Внутрипечной видеоконтроль нагрева стальных заготовок: эндоскопическая оптика и автоматическая защита от перегрева

Масштабная техническая реконструкция предприятий черной металлургии полного цикла требует перевода визуального контроля тяжелых термических процессов из опасных цеховых зон в защищенные операторские пульты. В сталепрокатных цехах, где массивные металлические плиты проходят предварительный разогрев перед штамповкой и прокаткой, температура внутри печного пространства достигает 1800 градусов Цельсия. Сочетание экстремального теплового излучения, колоссальных габаритов пролетов, высокого уровня промышленного шума и выбросов раскаленной окалины делает постоянное присутствие человека у смотровых окон физически тяжелым и малоинформативным, а применение традиционных корпусных видеокамер невозможным из-за мгновенного разрушения оптики и матриц.

Для организации безопасного дистанционного наблюдения за положением заготовок непосредственно внутри разогретых агрегатов на Череповецком металлургическом комбинате ПАО «Северсталь» реализован пилотный проект по оснащению сталелитейного цеха стального проката специализированными комплексами KARNEEV F-1800. Две промышленные высокотемпературные телевизионные установки эндоскопического типа, разработанные российской компанией KARNEEV SYSTEMS, позволили мастерам цеха в реальном времени отслеживать правильность укладки и продвижения стальных плит с экранов диспетчерского пункта, удаленного на 20 метров от печных стен.

Технологические предпосылки и ограничения механического контроля

На металлургических комбинатах предыдущих поколений задачи контроля внутрипечного пространства решались преимущественно косвенными методами и с помощью простых механических приспособлений. Сотрудники горячих участков были вынуждены периодически подходить к раскаленным кожухам печей, чтобы через узкие технологические гляделки визуально оценить состояние подов и геометрию размещения заготовок. Такой подход не давал целостной непрерывной картины техпроцесса, создавал высокую тепловую и акустическую нагрузку на персонал и зависел от субъективной реакции конкретного специалиста в смене.

При разогреве крупногабаритных стальных плит перед последующей штамповкой малейшее смещение или перекос заготовки внутри печи грозит повреждением огнеупорной футеровки, заклиниванием транспортного механизма или выдачей неравномерно прогретого металла на прессовое оборудование. Перевод мастеров в изолированные диспетчерские помещения решил проблему безопасности труда, однако потребовал создания специализированного оптического инструмента, способного круглосуточно работать сквозь толщу печной кладки без потери прозрачности изображения под воздействием пыли, пламени и летящей окалины.

Двухкомпонентная архитектура комплекса F-1800

В отличие от классических камер в термокожухах, промышленный комплекс KARNEEV F-1800 построен по разнесенной модульной схеме, разделяющей чувствительную электронику и жаропрочную оптическую часть. Снаружи печной стены на опорном шасси монтируется цилиндрический защитный кожух, внутри которого размещается телевизионная камера видимого спектрального диапазона. Сама камера остается в зоне умеренных цеховых температур и не пересекает границу огнеупорной кладки, что гарантирует стабильную работу полупроводникового сенсора и цепей передачи видеосигнала.

Непосредственно в высокотемпературную зону печи под давлением вводится вторая часть комплекса — длинная тонкая жаропрочная трубка-термокожух эндоскопического типа, внутри которой смонтирован специализированный высокотемпературный объектив. Узкий профиль зонда требует минимального технологического отверстия в стенке агрегата, благодаря чему снижаются теплопотери печи и исключается ослабление несущей способности свода. Сформированное эндоскопическим объективом изображение передается на матрицу внешней камеры и без задержек транслируется по кабельным линиям на мониторы пульта управления в диспетчерской.

Защита от окалины и принудительное охлаждение оптики

Ключевой эксплуатационной проблемой при внутрипечном видеоконтроле выступает быстрое загрязнение передней линзы объектива частицами металлургической пыли, сажи и брызгами окалины. В комплексе F-1800 эта задача решена за счет непрерывной принудительной продувки оптического тракта потоком сжатого холодного воздуха. Воздушная струя проходит сквозь корпус трубки-термокожуха, отводит тепло от линзовых групп и формирует на выходе плотный защитный барьер, физически отсекающий раскаленные микрочастицы от фронтального оптического элемента.

Параллельно функционирует контур жидкостного охлаждения, отводящий основную лучистую тепловую нагрузку от металлической оболочки погружного зонда. Сочетание водяного теплообмена и воздушной продувки поддерживает внутри эндоскопической трубки безопасный температурный режим даже при длительной непрерывной работе печи на пиковых мощностях разогрева стального проката.

Автоматическая эвакуация зонда при нештатных ситуациях

Поскольку металлургическая печь обладает огромной тепловой инерцией и не может быть мгновенно остановлена, любое падение давления в магистрали охлаждающей воды или превышение допустимого порога температуры грозит необратимым расплавлением погружной оптики за считанные минуты. Для защиты дорогостоящего оборудования комплекс F-1800 снабжен автономной автоматикой аварийного извлечения зонда из рабочей зоны.

Датчики состояния непрерывно отслеживают температурный фон и наличие потока охлаждающей жидкости. Как только фиксируется перегрев или нехватка воды в контуре охлаждения, управляющий контроллер мгновенно подает сигнал на приводной механизм, и трубка с объективом автоматически выезжает из печи наружу. Оказавшись за пределами горячей зоны, оптический зонд безопасно остывает до нормативных значений, а после устранения технологического сбоя и восстановления подачи воды повторно активируется и возвращается в рабочее положение внутри печи без участия ремонтной бригады.

Производственный эффект и перспективы масштабирования

Опытно-промышленная эксплуатация двух комплексов внутрипечного наблюдения KARNEEV F-1800 на Череповецком металлургическом комбинате подтвердила высокую эффективность эндоскопического видеоконтроля в реальных условиях сталепрокатного производства. Мастера смен получили возможность детально оценивать взаимное расположение металлических плит на всех стадиях нагрева, своевременно корректировать ход процесса с пульта управления и предотвращать нештатные простои штамповочного участка.

Помимо кардинального улучшения условий труда и снижения трудозатрат на визуальный обход агрегатов, постоянный цифровой видеопоток заложил фундамент для дальнейшей централизованной настройки и автоматизации управления печами. С учетом успешных результатов пилотного внедрения руководство предприятия рассматривает тиражирование данной технологии и оснащение аналогичными системами всех нагревательных печей комбината.

Кратко о проекте

Заказчик: ПАО «Северсталь», Череповецкий металлургический комбинат (второй по величине сталелитейный комбинат России)
Отрасль: Черная металлургия полного цикла, производство стального проката и труб
Объект внедрения: Печи разогрева крупногабаритных металлических плит перед штамповкой в сталелитейном цехе стального проката
Технологическое решение: Два промышленных высокотемпературных телевизионных комплекса эндоскопического типа KARNEEV F-1800
Конструктивные особенности: Внешняя камера видимого диапазона в цилиндрическом термокожухе и погружная трубка-термокожух с объективом, охлаждение потоком холодного воздуха от окалины и водой, автоматический вывод зонда из печи по сигналу датчиков перегрева или нехватки воды
Ключевые результаты: Непрерывный видеоконтроль положения плит из диспетчерской с расстояния 20 м, сокращение трудозатрат, защита персонала от цеховых вредностей, подготовка к оснащению всех печей комбината

Компания:  Karneev Systems