Устройство для инфракрасного измерения температуры жидкой стали

Если честно, когда слышишь про инфракрасное измерение температуры в конвертерном цехе, первое, что приходит в голову — это пирометры с выдвижными зондами. Но на практике всё оказалось сложнее: между ?измерить? и ?измерить точно в потоке жидкой стали? — пропасть.

Почему обычные пирометры не работают на расплаве

Помню, на одном из комбинатов пытались адаптировать стандартный инфракрасный датчик для жидкой стали. Результат был предсказуем: погрешность до 50°C из-за паров, окалины и изменчивого коэффициента излучения. Сталь — не идеальное чёрное тело, а её излучательная способность плавает в районе 0.75–0.85, плюс фон от стенок ковша.

Коллеги из ООО ?Шэньян Тэнъи Электроникс? как-то показывали расчёты: если не компенсировать влияние запылённости в зоне измерения, даже калиброванный пирометр будет врать на 3–5%. В их устройствах используется двухволновой метод, что частично решает проблему, но требует точной настройки под каждый тип стали.

Самое неприятное — когда в поток попадает шлак. Датчик видит смешанный сигнал, и оператор получает цифры, которые проще выбросить, чем использовать для управления процессом. Приходилось вручную отсекать такие моменты по косвенным признакам — например, по изменению динамики графика на мониторе.

Конструктивные особенности для непрерывного измерения

В наших условиях ключевым стал вопрос охлаждения. Датчик стоит в нескольких метрах от струи, и тепловая нагрузка даже сквозь защитное стекло выводит оптику из строя за недели. Решение от Tengyi — принудительное воздушное охлаждение с фильтрацией, но летом при +45°C в цехе и это не всегда спасает.

Крепление — отдельная история. Вибрация от кранов и механизмов постепенно расшатывает конструкцию, сбивает наводку. Приходилось допиливать штатные кронштейны самодельными амортизаторами из резиновых прокладок. Кстати, на сайте https://www.tengyidianzi.ru есть чертежи монтажных узлов, но в жизни всегда нужна адаптация.

Оптоволоконные линии передачи — казалось бы, панацея от помех. Но когда рядом работают дуговые печи, даже оптика иногда ловит наводки. Приходилось экранировать кабельные трассы алюминиевыми кожухами, хотя в документации об этом ни слова.

Калибровка и поддержание точности

Заводская калибровка — это лишь начало. На месте мы обязательно проводили сверку по эталонному термопарному зонду, погружаемому в ковш. Разбег в первые дни мог достигать 20°C, пока не подбирали поправочные коэффициенты под местную сталь.

Интересный момент: при смене марки стали (например, с низкоуглеродистой на легированную) коэффициент излучения немного меняется. Если не вносить коррективы, накопленная ошибка к концу плавки достигает 10–15°C. В документации к устройствам Tengyi есть таблицы поправок, но они носят рекомендательный характер.

Раз в месяц проверяем оптические окна — налёт пыли и брызги металла снижают пропускание на 5–7%. Чистили сначала спиртом, но потом перешли на специальные аэрозоли с антистатиком — меньше разводов.

Пример сбоя и как его обходили

Осенью 2022 года на одной из МНЛЗ начались странные скачки температуры — то 1520°C, то вдруг 1480°C без видимых причин. Оказалось, что новый смазочный материал для направляющих роликов давал при горении лёгкую дымку, которую датчик воспринимал как падение температуры.

Стали экспериментировать с углом установки — сместили на 15 градусов от вертикали, чтобы дым уносило в сторону. Помогло, но пришлось пересчитывать поправку на геометрию измерения. Кстати, в таких ситуациях полезно дублировать показания термопарами на разливном стакане — для перекрёстной проверки.

Самое сложное — объяснить сменному персоналу, почему нельзя ?подкрутить? настройки без записи в журнале. Как-то раз оператор вручную выставил коэффициент 0.8 вместо 0.78, потому что ?так цифры красивее выглядят?. После этого ввели пароль на доступ к калибровочным меню.

Перспективы и ограничения технологии

Современные системы типа ИК-сканеров дают уже не точку, а температурное поле по всей струе. Это дорого, но позволяет визуализировать переохлаждённые зоны. В Tengyi разрабатывают такие решения, но пока они требуют идеальных условий — без запылённости и вибраций.

Главный недостаток инфракрасных методов — зависимость от чистоты технологического процесса. Если в цехе постоянные выбросы пыли или нестабильный состав шлака, надёжнее комбинировать с контактными измерениями. Хотя для оперативного контроля на разливке альтернатив ИК-устройствам пока нет.

Интересно, что китайские коллеги из ООО ?Шэньян Тэнъи Электроникс? экспериментируют с дополнением ИК-датчиков лазерными дальномерами — для автоматической компенсации колебаний расстояния до струи. На тестах погрешность снизили на 2–3%, но серийно такая опция пока не поставляется.

Выводы для практиков

Ни одно устройство для инфракрасного измерения температуры не будет работать ?из коробки? в условиях сталелитейного цеха. Обязательны адаптация под местную среду и ежесменный контроль.

Доверяй, но проверяй: даже дорогие системы требуют периодической сверки с эталонными методами. Мы раз в квартал проводим сравнительные замеры одновременно ИК-датчиком и погружной термопарой — расхождения больше 8°C уже повод для внеплановой калибровки.

Персонал — ключевое звено. Лучше потратить неделю на обучение операторов, чем потом разбираться с последствиями ?творческой? настройки. В этом плане техническая поддержка от Tengyi оказалась полезной — они проводят вебинары на русском с разбором реальных кейсов.