Интеллектуальный прибор для измерения температуры жидкой стали

Когда слышишь про 'умные' пирометры для жидкой стали, сразу представляешь панель с кучей кнопок и графиков. Но на деле всё упирается в три вещи: как долго датчик проживёт в потоке расплава, насколько точно он считает инфракрасный спектр и можно ли его перекалибровать без остановки конвертера. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' десять лет ломали голову над тем, почему стандартные модели врут на 30-50°C при температуре выше 1500°C.

Почему обычные пирометры не справляются с жидкой сталью

Помню, в 2018 году на одном из уральских комбинатов пытались использовать немецкий переносной пирометр для замеров в ковше. Прибор показывал стабильные 1520°C, а по факту металл уже начинал 'закрываться'. Оказалось, пар и мелкие частицы окалины создавали погрешность, которую не учитывал алгоритм. Тогда мы начали экспериментировать с интеллектуальный прибор для измерения температуры, который анализирует не просто интенсивность излучения, а динамику его изменения в трёх диапазонах ИК-спектра.

Кстати, многие до сих пор путают — если в системе есть модуль Wi-Fi, это ещё не делает прибор 'интеллектуальным'. Речь именно о самообучающихся алгоритмах, которые учитывают изменение оптических свойств шлаковой плёнки. Наш инженер Вадим как-то раз показал на тестах: при толщине шлака больше 2 мм обычный пирометр занижает показания на 7-9%, а наша разработка корректирует расчёты с поправкой на поглощение.

Самое сложное — не сам датчик, а его 'мозги'. Мы в Tengyidianzi.ru перепробовали шесть типов процессоров, пока не остановились на схеме с двойной калибровкой. Первый контур работает в реальном времени, второй раз в смену сверяет данные с термопарой погружного типа. Да, это дороже, но зато исключены случаи, как в Челябинске, где из-за некорректных замеров перерасходовали ферросплавы на 12 тонн за месяц.

Как мы подбирали материал для защитной колбы

Кварц — отличный материал, но только не для непрерывного измерения. При циклических нагрузках выше 1550°C он мутнеет уже через 70-80 плавок. Пробовали сапфировые окна — держат дольше, но стоимость одного датчика взлетает до неприличия. В итоге разработали композит на основе оксида алюминия с добавлением иттрия. Не идеал, но хотя бы выдерживает 200 циклов без потери прозрачности.

Интересный момент: когда тестировали прототип в условиях реального цеха, обнаружили, что вибрации от кранового оборудования вызывают микросмещения оптической оси. Пришлось добавлять гироскоп в систему стабилизации. Сейчас этот модуль стал стандартом для всех наших интеллектуальный прибор для измерения температуры для металлургии.

Коллеги с 'Северстали' как-то спросили — а нельзя ли сделать съёмные защитные колбы, чтобы менять их без демонтажа всего узла? Сделали, но столкнулись с новой проблемой: при быстросъёмном соединении появляется зазор всего в 0.2 мм, но его хватает для проникновения паров цинка. Сейчас экспериментируем с магнитным уплотнением.

Полевые испытания в условиях кислородно-конвертерного цеха

Первый серьёзный тест был в 2021 году на ККЦ №4 Магнитки. Ставили два наших прототипа параллельно с японскими аналогами. Через трое суток японские датчики начали 'плыть' — дрейф показаний достиг 25°C, наши держались в пределах 5°C. Секрет оказался в системе самоочистки: мы использовали не продувку воздухом, а короткие импульсы инертного газа с подогревом до 200°C.

Самое неочевидное наблюдение: точность измерений сильно зависит от... расписания плавок. Когда цех работает в рваном ритме с частыми простоями, перепады температур вызывают конденсацию на оптике. Пришлось встроить подогрев не только основного объектива, но и смотрового окна.

Кстати, о температуре окружающей среды. В спецификациях обычно пишут 'до +85°C', но возле конвертера в пиковые моменты бывает и +120°C. Пришлось перепаивать всю электронную начинку на компоненты с военным допуском. Дорого, но дешевле, чем останавливать конвертер из-за сгоревшей платы.

Проблемы интеграции с АСУ ТП

Казалось бы, что сложного — передавать данные по Modbus. Но когда начали стыковать с немецкой системой управления, вылезли нюансы синхронизации времени. Наши приборы выдают данные с частотой 10 Гц, а местная SCADA обрабатывает не больше 5 Гц. Пришлось разрабатывать буферный модуль с кольцевым буфером на 1000 замеров.

Ещё забавный случай: на одном из заводов система безопасности блокировала 'подозрительно стабильные' показания. Оказалось, алгоритм определял их как залипший датчик. Теперь мы специально вносим случайный шум в младшие разряды — пусть система видит, что измерения 'живые'.

С подключением к Tengyidianzi.ru для удалённой диагностики тоже не всё гладко пошло. IT-отдел завода запрещал внешние соединения, пришлось разворачивать локальный сервер с репликацией данных раз в сутки через физические носители. Неудобно, но зато прошло все проверки безопасности.

Экономика против точности

Когда считаем окупаемость, всегда смотрим не на стоимость прибора, а на стоимость ошибки измерения. Погрешность в 10°C при доводке стали — это перерасход ферросплавов на 300-500 рублей на тонну. Умножаем на месячный объём — получаются суммы, ради которых стоит вкладываться в интеллектуальный прибор для измерения температуры.

Но есть и обратная сторона: некоторые технологи сознательно завышают температурные показатели — так проще выполнить план по выплавке. Наши логи с возможностью аудита как раз помогают выявить такие случаи. Правда, не все цеха готовы к такой прозрачности.

Сейчас работаем над удешевлением системы для малых печей. Там требования к точности ниже, зато важнее простота обслуживания. Делаем версию с заменяемыми модулями — если сломался датчик, техник может поменять его без калибровки всей линии.

Что в итоге получилось

За три года наработки отказа снизили с 3.2% до 0.7%. Не идеал, но для условий конвертерного цеха — приемлемо. Главное достижение — удалось убедить металлургов, что интеллектуальный прибор для измерения температуры это не просто 'пирометр с компьютером', а система, которая учится на своих ошибках.

Сейчас тестируем нейросеть для прогнозирования износа защитных стёкол. Если получится предсказывать необходимость замены за 2-3 плавки до критического помутнения — сократим простои на 15-20 минут в месяц. Для конвертера это дополнительная тонна стали за год.

Коллеги из ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' продолжают улучшать алгоритмы — недавно добавили поправку на содержание марганца в расплаве. Мелкая деталь, а точность подросла ещё на 1.5%. В металлургии ведь как — каждый градус на счету.