Установка для непрерывного контроля температуры слябов завод

Когда слышишь про системы контроля температуры слябов, многие сразу представляют себе пирометры общего назначения — но на деле всё сложнее. В реальных условиях цеха, где слябы движутся по рольгангу со скоростью до 2 м/с, обычные датчики просто не успевают отслеживать температурные градиенты по всей поверхности. Я сам лет пять назад участвовал в проекте, где пытались адаптировать стандартные инфракрасные датчики для линии горячей прокатки — результат был плачевен: погрешность достигала 80°C из-за окалины и пара. Именно тогда мы начали сотрудничать с ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс', чьи многоканальные пирометры серии TY-IRT-X специально разработаны для таких условий.

Почему стандартные решения не работают

Главная ошибка — недооценка динамики процесса. Сляб не статичный объект, его температура неравномерна: края остывают быстрее середины, а нижняя поверхность может отличаться от верхней на 50-70°C. Обычные точечные пирометры фиксируют лишь локальные значения, создавая иллюзию контроля. Помню, на одном из заводов в Челябинске пытались экономить, установив три одинарных датчика — в итоге при прокатке регулярно возникали внутренние трещины из-за невыявленных перепадов температуры.

Ещё сложнее с калибровкой. Многие инженеры забывают, что коэффициент излучения стали меняется в зависимости от толщины окалины — а она постоянно варьируется. Мы проводили эксперимент с эталонным термопарным датчиком, погруженным в сляб, и параллельно снимали показания с инфракрасного оборудования. Разница доходила до 15%, пока не настроили динамическую компенсацию через алгоритмы непрерывного контроля температуры.

Особенно проблемными оказались зоны возле торцевых срезов — там окалина слоится неравномерно, и стандартные пирометры постоянно завышали показания. Пришлось разрабатывать поправочные коэффициенты для разных марок стали, отдельно для низкоуглеродистых и высоколегированных марок.

Конструктивные особенности работоспособных систем

Ключевое отличие специализированных установок — многоканальность. Например, в системе TY-IRT-8 от Тэнъи Электроникс используется восемь независимых измерительных каналов, расположенных веером поперёк сляба. Это позволяет строить температурный профиль в реальном времени с точностью до 3°C даже при скорости движения 2.5 м/с. Важно не только количество датчиков, но и их расположение — мы опытным путём выяснили, что оптимальный угол составляет 15-20 градусов к поверхности.

Система охлаждения — отдельная история. В первых прототипах мы использовали воздушное охлаждение, но в условиях цеха с температурой окружающей среды до 60°C этого оказалось недостаточно. Перешли на комбинированную систему: принудительное воздушное охлаждение плюс водяной теплообменник для электронных компонентов. Кстати, именно ООО Шэньян Тэнъи Электроникс предложили оригинальное решение с раздельными контурами — для оптики и для электроники.

Монтаж тоже имеет значение. Изначально пытались ставить датчики непосредственно над рольгангом — вибрация сводила на нет всю точность. Пришлось разрабатывать демпфирующие крепления и выносить измерительные модули на отдельные конструкции. На сайте tengyidianzi.ru есть хорошие схемы таких решений, мы брали их за основу при модернизации на ММК.

Программное обеспечение и обработка данных

Самые интересные проблемы начинаются после сбора данных. Стандартные SCADA-системы плохо справляются с обработкой термопрофилей — приходится писать кастомные модули. Мы используем ПО от Тэнъи, которое строит не просто графики, а тепловые карты в разрезе времени. Это позволило выявить закономерности: например, температура сляба падает на 8-12°C при переходе между клетями стана, что критично для качества прокатки.

Алгоритмы компенсации — сердце системы. Сначала мы использовали статические поправки, но это работало только в идеальных условиях. Сейчас применяем адаптивные алгоритмы, которые учитывают скорость движения, состав стали и даже степень износа валков. Кстати, именно непрерывное измерение температуры позволило прогнозировать необходимость замены оборудования — при увеличении перепадов температуры по ширине сляба более 40°C становится ясно, что валки требуют шлифовки.

Интеграция с АСУ ТП — отдельная головная боль. На старом оборудовании часто используются протоколы типа Modbus RTU, тогда как новые системы работают через OPC UA. Пришлось разрабатывать шлюзы, которые бы обеспечивали передачу данных без потерь. В последнем проекте для НЛМК мы сумели добиться задержки не более 50 мс между измерением и поступлением данных в систему управления.

Практические кейсы и ошибки

Самый показательный пример — запуск системы на заводе с комбинированным производством (и слябы, и блюмы). Изначально не учли разницу в геометрии — датчики, настроенные на слябы, давали ошибку 20% при измерении блюмов. Пришлось вносить изменения в прошивку, чтобы система автоматически определяла тип заготовки по тепловой сигнатуре.

Ещё одна ошибка — недооценка влияния пара и дыма. В зоне сброса окалины образуется плотная завеса, которая полностью блокирует ИК-излучение. Пытались решить проблему увеличенной мощностью датчиков — не помогло. В итоге установили дополнительные воздушные ножи для отсечения пара, что снизило количество ложных срабатываний на 70%.

Интересный случай был с калибровкой — пытались использовать эталонный черный body, но в цеховых условиях он быстро покрывался налетом. Перешли на калибровку по жидкому металлу с термопарами — точность улучшилась, но процесс стал сложнее. Сейчас ООО Шэньян Тэнъи Электроникс предлагает мобильные калибровочные модули, которые значительно упрощают эту процедуру.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с гибридными системами — комбинация ИК-датчиков и тепловизоров. Тепловизоры дают общую картину, а точечные датчики — точные значения в критичных зонах. Это особенно актуально для контроля торцевых зон, где традиционно самые большие проблемы.

Ещё одно направление — прогнозная аналитика. Накопив достаточно данных о температурных профилях, можно строить модели поведения металла в дальнейших переделах. Например, коррелировать температуру сляба с качеством готового листа — такие исследования мы ведём совместно с инженерами Тэнъи.

Автоматическая подстройка параметров — следующая ступень. Сейчас система только сигнализирует о отклонениях, но в перспективе она могла бы автоматически корректировать скорость прокатки или интенсивность охлаждения. Первые тесты показали уменьшение брака на 3-5%, но до полной автоматизации ещё далеко.

Что точно изменится — требования к точности. Если сейчас допустима погрешность 1-1.5%, то в ближайшие годы потребуется 0.5% для производства высоколегированных сталей. Это потребует новых решений в области непрерывного контроля температуры слябов, возможно, с использованием дополнительных методов измерения.