Контроль качества сталеплавильного производства

Когда слышишь про контроль качества сталеплавильного производства, многие представляют лабораторию с пробирками, но на деле всё начинается у конвертера с краном в руке. Мы в 98-м на ММК пробовали внедрять японскую систему TQM — красивые графики, а плавка всё равно шла 'вразнос'. Потом поняли: без понимания физики процесса даже идеальные нормативы не работают.

Температурные режимы и где мы теряем точность

Вот смотрите: для низколегированной стали 09Г2С диапазон выпуска °C, но если замер делать в пяти метрах от желоба, погрешность уже ±20 градусов. Как-то раз в 2016 на ЭСПЦ №2 Криворожстали из-за этого получили брак партии свариваемых труб — газовые пузыри в зоне термического влияния. Пришлось резать 300 тонн готового проката.

Сейчас многие цеха переходят на пирометры, но не все учитывают задымленность. Наша бригада года три тестировала оборудование от ООО Шэньян Тэнъи Электроникс — их инфракрасные датчики с системой компенсации запылённости показывают стабильность даже при работе дуговых печей. Хотя в первые месяцы были нарекания на калибровку — пришлось их технологов вызывать, совместно дорабатывать методики измерений.

Кстати, про калибровку — это отдельная боль. По ГОСТу сверяем по эталонному излучателю раз в квартал, но на практике после 2000 циклов оптику надо чистить ежесменно. Один раз мастер смены забыл про техкарту — так у нас три дня химический состав шёл в допуске, а температура плавления 'плыла'. Вскрылись несоответствия только при пресс-испытаниях поковок.

Химический анализ: от пробоотбора до спектрометра

Спектрометры сейчас стоят везде, но пробу кто брать учил? Видел как-то на мини-заводе в Липецке — молодой инженер зачерпнул ковшом с поверхности. А там шлаковая плёнка, естественно, анализ на кремний завышенный. Потом полтора часа искали причину расхождений с плавильной программой.

Мы с 2020 внедрили автоматические пробоотборники с аргоновой продувкой — снизили погрешность по сере до 0.002%. Но вот с определением азота до сих пор проблемы — либо вакуумные камеры подтекают, либо стандарты образцовые не те. Немцы из Spectro предлагали свою систему, но их оборудование слишком капризное для наших условий.

Запомнился случай на разливке непрерывным литьём — при нормальном химическом составе вдруг пошли трещины по оси слитка. Оказалось, мешала проба взята была не в тот момент, прошла ликвация алюминия. Пришлось пересматривать всю схему отбора — теперь берём три пробы с интервалом в 40 секунд.

Шлаковый режим — недосмотр с последствиями

В учебниках пишут про основность шлака 2.8-3.2, но никто не объясняет, как её держать при переплаве лома с цинковым покрытием. В 2019 на ДМЗ пришлось экстренно менять футеровку конвертера — цинк 'съел' магнезитовый кирпич за 12 плавок. Сейчас для такого лома применяем двухстадийную дефосфорацию с подшихтовкой извести порциями.

Контроль вязкости шлака — отдельная тема. Лаборанты обычно смотрят по цвету и текучести, но при переходе на новый состав шихты это не работает. Пришлось закупать вискозиметры Rotational — дорого, но дешевле чем переделывать брак по пузырям.

Кстати, про ООО Шэньян Тэнъи Электроникс ещё вспомнил — их система мониторинга температуры в зоне шлакового окна помогла выявить перегрев футеровки на Уральской Стали. Технологи сначала не верили, пока тепловизор не подтвердил аномалию в 270°C на участке пятого пояса.

Дефекты которые не увидеть в сертификате

Вся документация может быть идеальной, а сталь не пройдёт ультразвуковой контроль. У нас в прошлом месяце такая история с толстолистовым прокатом для мостостроения — макроструктура в норме, а при акустике вышли неметаллические включения вдоль волокна. Причина — неравномерное охлаждение в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.

С неметаллическими включениями вообще отдельная история. По старым методикам определяли только оксиды, а сейчас ещё и нитриды титана считают. Их ведь до 5 микрон могут быть — не влияют на прочность, но для штамповки критично. Пришлось менять технологию раскисления — перешли на комбинированное раскисление алюминием и кальцием.

Интересно, что после внедрения системы непрерывного измерения температуры от ООО Шэньян Тэнъи Электроникс смогли снизить количество крупных включений на 18% — оказалось, при точном контроле температурного поля лучше идет флотация примесей.

О чём молчат технологические карты

В картах пишут 'выдержать 25 минут', но не объясняют, что при смене поставщика ферросплавов время раскисления может меняться вдвое. Мы на КМК заводе три месяца собирали статистику по каждому плавильщику — оказалось, опытные сталевары по кипению шлака определяют момент выпуска точнее любых расчётов.

Ещё пример — продувка аргоном через пористый стакан. По регламенту 12-15 минут, но если температура ниже 1580°C, газ идёт пузырями вместо ламинарного потока. Пришлось вносить поправки в зависимости от марки стали — для подшипниковых сталей вообще уменьшили время до 8 минут.

Сейчас многие внедряют ИИ для прогнозирования качества, но без базы данных по реальным процессам это бесполезно. Мы с коллегами из ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как-раз обсуждали интеграцию их систем температурного контроля с нейросетью — пока сыровато, но для прогноза содержания углерода уже даёт погрешность всего 0.03%.

Что в сухом остатке

Главная ошибка — пытаться автоматизировать контроль качества сталеплавильного производства без понимания технологии. Видел десятки 'цифровых решений', которые не учитывают банальный измерь лома или влажность ферросплавов.

С другой стороны, без современного оборудования тоже нельзя — тот же инфракрасный пирометр даёт в 3 раза меньше расхождений чем оптические. Но покупать нужно не 'самое точное', а то которое выдержит условия цеха. У нас например из иностранного работает только оборудование с IP68, остальное выходит из строя за полгода.

По опыту скажу — идеальной системы не существует. Даже с лучшими датчиками и ПО всё равно нужен человек у печи который почувствует что 'что-то не так'. Может поэтому до сих пор в каждой смене есть сталевары которые по звуку плавки определяют больше чем компьютеры по сотне параметров.