Стабилизация температуры жидкой стали

Если честно, многие до сих пор считают, что стабилизация температуры — это просто довести металл до нужных цифр на пирометре. На деле же это постоянная борьба с десятком переменных, где даже 5°C перегрева может убить структуру слитка. Сам видел, как на МНЛЗ из-за якобы 'незначительных' колебаний в 7-8 градусов шли продольные трещины по всей поверхности заготовки.

Где мы обычно ошибаемся с контролем температуры

Вот смотрите: большинство стандартных систем замеряют температуру в ковше, но ведь главное — что происходит в промежуточном ковше перед кристаллизатором. Там уже совсем другие теплопотери, плюс влияние защитного шлака, который может давать локальные переохлаждения. Мы в 2019 году на одном из заводов Урала ставили эксперимент с двойным замером — в сталеразливочном и промежуточном ковшах одновременно. Разница доходила до 25°C при транспортировке по 18-метровой лётке.

Кстати, про стабилизацию температуры жидкой стали часто забывают, что это не только нагрев, но и охлаждение. Особенно критично для марок с узким диапазоном кристаллизации — там где-то перегрел на 10°C, и уже пошли крупные столбчатые дендриты, потом прокатку не вытянешь. Как-то раз пришлось перерабатывать целую плавку Ст3сп из-за того, что в промежуточном ковше недоглядели теплосъём через футеровку.

Ещё один момент — зависимость от времени выдержки. Бывает, технологи стоят с секундомерами, но не учитывают, что при разной массе ковша скорость охлаждения нелинейна. Для 140-тонных ковшей мы выводили эмпирическую формулу поправки на теплопотери, но её до сих пор никто не использует системно. Жаль.

Практические решения от Тэнъи Электроникс

Наша компания ООО Шэньян Тэнъи Электроникс как раз специализируется на непрерывном измерении температуры через ИК-датчики. Не рекламы ради, а для примера — когда ставили систему мониторинга в реальном времени на МНЛЗ в Череповце, смогли снизить колебания с ±15°C до ±3°C именно за счёт постоянного контроля в зоне разливки. Не скажу, что это панацея, но хотя бы видимость процесса появилась вместо точечных замеров раз в 10 минут.

Кстати, на https://www.tengyidianzi.ru есть технические отчёты по тем наработкам — мы там как раз показываем, как динамическое изменение скорости разливки в зависимости от температуры помогло убрать осевые ликвации в слитках. Не всё получилось с первого раза, кстати — первые две недели датчики постоянно забивались дымом от защитной атмосферы, пришлось ставить дополнительные воздушные завесы.

Самое сложное в стабилизации температуры жидкой стали — это не столько измерить, сколько оперативно среагировать. Автоматические системы подстройки горелок часто работают с запаздыванием, особенно при переходе на другую марку стали. Приходится операторам держать 'в уме' поправки на химический состав — для высокоуглеродистых сталей, например, инерционность теплопередачи совсем другая.

Реальные кейсы и провалы

Помню, в 2021 году на одном из заводов попытались внедрить 'идеальную' систему стабилизации — взяли дорогущие немецкие пирометры, поставили на все технологические точки. А через месяц отказались — оказалось, что при работе с легированными сталями излучательная способность меняется так сильно, что погрешность достигала 40°C. Пришлось экстренно дорабатывать алгоритмы калибровки под каждый тип стали.

Ещё был курьёзный случай с замером температуры в зоне внепечной обработки. Технологи гордились, что держат 1600±5°C, а при анализе макроструктуры слитков постоянно видели перегрев. Оказалось, датчик стоял слишком близко к электродам и фиксировал их тепловое излучение. Смех смехом, но из-за этого месяц шёл брак по глубинным трещинам.

Из успешного — на том же череповецком заводе после трёх месяцев настроек удалось сделать по-настоящему стабильный процесс для шарикоподшипниковых сталей. Там вообще жёсткие требования — разброс не более 2°C в промежуточном ковше. Добились этого только комбинацией ИК-контроля от ООО Шэньян Тэнъи Электроникс и ручной коррекции операторами по косвенным признакам (цвет струи, поведение шлака). Автоматика одна не справлялась.

Технические нюансы, о которых редко говорят

Мало кто учитывает влияние электромагнитного перемешивания на температурное поле. При работе индукционных мешалок в ковше возникает такой парадокс — средняя температура по пирометру в норме, а у стенок перегрев до 20°C. Мы как-раз с коллегами из ООО Шэньян Тэнъи Электроникс делали тепловизорную съёмку и ужаснулись — вместо однородного поля были настоящие 'горячие пятна' возле футеровки.

Ещё один подводный камень — калибровка. Стандартные методы с эталонными термопарами часто дают погрешность именно в рабочих условиях цеха. Пыль, пар, вибрация — всё это влияет на оптику ИК-датчиков. Приходится разрабатывать индивидуальные графики поверки для каждого установочного места. На сайте tengyidianzi.ru мы как-раз выкладывали методику калибровки в условиях запылённости — не идеал, но хотя бы базовый ориентир.

Сейчас многие увлекаются 'умными' системами с ИИ, но на практике для стабилизации температуры жидкой стали часто достаточно качественного непрерывного мониторинга и опытного оператора. Видел установки, где 90% функционала 'умных' систем просто не используется — технологи предпочитают старые проверенные методы с визуальным контролем струи. И ведь работают!

Что в итоге работает на производстве

Из всего опыта могу сказать — нет универсального решения. Для каждого цеха, каждой марки стали и даже каждой плавки нужен свой подход. Но базовые принципы везде одинаковы: непрерывный контроль в ключевых точках, учёт реальных теплопотерь а не теоретических, и обязательная обратная связь по качеству готового продукта.

Сейчас мы в ООО Шэньян Тэнъи Электроникс постепенно уходим от просто измерения к управлению температурными полями. Сделали, например, систему динамического подогрева в зоне разливки — когда датчики отслеживают не просто среднюю температуру, а распределение по сечению струи. Сложно, дорого, но для ответственных марок уже даёт результат.

В целом, если говорить о трендах — будущее за гибридными системами, где автоматика страхует человека, а человек корректирует автоматику. Потому что ни одна программа не учтёт внезапное изменение влажности воздуха в цехе или качество очередной парции ферросплавов. А эти 'мелочи' как раз и определяют успех стабилизации температуры жидкой стали.