Система непрерывного радиационного измерения температуры при непрерывной разливке

Вот эта тема с непрерывным радиационным измерением на МНЛЗ — вечно у новичков вызывает иллюзию, что всё решает дорогой пирометр. А по факту 70% проблем в обвязке: оптические окна закоптились, водяное охлаждение подтекает, или вибрация сбивает настройки. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' как-раз через такие грабли прошли, когда на КМЗ ставили первую систему — там термопары постоянно выходили из строя из-за брызг металла, а радиационный метод вроде бы решал проблему, но свои нюансы появились.

Принципиальные отличия от контактных методов

Если брать классические термопары на кристаллизаторе — их ресурс редко превышал 2-3 плавки. Особенно на малых сечениях заготовки, где контакт с водой неизбежен. А вот радиационное измерение температуры теоретически позволяло уйти от механического контакта, но на практике требовало ювелирной настройки излучательной способности. Помню, на одном из заводов в Новокузнецке пытались взять стандартные значения для стали — получили расхождение в 80°C с реальностью.

Ключевой момент — не просто поставить пирометр, а интегрировать его в систему водяного охлаждения. У нас в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' для таких случаев делают спецкорпуса с двойным стеклом и продувкой аргоном. Но даже это не панацея: если температура в зоне измерения скачет из-за неравномерного охлаждения, показания всё равно будут 'прыгать'. Приходится ставить несколько датчиков по периметру и усреднять с весовыми коэффициентами.

Иногда помогает нестандартный ход — например, использовать два спектральных диапазона вместо одного. Но это уже для особых случаев, когда в составе стали есть элементы с нестабильной излучательной способностью. В прошлом году на установке вертикальной разливки как раз такая история была — пришлось переходить на двухцветный пирометр, хотя изначально проект предусматривал обычный.

Проблемы калибровки в промышленных условиях

Самое сложное — не лабораторная поверка, а поддержание точности в цехе. Пыль, пар, вибрация — всё это смещает характеристику на 1-2% в месяц. Мы в Tengyidianzi даже разработали мобильный калибровочный модуль, который можно подключать без остановки машины. Но и тут есть нюанс: если оптический тракт забился окалиной, никакая калибровка не поможет.

Особенно критичен момент первого пуска. Как-то на новом стане в Череповце пришлось трижды переделывать систему крепления датчиков — вибрация от механизма подачи роликов вызывала микросдвиги в оптике. В итоге сделали демпфирующие прокладки из жаростойкой резины, но пришлось пожертвовать скоростью отклика.

Ещё одна частая ошибка — не учитывать температурный дрейф электроники. Даже с термостабилизацией, когда рядом работает оборудование с тепловыделением в 5-6 кВт, появляются погрешности. Сейчас всегда ставим выносные блоки обработки сигнала в отдельном шкафу с принудительным охлаждением.

Влияние технологических параметров разливки

Скорость литья — тот параметр, который больше всего влияет на достоверность измерений. При резком изменении скорости столб жидкого металла в кристаллизаторе 'играет', и фиксировать температуру в одной точке становится бессмысленно. Приходится использовать сканирующие системы, но они сами по себе создают дополнительные проблемы с юстировкой.

Состав защитного шлака — отдельная головная боль. Если слой шлака слишком толстый, он работает как светофильтр и искажает спектральные характеристики. Как-то на разливке легированных сталей столкнулись с аномалией — пирометр показывал заниженную температуру, хотя визуально было понятно, что перегрев. Оказалось, оксиды хрома в шлаке создавали селективное поглощение в рабочем диапазоне датчика.

Температура охлаждающей воды — кажется, мелочь, но на точности сказывается. Если вода в рубашке кристаллизатора подаётся с переменной температурой, это меняет тепловой поток и соответственно — распределение температур в измеряемой зоне. Теперь всегда ставим дополнительный датчик на входе воды и вводим поправочный коэффициент.

Особенности интеграции с АСУ ТП

Совместимость с существующими SCADA-системами — вечная головная боль. Большинство цеховых АСУ ТП работают на устаревших протоколах, а современные пирометры выдают данные по Ethernet. Приходится использовать шлюзы, что добавляет задержку в передаче данных. В ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' для таких случаев разработали универсальный преобразователь протоколов, но и он не всегда спасает.

Цикл обработки данных — тут важно найти баланс между скоростью и стабильностью. Слишком быстрое обновление показаний даёт шум, слишком медленное — запаздывание для системы управления. Обычно выбираем период 0.5-1 секунду с цифровой фильтрацией, но параметры фильтра подбираем индивидуально под каждую МНЛЗ.

Резервирование каналов — на критичных участках ставим два датчика с независимыми трактами. Но это порождает новую проблему: что делать, если показания начинают расходиться? Приходится вводить сложную логику принятия решений, иногда с привлечением данных с других датчиков (например, расхода воды или положения заслонок).

Практические кейсы и неочевидные решения

На одном из заводов Урала столкнулись с интересным эффектом: при работе на пониженных скоростях разливки система непрерывного радиационного измерения начинала выдавать завышенные значения. Долго искали причину — оказалось, при малых скоростях формировался неравномерный слой затвердевшей корки, который создавал аномальную излучательную способность. Решили введением поправочной таблицы для разных режимов.

Ещё случай — на установке с криволинейным кристаллизатором постоянно были проблемы с зоной измерения вблизи внутреннего радиуса. Там всегда скапливался шлак и искажал показания. Помогло только смещение точки измерения плюс установка дополнительной газовой продувки.

Сейчас пробуем комбинированный подход: радиационный метод плюс термопары сопротивления в менее критичных зонах. Получается дешевле и надёжнее, хотя и требует более сложной калибровки. В перспективе думаем над использованием ИИ для компенсации систематических погрешностей — уже собрали достаточно данных для обучения моделей.

Перспективы развития технологии

Сейчас вижу тенденцию к многозонным системам — когда на одну МНЛЗ ставят до 10-12 измерительных головок с перекрывающимися зонами контроля. Это позволяет строить температурные карты в реальном времени, но требует серьёзных вычислительных мощностей. В ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' как раз ведём разработку такого комплекса для нового стана в Липецке.

Интересное направление — гибридные системы, где радиационные измерения дополняются акустическими или лазерными методами. Пока это лабораторные разработки, но лет через пять могут выйти на промышленный уровень. Основная сложность — разность физических принципов требует принципиально новых подходов к обработке сигналов.

Лично я считаю, что будущее за распределёнными интеллектуальными датчиками с самодиагностикой и адаптацией под изменяющиеся условия. Но пока это упирается в стоимость и надёжность элементной базы для металлургических цехов. Хотя отдельные компоненты мы уже тестируем на экспериментальных установках.