Непрерывное измерение температуры жидкой стали с помехозащищённостью

Если честно, когда слышишь про непрерывное измерение температуры жидкой стали, первое что приходит в голову — это идеализированные графики с заводских презентаций, где кривые идут плавно как шелк. На практике же в цеху всё иначе: тот же конвертер или разливочный пролет создают такие электромагнитные помехи, что обычные пирометры выдают либо хаотичные скачки, либо вообще залипают на одном значении. Многие до сих пор считают, что главное — точность датчика, а на помехозащищённость можно забить. Ошибаются.

Почему стандартные решения не работают при контакте с жидким металлом

В 2018 мы тестировали на ММК один немецкий пирометр — вроде бы по паспорту погрешность ±2°C. Но как только запускали продувку, стрелка начинала прыгать в диапазоне 50 градусов. Локализовали проблему: кабель проходил в 3 метрах от силовых шин дуговой печи. Переуложили — стало лучше, но всё равно при сливе шлака появлялись выбросы. Вывод: без многоуровневой защиты даже дорогая техника превращается в бесполезный железный ящик.

Кстати, про кабели — это отдельная боль. Экранирование помогает лишь отчасти, особенно если речь идет о высокочастотных помехах от тиристорных преобразователей. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' для таких случаев разработали схему с двойной витой парой и ферритовыми кольцами прямо в переходных муфтах. Не панацея, но на 70% снижает уровень наводок.

Самое неприятное — когда помехи носят эпизодический характер. Один раз видел, как система стабильно работала две недели, а в день сдачи акта приемки начала выдавать артефакты каждые 10 минут. Оказалось, соседний цех запустил новый пресс — и его частотный преобразователь резонировал с нашей аппаратурой. Пришлось экранировать уже весь шкаф управления.

Инфракрасные технологии: между теоретическими возможностями и цеховой реальностью

Инфракрасное измерение — не новость, но с жидкой сталью есть нюансы. Например, пары оксидов металлов над ковшом создают переменную оптическую плотность. Если не компенсировать это динамически, получим систематическую погрешность до 30°C. Наш инженер Вадим как-то предложил использовать два детектора с разной спектральной чувствительностью — один для фоновой коррекции, второй для основного замера. Сработало, хотя пришлось переписывать алгоритм калибровки.

Кстати, про ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' — мы изначально специализировались именно на ИК-технологиях для металлургии, поэтому хорошо знаем, как ведут себя оптические системы в агрессивных средах. На сайте https://www.tengyidianzi.ru есть технические заметки про наши наработки по компенсации запыленности — рекомендую глянуть, если столкнулись с похожей проблемой.

Термостойкие стекла в защитных гильзах — еще один критичный момент. Стандартный кварц мутнеет через 2-3 месяца постоянного контакта с брызгами шлака. Пришлось совместно с челябинским институтом разрабатывать многослойное покрытие с добавлением оксида иттрия. Дороже, но срок службы вырос до года даже при работе у МНЛЗ.

Аппаратные и программные методы подавления помех

Фильтры низких частот — это база, но слепо применять готовые решения нельзя. Например, при измерении в кристаллизаторе нужна быстрая реакция на температурные изменения, а сильно загрубленный фильтр будет 'прятать' реальные перепады. Мы используем адаптивные алгоритмы: при спокойном ходе процесса полоса пропускания узкая, при резких изменениях — автоматически расширяется.

Цифровая обработка — это не только про программные фильтры. Например, реализовали схему с двумя АЦП: один работает в нормальном режиме, второй — с 10-кратным усилением для регистрации слабых сигналов. Если основной канал зашкаливает от помех, система временно переключается на резервный с коррекцией по заранее построенной характеристике.

Иногда помогает простая физика. Разместили датчик не напротив струи, а под углом 30 градусов — и электромагнитное влияние контура снизилось на 40%. Такие вещи в учебниках не пишут, только опытным путем.

Полевые испытания и типичные ошибки монтажа

Самая распространенная ошибка — экономия на монтажных конструкциях. Видел случаи, когда датчик крепили на обычную стальную полосу без терморазрыва. Через сутки геометрия менялась, луч смещался на 15-20 см от расчетной точки. Теперь всегда используем компенсационные пластины из инвара.

Системы воздушного обдува — казалось бы, элементарный узел, но именно здесь чаще всего происходят сбои. Фильтры забиваются окалиной за смену, а без регулярной чистки оптическое окно покрывается налетом. Мы в последних проектах ставим датчики перепада давления на фильтрах — при загрязнении выдается предупреждение оператору.

Калибровка в полевых условиях — отдельная история. Многие пытаются использовать эталонные термопары, забывая про тепловую инерцию. Получают расхождение в 50 градусов и грешат на основной датчик. Наш метод: калибруем по затвердеванию проб металла — хоть и дольше, но надежнее.

Перспективы развития и нерешенные проблемы

Сейчас экспериментируем с распределенными системами — когда несколько датчиков работают в едином контуре измерения. Если один выдает аномалию, его показания игнорируются, а расчет ведется по остальным. Пока тесты на ЧМК показали увеличение надежности на 15-20%, но есть сложности с синхронизацией данных.

Искусственный интеллект — модная тема, но в наших условиях пока больше маркетинг чем практика. Пытались обучать нейросеть распознавать помехи по форме сигнала, но для устойчивой работы нужны тысячи часов размеченных данных. Пока остановились на гибридном подходе: классические фильтры + простые классификаторы аномалий.

Самое сложное — измерение в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ. Переменная плотность окалины, водяные пары, вибрации... Тут даже наши системы иногда 'плавают'. Возможно, нужно комбинировать ИК-метод с контактными датчиками нового типа — ведутся переговоры с НИИМетмаш о совместных испытаниях.

Экономика и надежность: поиск баланса

Когда говорят про стоимость систем, часто сравнивают только цену оборудования. Но на деле простой конвертера из-за ложного срабатывания термодатчика обходится дороже, чем вся система мониторинга за год. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' всегда показываем заказчикам этот расчет — тогда и разговоры про 'дорого' прекращаются.

Надежность — это не только про аппаратуру. Провели анализ: 60% отказов связаны с человеческим фактором — от неправильной очистки оптики до некорректных настроек. Теперь для каждого объекта разрабатываем не только техническое задание, но и подробные регламенты эксплуатации.

Срок окупаемости при грамотной реализации — от 8 месяцев. Основная экономия за счет снижения брака и экономии энергоресурсов. На Северстали после внедрения нашей системы удалось снизить перегрев металла в ковше на 20°C — только на электроэнергии экономия 1.2 млн рублей в месяц.