Система мониторинга температуры жидкой стали

Когда говорят про контроль температуры стали, половина цеховых инженеров до сих пор путает пирометры общего назначения со специализированными системами непрерывного измерения. Помню, на 'Северстали' в 2018 году пытались адаптировать немецкий пирометр для кристаллизатора — получили погрешность в 40°C из-за пара и окалины.

Принципы построения измерительного контура

Ключевая ошибка — ставить датчики по принципу 'лишь бы ближе к ковшу'. Для жидкой стали нужен трёхточечный замер: зона выпуска из печи, промежуточный ковш и кристаллизатор. Наш опыт на ММК показал, что перепад между этими точками может достигать 80°C даже при штатной работе.

Инфракрасные датчики должны работать в связке с системой продувки — без азотной завесы оптику забивает мелкодисперсная пыль за 2-3 часа. Кстати, именно здесь провалилась первая версия мониторинга от ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' в 2019 году: датчики выдерживали температуру, но не учитывали скорость потока шлака.

Сейчас в их новых моделях (например, серия TY-4000) сделали композитные окна с двойной продувкой — решение очевидное, но до него три года шли методом проб. Хотя до идеала ещё далеко: при резком скачке температуры выше 1650°C система всё равно теряет точность на 1,5-2%.

Проблемы калибровки в промышленных условиях

Калибровка по чёрному телу — это теория. В реальности эталонный излучатель покрывается налётом после 20-30 замеров. Мы на 'НЛМК' раз в смену протирали эталон термостойкой салфеткой, но это кустарщина.

Особенно критичен момент перехода от измерений в печи к контролю в кристаллизаторе. Там где появляется неравномерная корка шлака, даже корректировка по коэффициенту излучения не помогает. Приходится вводить поправочные коэффициенты опытным путём — у нас на каждый тип разливки свой набор поправок.

Вот тут как раз полезны разработки Тэнъи — их ПО автоматически строит корреляционные графики на основе истории плавок. Хотя в 2022 году был курьёз: после смены марки огнеупоров система выдавала стабильное отклонение в 15°C, пока не переучили алгоритм.

Аппаратные ограничения и решения

Медные теплоотводы — это прошлый век. Сейчас ставим керамические изоляторы с принудительным охлаждением, но летом при +45°C в цехе всё равно срабатывает тепловая защита. На Китайской доменной печи №3 вообще перешли на жидкостное охлаждение от Тэнъи — дорого, но зато смогли поднять порог непрерывной работы до 72 часов.

Кабельные трассы — отдельная головная боль. Вибрация от механизмов непрерывной разливки выводит из строя разъёмы за 4-6 месяцев. Перешли на беспроводные модули, но тогда возникли задержки передачи данных — для кристаллизатора это критично.

Сейчас тестируем гибридную систему: основные датчики по проводам, резервные — по радиоканалу. В протоколе передачи добавили временные метки с точностью до 0,1с — это позволяет синхронизировать замеры даже при потере пакетов данных.

Особенности работы с разными марками стали

Для низкоуглеродистых сталей достаточно контролировать температуру с точностью ±5°C. А вот для инструментальных сталей уже нужны ±2°C — иначе перемены в структуре слитка. Как-то раз на заводе 'Электросталь' из-за расхождения в 3°C пришлось переплавлять 12 тонн стали — система мониторинга не учла тепловую инерцию при добавлении ферросплавов.

Нержавейка — отдельная история. Из-за высокого содержания хрома коэффициент излучения плавает в процессе выдержки. Приходится использовать спектральные пирометры с коррекцией по линии 850 нм — такие как в комплексах от Тэнъи, но их ПО требует тонкой настройки под каждую марку.

Самое сложное — это скоростная разливка алюминиевых сталей. Там температура должна держаться в коридоре всего 8-10°C, при этом постоянно активны системы магнитного перемешивания. Наш технолог как-то шутил, что это похоже на попытку измерить температуру кипящей воды ложкой.

Интеграция с системами управления плавкой

Совместимость с АСУ ТП — вечная проблема. Протоколы Modbus хороши для общих данных, но для термопар нужны специализированные интерфейсы. Мы в итоге разработали шлюз на базе OPC UA, который агрегирует данные с датчиков Тэнъи и наших старых систем.

Самое ценное — когда система мониторинга температуры начинает прогнозировать тепловые потери. По накопленной статистике из 2000 плавок мы вывели эмпирическую формулу коррекции температуры выпуска — теперь при смене футеровки печи автоматически меняются уставки.

Кстати, о футеровке — её износ сильно влияет на тепловой баланс. Раньше мы не связывали эти данные, пока в Тэнъи не предложили встроить в их софт модуль учёта состояния огнеупоров. Теперь по градиенту температур вдоль стенки ковша можем предсказать необходимость ремонта с точностью до 5-7 плавок.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с распределёнными датчиками по всей длине желоба — это даёт объёмную тепловую карту потока. Пока стабильность оставляет желать лучшего: электромагнитные помехи от миксеров 'забивают' сигнал.

Интересное направление — комбинированные системы, где ИК-датчики дополняются контактными термопарами в критических точках. Но тут возникает проблема разницы во времени отклика — контактные датчики запаздывают на 2-3 секунды.

Думаю, следующий прорыв будет связан с многоспектральным анализом. Уже сейчас в лабораторных условиях удаётся по спектру излучения определять не только температуру, но и примерный химический состав. Если Тэнъи смогут адаптировать это для промышленных условий — будет революция в контроле качества.