Система непрерывного инфракрасного измерения температуры жидкой стали производитель

Когда слышишь про систему непрерывного инфракрасного измерения температуры, половина цеховых инженеров сразу представляет себе этакий волшебный термометр — поднес к ковшу и готово. А на деле даже у проверенного производителя вроде нашей 'Шэньян Тэнъи Электроникс' каждый новый запуск — это десятки часов настройки фильтров от пара да калибровку под конкретную марку стали.

Почему обычные пирометры не работают с жидким металлом

В 2018 на одном из уральских комбинатов пытались адаптировать немецкий стационарный пирометр для лазерной резки. Казалось бы — тот же ИК-диапазон, те же 1000+ градусов. Но через два дня плавки оптику затянуло оксидной пленкой так, что погрешность пошла на сотни градусов. Именно тогда мы с коллегами из Тэнъи начали экспериментировать с принудительной продувкой азотом — не как в паспорте пишут '1-2 л/мин', а настоящим турбулентным потоком, который отбрасывает дымку от поверхности металла.

Кстати, о погрешностях. Многие забывают, что жидкая сталь — это не идеальное черное тело. При переходе от 1500 к 1600°С коэффициент излучения меняется скачком, особенно в низкоуглеродистых марках. Наш старший технолог как-то полгода собирал таблицу поправок для разных марок — сейчас это вшито в прошивку наших станций, но до сих пор для новых сплавов приходится делать полевые замеры термопарами.

Самое сложное — не сам замер, а непрерывность. В конвертерном производстве, где цикл 40-50 минут, система должна держать фокус при наклонах ковша до 120 градусов. Мы в 2020 ставили эксперимент с трехточечным креплением датчиков — один основной, два резервных с перекрытием зон обзора. Сработало, но пришлось полностью перепроектировать систему охлаждения.

Как мы провалили первый промышленный запуск в Челябинске

В 2019 поставили пробную систему на ММК — все по учебнику: германские объективы, наш софт, японские приемники излучения. Через три дня — звонок: 'Показывает 1420°, а по контрольной пробе 1535°'. Приезжаем — оказывается, при монтаже не учли вибрацию от кислородных фурм. Каждые 12 минут конвертер трясло так, что фокусировка сбивалась на 3-4 угловых минуты.

Пришлось экстренно разрабатывать демпфирующие площадки с пневмоподвеской. Сейчас это стандартная опция для всех наших поставок, но тогда две недели ночевали в цеху, подбирая жесткость пружин. Зато после этого случая ввели обязательный виброанализ площадки перед монтажом.

Еще один нюанс — тепловые линзы. При температуре окружающей среды выше 45°С (а в сталелитейных цехах у конвертера бывает и 70) возникают потоки горячего воздуха перед объективом. Они искажают ИК-лучи сильнее, чем заводская пыль. Решили установкой мини-тепловых завес — тонкий поток азота постоянной температуры создает как бы 'окно' в задымленной атмосфере.

Почему китайские аналоги не выдерживают русской зимы

В 2021 пробовали сравнивать нашу систему с одним известным брендом из Цзянсу. Их датчики отлично работали при -10°С в цеху, но когда в Магнитогорске ударили -35°С (а цех не отапливается в зоне разливки), электроника начала давать сбои. Оказалось, конденсат образуется не снаружи, а внутри плат — при резких перепадах от уличного холода к цеховой жаре.

У нас в Тэнъи после этого случая перешли на многослойную герметизацию с силикагелевыми карманами — дороже на 15%, зато последние два года ни одного отказа по климатическим причинам. Кстати, это одна из причин, почему мы разместили производство электронных компонентов в Шэньяне — там климат ближе к российским условиям, чем в южных провинциях Китая.

Сейчас тестируем новую схему с подогревом оптического тракта — не всего датчика, только передней линзы. Потребляет 40Вт, зато гарантирует отсутствие инея при переходе из холодного склада в горячий цех. Вроде мелочь, а из-за этого некоторые конкуренты теряют контракты.

Нюансы калибровки, о которых не пишут в инструкциях

Самый частый вопрос от клиентов — как часто калибровать. В паспорте пишем 'раз в квартал', но на практике для конвертерных цехов рекомендуем после каждой кампании футеровки — когда меняют огнеупоры, тепловой баланс всей системы сдвигается. Особенно заметно это стало на Новолипецком комбинате, где перешли на новые магнезитовые смеси.

Есть хитрость с эталонными термопарами. Их принято погружать на 30 см в металл, но мы обнаружили — при скорости литья выше 2 м/мин вихревые потоки вытягивают холодный кончик термопары к поверхности. Теперь ставим датчики под углом 15 градусов против потока — погрешность упала с 8-10°С до 2-3.

Еще один момент — автоматическая коррекция затухания. Когда между ковшом и датчиком проходит шлаковоз или другая техника, система должна не просто фиксировать 'потерю сигнала', а предсказывать временное падение прозрачности атмосферы. Мы для этого ввели алгоритм, анализирующий исторические данные по каждому цеху — сейчас он учится отличать проезд тележки от внезапного выброса дыма.

Что действительно важно в системе непрерывного контроля

Главное — не точность (±5°С против ±2°С у конкурентов), а стабильность показаний. На разливке куда важнее видеть тенденцию — остывает металл или перегрет — чем абсолютное значение с точностью до градуса. Наш софт как раз заточен под построение трендов с поправкой на скорость разливки и толщину стенки кристаллизатора.

Мало кто учитывает время отклика. В теории наши датчики выдают 10 замеров в секунду, но на практике цеховые сети не всегда пропускают такой поток. Пришлось разработать буферизацию данных прямо в контроллере — чтобы при обрыве связи система сохраняла последние 2 часа замеров. После восстановления канала данные синхронизируются с основной базой.

Сейчас работаем над интеграцией с системами АСУ ТП — чтобы наши показания температуры сразу влияли на скорость подачи алюминиевой проволоки или ферросплавов. Пока это пилотный проект на 'Северстали', но первые результаты обнадеживают — удалось снизить перерасход раскислителей на 7-8%.

Перспективы и ограничения технологии

Современные ИК-системы уже близки к физическому пределу точности — мешают флуктуации излучения самой стали. Дальше можно улучшать только алгоритмы компенсации помех. Мы в Тэнъи экспериментируем с нейросетями для фильтрации шумов — обучаем на тысячах часов видеозаписей плавок. Пока получается на 15% лучше стандартных цифровых фильтров.

Серьезное ограничение — прозрачность атмосферы. В цехах с газовыми горелками, где высокая влажность плюс пары масел, даже наши системы иногда 'слепнут'. Приходится ставить дополнительные вытяжные зонты — это удорожает проект на 20-30%, но альтернатив нет.

На будущее смотрим в сторону многоспектральных систем — когда измеряем не в одном ИК-диапазоне, а в трех одновременно. Это позволит компенсировать влияние дыма и паров без продувки газом. Пока такие решения в 3-4 раза дороже, но к 2025 году надеемся выйти на приемлемую стоимость.