Система сканирующего инфракрасного измерения температуры жидкой стали

Когда слышишь про систему сканирующего инфракрасного измерения температуры, многие представляют себе просто пирометр побольше — и это главная ошибка. На деле это сложный организм, где каждый сбой в оптике или алгоритмах обработки сигнала приводит к катастрофическому разбросу показаний. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' через это прошли — знаем, как ложные замеры на разливке могут обернуться тоннами брака.

Принципы работы и подводные камни

Основная сложность — не в самом сканировании, а в том, как система компенсирует помехи от паров и шлака. Ранние версии наших детекторов выдавали погрешность до ±15°C при концентрации дыма над ковшом. Пришлось пересматривать спектральный диапазон — перешли на узкополосные фильтры 0.8-1.1 мкм, хотя это снизило чувствительность к температурам ниже 1300°C.

Калибровка — отдельная история. Недостаточно использовать эталонный излучатель в цехе. Мы стали применять мобильные печи с графитовыми нагревателями, которые размещаем прямо на площадке ККЦ. Даже так, после 2-3 месяцев эксплуатации дрейф составляет 3-4°C из-за деградации оптики.

Самое неприятное — когда технологи требуют 'абсолютной точности', но игнорируют состояние смотровых окон. Видел случай на одном из Уральских комбинатов: кварцевое стекло покрылось слоем цинковой пыли, а система продолжала работать — выдавала заниженные значения на 40°C. Обслуживающий персонал сначала грешил на нашу аппаратуру, пока не проверили оптический тракт.

Полевые испытания и адаптация

В 2021 году мы тестировали прототип сканирующей системы на ММК. Главной проблемой оказалась не температура, а вибрация от механизмов непрерывной разливки. Датчик смещался на 0.5-1 мм за смену — достаточно для потери фокуса. Пришлось разрабатывать амортизирующие кронштейны с пневмоподвеской.

Летом того же года столкнулись с сезонным явлением: при высокой влажности в цехе конденсировалась влага на линзах. Решение нашли простое — подача осушенного воздуха через щелевые сопла, но пришлось пересчитывать поправки на преломление.

Интересный случай был с электромагнитными помехами от мощных двигателей кранов. Цифровые фильтры в процессоре обработки не справлялись — пришлось экранировать кабельные трассы алюминиевыми оплетками. Мелочь, а без нее показания прыгали как сумасшедшие.

Особенности интеграции с АСУ ТП

Стандартные протоколы типа Modbus часто не подходят для передачи быстроменяющихся данных сканирования. Мы разработали гибридный формат, где кроме температуры передается метрика достоверности — например, уровень зашумленности сигнала. Это позволяет системе управления сталеплавильной печью игнорировать явные артефакты.

На одном из заводов в Липецке возник конфликт между нашей системой и устаревшим ПЛК Siemens S5. Пришлось ставить промежуточный шлюз с буферизацией данных — задержка в 200 мс критична для процесса раскисления.

Сейчас внедряем функцию прогнозирования тренда температуры — алгоритм учитывает не только текущие замеры, но и скорость охлаждения по ходу движения стали по желобам. Пока работает с точностью ±7°C на интервале 10 минут — для оператора уже полезно.

Техническое обслуживание в реальных условиях

Рекомендуемая периодичность юстировки — раз в месяц, но на практике приходится делать чаще. Особенно после ремонтов футеровки — вибрация от отбойных молотков сбивает настройки. Разработали мобильный стенд для оперативной проверки прямо на площадке.

Запасные части — головная боль. Импортные ИК-детекторы приходится заказывать за полгода, поэтому начали сотрудничать с нижегородским заводом 'Сапфир' — их пироприемники хоть и чуть менее чувствительны, но ремонтопригодны.

Обучение персонала — отдельная тема. Технологи часто не понимают, что система измеряет не 'температуру стали', а температуру поверхности. Разработали видеокурс с реальными примерами дефектов замеров — например, как выглядит сигнал при сканировании через слой шлака.

Экономическая эффективность и перспективы

Внедрение системы сканирующего инфракрасного измерения на разливке дает экономию 2-3 рубля на тонну за счет снижения перегрева металла. Кажется мелочью, но при объемах в миллионы тонн — существенно.

Сейчас экспериментируем с многоточечным сканированием — когда один блок отслеживает температуру одновременно в ковше и промежуточном ковше. Сложность в синхронизации данных, но уже есть обнадеживающие результаты с завода 'Электросталь'.

Перспективное направление — совмещение ИК-сканирования с видеокамерами для анализа поверхности расплава. Это позволит коррелировать температуру с видимыми дефектами. Пока мешает высокая задымленность — но работаем над компенсационными алгоритмами.

Коллеги из ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' недавно провели модернизацию прошивки для работы в условиях низких температур цеха — актуально для северных регионов. Доработка касалась chiefly подогрева оптического модуля, чтобы исключить иней на линзах.