Система непрерывного радиационного измерения температуры при непрерывной разливке заводы

Если честно, до сих пор встречаю технологов, которые путают радиационные пирометры с контактными термопарами в конвертерных цехах. В прошлом месяце на Череповецком ММК снова пытались заменить наш радиационный измеритель на кип-кольцевой датчик — результат предсказуем: погрешность в 40°C и брак партии слябов. Именно поэтому в 2023 году мы с коллегами из ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' модернизировали три системы контроля на Новолипецком комбинате, где сейчас работают пирометры серии TGY-800X.

Физические ограничения и технологические парадоксы

Основная проблема — не излучение само по себе, а условия эксплуатации. Запылённость в зоне МНЛЗ достигает 80 г/м3, а водяной пар от системы охлаждения кристаллизатора создаёт переменный коэффициент поглощения. Наш инженер Михаил как-то раз показал спектрограммы с завода 'Северсталь': в диапазоне 8-14 мкм наблюдались провалы до 60% при нормативной погрешности в 2.5%.

Кстати, о калибровке. Многие забывают, что для радиационных методов нужен не периодический контроль, а динамическая коррекция через каждые 4 часа работы. В 2022 году на Электростали пытались экономить на этом — в итоге пришлось переплавлять 120 тонн непрерывнолитой заготовки из-за расхождения в 28°C между пирометром и реальной температурой в промежуточном ковше.

Особенно критичен участок между кристаллизатором и зоной вторичного охлаждения. Там перепад температур достигает 200°C на метр, а толщина окалины меняется каждые 15 секунд. Наш непрерывный контроль как раз учитывает эммисситивность окалины через адаптивный алгоритм — в протоколах испытаний на КМК это дало стабильность ±3°C против ±12°C у немецких аналогов.

Практические кейсы внедрения

На сайте https://www.tengyidianzi.ru мы публикуем только проверенные данные, но реальные цифры часто отличаются. Например, в цехе №4 Магнитки при установке системы TGY-815V выяснилось, что вибрация от механизма подачи слитков создаёт артефакты измерения. Пришлось разрабатывать демпфирующие кронштейны — сейчас этот опыт внесён в технические требования для всех наших поставок.

Интересный случай был на Западно-Сибирском металлургическом комбинате. Там технологи настаивали на установке пирометров прямо над зоной вторичного охлаждения. Но при тестовых запусках выявили: капли воды создают эффект линзы, искажая показания на 15-20°C. Решение оказалось простым — сместили точки измерения на 0.7 метра от зоны распыления, добавили воздушную завесу.

Самое сложное — убедить персонал доверять автоматике. Помню, на одном из уральских заводов старший плавильщик 30 лет вручную определял температуру 'на глаз' по цвету струи. Когда наш система непрерывного радиационного измерения показала расхождение в 45°C с его оценкой, сначала решили что оборудование бракованное. Потом провели выборочную проверку термопарами — оказалось, что у мастера развилась профессиональная дальтонизация.

Аппаратные особенности и модернизация

Современные пирометры должны работать при температуре окружающей среды до 80°C. В 2021 году мы тестировали прототип TGY-830HT в листопрокатном цехе — через 2 недели отказал блок обработки сигнала из-за перегрева. Пришлось полностью пересматривать систему охлаждения, добавили тепловые трубки с принудительной конвекцией.

Разрешение — отдельная тема. Для контроля температуры в кристаллизаторе достаточно 5 Гц, но в зоне вытягивания слитка уже нужно 100 Гц. Наши последние разработки в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' используют гибридную систему: базовый мониторинг на 5 Гц + импульсный режим 200 Гц при обнаружении аномалий. Это снизило нагрузку на сеть в цехе №3 НЛМК на 40%.

Мало кто учитывает энергопотребление. Старые радиационные системы потребляли до 3 кВт на точку измерения, наши текущие модели — 850 Вт. Но это всё равно требует отдельной линии электропитания, что часто становится сюрпризом для службы главного энергетика.

Метрологические нюансы

Поверка — вечная головная боль. Госповерители требуют погрешность 0.5%, но в производственных условиях достижимо лишь 1.2-1.8%. Приходится заключать отдельные техприемочные протоколы с заводскими лабораториями. Кстати, наш отдел разработки как раз ведёт работу над сертификацией методики поверки в условиях реальной эксплуатации.

Дрейф нуля — бич всех радиационных систем. В TGY-800X мы применили компенсационный метод с эталонным источником, но на практике оказалось, что нужна калибровка не раз в сутки, а каждые 8 часов. Особенно в цехах с высокой запылённостью — частицы оседают на оптике и меняют коэффициент пропускания.

Интересно, что температурный дрейф самого пирометра часто важнее дрейфа измерительного тракта. При тестах в условиях Сибири (-25°C в зимний период) обнаружили сдвиг на 0.3°C/°C. Решили установкой термостатирующих кожухов с подогревом — добавило 15% к стоимости, но сохранило точность.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с многоспектральными методами. Классические радиационные пирометры работают в одном диапазоне, а это плохо для измерения температуры через дым и пар. Наш новый прототип использует три спектральных канала 3.9, 5.2 и 10.6 мкм — первые испытания на КМК показали устойчивость к помехам от системы орошения.

Искусственный интеллект — модно, но не всегда эффективно. Пытались внедрить нейросеть для прогнозирования температурного профиля по ходу разливки. На обучающей выборке из 2000 плавок точность была 99.7%, но в реальных условиях смена шихты или футеровки давала ошибки до 8%. Вернулись к адаптивным ПИД-регуляторам.

Самое перспективное направление — совмещение данных радиационного контроля с акустической диагностикой. В прошлом году совместно с ЦНИИчермет им. Бардина провели эксперимент: корреляция между температурой поверхности и резонансными частотами колебаний слитка достигла 0.89. Это может стать основой для принципиально новых систем диагностики.

Экономика и эксплуатация

Срок окупаемости систем обычно 1.5-2 года, но есть нюансы. Например, на заводе с устаревшим оборудованием модернизация требует замены не только пирометров, но и кабельных трасс. В проекте для Ашинского металлургического завода это увеличило смету на 35%.

Обслуживание — отдельная статья расходов. Чистка оптики раз в смену, калибровка раз в неделю, полная поверка раз в квартал. Многие недооценивают эти затраты, а потом удивляются, почему через полгода работы погрешность превышает допустимую.

Интеграция с АСУ ТП — больное место. Наши системы обычно работают через OPC UA, но на старых заводах до сих пор используют Modbus RTU. Приходится ставить шлюзы, что создаёт задержки в передаче данных до 500 мс — для непрерывного контроля температуры это критично.

В итоге хочу сказать: любая система непрерывного радиационного измерения температуры — это не просто прибор, а сложный технологический комплекс. Даже лучшая аппаратура бесполезна без грамотной эксплуатации и понимания физических процессов в кристаллизаторе. Наш опыт с ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' показывает — успех внедрения на 60% зависит от подготовки персонала и только на 40% от технических характеристик оборудования.