что разные марки стали имеют разную излучательную способность. Для углеродистых сталей в жидком состоянии мы принимаем ε около 0.35-0.4, но когда перешли на легированные – пришлось перекалибровывать всю систему. Один раз чуть не сорвали партию нержавейки, потому что пирометр был настроен на стандартные значения.

Именно тогда мы обратились к специалистам из ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс'. Их инженеры предложили не просто пирометр, а целую систему с автоматической корректировкой коэффициента излучения в зависимости от химического состава. Сначала отнеслись скептически, но когда увидели, как их оборудование справляется с измерениями через завесу шлака – мнение изменилось.

Практические нюансы монтажа и калибровки

Монтаж измерительных систем – это отдельная история. Стандартная ошибка – установить пирометр где попало, лишь бы было направление на металл. На самом деле, важно учитывать не только угол обзора, но и расстояние до объекта, фоновую засветку от стендов, вибрации оборудования. Мы на своем опыте выяснили, что оптимальное расстояние – 1.5-2 метра от поверхности металла в ковше, с углом не более 30 градусов к нормали.

Калибровка – вообще отдельная тема. Многие предприятия пытаются сэкономить, калибруя оборудование раз в год, а то и реже. Но в условиях цеха, где постоянные перепады температур, вибрации, пыль – пирометры теряют точность уже через 3-4 месяца. Особенно это касается оптики – мельчайшие частицы окалины постепенно загрязняют линзу, и показания начинают 'уплывать'.

Сейчас мы используем мобильные калибровочные печи, которые раз в квартал привозим прямо в цех. Сравниваем показания пирометров с эталонными термопарами прямо на месте. Да, это дополнительные затраты, но зато погрешность не превышает 3-5°C, что для большинства технологических процессов вполне приемлемо.

Системы непрерывного контроля – стоит ли овчинка выделки?

Когда речь заходит о непрерывном измерении температуры вдоль всей технологической цепочки, многие директора по производству морщатся – дорого. Но если посчитать потери от брака... Мы как-то провели анализ на МНЛЗ – оказалось, что всего 2-3-градусное отклонение от оптимальной температуры в кристаллизаторе увеличивает вероятность образования раковин в слитке на 15%.

Система от 'Тэнъи Электроникс', которую мы тестировали в прошлом году, как раз предлагает такой непрерывный контроль. Особенность их подхода – использование нескольких пирометров с разными спектральными диапазонами. Это позволяет компенсировать погрешности от дыма и пара. Хотя признаюсь, сначала я сомневался в надежности такого решения.

Самое сложное в таких системах – не сами измерения, а обработка данных. Когда ты получаешь 10-15 замеров в секунду с каждого пирометра, нужна серьезная аналитика. Мы сначала пытались все это в Excel обрабатывать – смех сквозь слезы. Сейчас используем специализированное ПО, которое строит температурные карты в реальном времени и предупреждает оператора о критических отклонениях.

Ошибки внедрения и как их избежать

Самая распространенная ошибка – пытаться сразу охватить все участки. Мы сами наступили на эти грабли: закупили десяток пирометров, расставили по всему цеху – и получили гору несвязанных данных. Гораздо эффективнее начинать с одного критического участка, например, с измерения температуры в промежуточном ковше перед МНЛЗ.

Другая проблема – сопротивление персонала. Сталевары со стажем часто не доверяют 'этим электронным штукам', предпочитая 'глазомер'. Приходилось проводить параллельные замеры – их методом и нашим – и наглядно показывать расхождения. Когда они увидели, что система засекает перепад температуры за 10 секунд до видимого изменения потока металла – отношение начало меняться.

Техническая поддержка от поставщика – тоже критически важный момент. С ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' мы работаем уже третий год, и могу сказать – их инженеры действительно разбираются в металлургических процессах. Не те теоретики, которые по учебникам учат, а практики, которые понимают, что в цехе может быть и дымно, и вибрация, и электромагнитные помехи. Их сайт https://www.tengyidianzi.ru стал для наших технологов настольной книгой – там много практических кейсов по настройке оборудования именно для сталелитейных производств.

Что в итоге работает на производстве

Если обобщить наш пятилетний опыт, то оптимальная конфигурация выглядит так: ИК-пирометры на выпуске из конвертера, в ковше-миксере и перед кристаллизатором МНЛЗ. Причем на каждом участке – своя специфика настроек. Например, на выпуске важна скорость отклика, а в кристаллизаторе – стабильность показаний.

Сейчас тестируем систему с автоматической корректировкой температуры в реальном времени – когда данные с пирометров напрямую поступают в систему управления нагревательными печами. Пока рано говорить о результатах, но первые две недели показывают снижение колебаний температуры в готовой продукции на 40%.

Коллеги из других цехов иногда спрашивают – не перегружаем ли мы процесс контроля? Отвечаю: при сегодняшних требованиях к качеству стали и жесткой конкуренции, точный контроль температуры – это не роскошь, а необходимость. Другое дело, что нужно подходить к этому с умом, не бросаться на самые дорогие решения, а выбирать то, что действительно работает в конкретных условиях твоего производства.