В данной статье описаны два наиболее распространенных метода контроля температуры расплавов металлов в условиях промышленного производства стали: инфракрасному измерению и методу термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС). Далее мы расскажем о преимуществах и недостатках каждого метода, определим условия их оптимального применения и оценим возможности точности измерений температур металла в агрегатах металлургического производства.

Введение

Температура расплава играет ключевую роль в технологическом процессе выплавки стали, определяя качество продукции, производительность оборудования и экономичность процесса. Контроль температуры позволяет оптимизировать режимы нагрева, обеспечить требуемые физико-химические свойства сплава и снизить энергозатраты.

Для измерения температуры жидкого металла применяются два основных подхода: контактный и бесконтактный методы. Среди последних наибольшее распространение получили инфракрасный способ и метод термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС).

2. Метод инфракрасного измерения температуры

2.1 Принцип работы

Метод основан на регистрации теплового излучения объекта, которое пропорционально температуре поверхности материала согласно закону Стефана-Больцмана. Излучение фиксируется чувствительным детектором (обычно пирометром), после чего осуществляется преобразование сигнала в значение температуры. Пирометрический датчик определяет температуру через соотношение интенсивности излучаемого тепла с температурой поверхности объекта.

Преимущества:

Бесконтактность: отсутствие прямого контакта датчика с расплавленным металлом снижает вероятность повреждения аппаратуры и повышает безопасность проведения измерений.
Высокая скорость реакции: мгновенное получение результатов позволяет оперативно корректировать технологические параметры.
Широкий диапазон измерений: от комнатных до высоких температур, характерных для процессов плавления металлов.

Недостатки:

Зависимость от эмиссионных свойств поверхности: точность зависит от коэффициента излучения (эмиссии) материала, который изменяется в зависимости от состава сплава, состояния поверхности и наличия загрязнений.
Влияние окружающей среды: пыль, дым, влажность воздуха влияют на результаты измерений, вызывая систематические ошибки.

2.2 Применение в металлургическом производстве

Инфракрасные датчики активно используются для мониторинга температур на всех этапах технологического цикла, включая загрузку шихты, процесс плавления, разливку и затвердевание металла. Особенно эффективно применение пирометров в случае нестабильной геометрии измеряемого объекта или быстро меняющихся условий рабочей зоны.

3. Термоэлектрический метод измерения температуры (метод термо-ЭДС)

3.1 Принцип работы

Данный подход базируется на эффекте Зеебека, заключающемся в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в цепи из разнородных проводников при нагревании места соединения контактов. Величина ЭДС определяется составом материалов пары и температурой перехода между ними. Путём калибровки пары материалов возможно прямое измерение температуры путём преобразования напряжения в показания градуса.

Преимущества:

Точность измерений: обеспечивается высокая воспроизводимость результатов.
Низкая чувствительность к внешним условиям: минимально подвержены влиянию факторов внешней среды, таким как запыленность.

Недостатки:

Контактный характер: необходимость погружения датчиков непосредственно в металл ограничивает область применения метода и увеличивает риск повреждений устройств.

3.2 Применение в металлургическом производстве

Термопар широко распространены в качестве контрольных элементов в печах дугового и индукционного типа, конвертерах обеспечивая мониторинг технологии.

4. Сравнительная характеристика методов

Сравнивая оба метода, важно учитывать специфику конкретной производственной ситуации и требования, предъявляемые к качеству измерений.

Из приведенной таблицы видно, что выбор метода должен основываться на конкретных особенностях производственного процесса и имеющихся технических ресурсах предприятия.

Выводы и рекомендации
На основании выше сказанного можно сделать вывод, что каждый из рассмотренных методов имеет свои сильные стороны и ограничения. Выбор конкретного способа измерения температуры жидкого металла должен осуществляться исходя из особенностей технологии, требований к точности, экономических соображений и уровня автоматизации производства.
Рекомендуется комбинирование обоих подходов, когда контактные датчики обеспечивают точное регулирование рабочих параметров, а инфракрасные средства служат для оперативного мониторинга и аварийного предупреждения отклонений от заданных значений.
Таким образом, комплексное внедрение современных технологий измерения температуры способствует повышению качества выпускаемой продукции, увеличению производительности и снижению себестоимости производства.