Сталь – от ее качества зависит прочность жилых домов, легкость автомобилей, надежность бытовых приборов. 70 миллионов тонн стали ежегодно производится только в России. Треть уходит на экспорт, принося огромную прибыль стране. Хотя совсем недавно о таких объемах не могло быть и речи. В среднем почти 100 дней в году каждый сталелитейный завод вынужден был простаивать из-за технологических сбоев и аварий. Сегодня избежать колоссальных убытков предприятиям позволяют автоматизированные системы контроля и управления. Лучшими производителями такой аппаратуры традиционно считались крупные западные компании, но несколько лет назад российские инженеры презентовали свои разработки, которые позволяют буквально заглянуть внутрь кипящей стали.
"К сожалению, Россия приобретает на миллионы долларов оборудования для автоматизации, начиная с датчиков и кончая компьютерами. У нас есть фирмы, по крайне мере, одна из них — это московская "Техноап", которые сегодня добились того же уровня, особенно в части датчиков, по сравнению с передовыми зарубежными фирмами, такими как "Сименс", например", — говорит Валерий Паршин, директор научно-исследовательского центра по непрерывной разливки стали Центрального научно-исследовательского института черной металлургии им. Академика Бардина, доктор технических наук.
"Это очень надежные вещи, по себестоимости они гораздо ниже импортных аналогов и, вообще-то, чтобы сделать эти вещи, понадобилось пройти путь около 20 лет", — уверяет Александр Сорокин, генеральный директор ООО "НПО Техноап".
Строительная индустрия – самый главный потребитель всей производящейся в мире стали. Арматура для железобетона, металлический профиль, балки и листы. Там, где летят искры, идет работа с металлом.
"При строительстве небоскребов, таких, как на территории Москва-сити, используется огромное количество стали. Например, башня Евразия в своей конструкции использует сто процентов стальных балок. И естественно, чтобы удержать такую огромную конструкцию, сталь должна быть высочайшего качества", — пояснил Илья Василевский, руководитель технической службы управляющей компании ОАО "Сити".
Как и любой другой строительный материал, сталь может быть разного сорта. Российские предприятия даже на внутреннем рынке уже давно перестали соревноваться с Китаем по производству дешевой низкокачественной продукции, и выбрали для себя нишу премиум-класса.
Чтобы модернизировать для этих целей заводы, не нужно было отказываться от традиционных способов литья. Доменные печи, кристаллизаторы и прокатные станы – все это осталось. Зато появилось огромное количество различных датчиков, видеокамер и компьютеров. Теперь ручного труда по минимуму, и "на глазок" за "выходом годного" больше никто не смотрит. Эти же системы контролируют не только качество стали, но и предотвращают аварии.
Валерий Паршин, директор научно-исследовательского центра по непрерывной разливки стали, центрального научно-исследовательского института черной металлургии им. Академика Бардина, доктор технических наук.
"При непрерывной разливке стали самые крупные аварии связаны с прорывом жидкой фазы в процессе формирования – заливает оборудование, возникают пожары. Потом требуется два-три дня, иногда недели, чтобы исправить ситуацию, — рассказывает Валерий Паршин. — Те датчики, которыми сегодня снабжаются кристаллизаторы, позволяют практически свести к нулю эти возможности".
В системе непрерывной разливки стали кристаллизатор – важнейшая конструкция. Проходя через него, жидкий металл формируется в слитки. Толщина внешней корочки слитка на выходе из кристаллизатора всего 15-20 миллиметров. Аварийный прорыв жидкой фазы происходит, когда сталь начинает прилипать к медным стенкам устройства. Чтобы этого не произошло, необходимо постоянно следить за температурой внутри и уровнем стали на поверхности кристаллизатора.
Испытательный стенд, имитирующий движение стали в кристаллизаторе, — с виду незатейливая, но на самом деле прецизионная техника, которая позволяет воспроизводить колебания жидкости с точностью до одной десятой миллиметра. С его помощью разработчики проверяют, как будут работать новые датчики в условиях непрерывной разливки.
"Датчик регистрирует возбужденные в металле вихревые токи. Если металл приближается к датчику, сигнал на выходе обрабатывающей электроники увеличивается", — рассказал Александр Сорокин.
Температура жидкой стали – больше полутора тысяч градусов. Рядом с ней обычные электронные измерительные приборы выходят из строя за несколько минут, а должны работать круглосуточно. Поэтому, в первую очередь, разработчики думают о максимальной простоте внутреннего устройства датчиков. Чтобы ломаться было фактически нечему.
"Наш датчик внутри состоит из двух катушек – катушка измерительная и катушка возбуждения. Дальше – специальный материал, который выдерживает 250 градусов и кратковременно может выдержать даже более. Чтобы он не перегрелся, его охлаждаем воздухом. Дальше – две медные пластины, которое втягивают наше поле, чтобы лучше чувствовать уровень металла в кристаллизаторе", — показывает датчик Геннадий Андрианов, начальник производства ООО "НПО Техноап".
Сверху каждый датчик обязательно укрывается прочным корпусом. Если его зальет расплавленная сталь, после очистки он снова сможет работать.
Тепловизор – элемент уже другой системы контроля. Именно с помощью маленькой иглы, термопары, и предотвращаются крупные аварии на заводе.
"Система теплового мониторинга "Тепловизор" устроена следующем образом: на каждом кристаллизаторе МНЛЗ установлено от 80 до 112 термопар типа константан медь. Информация с термопар собирается специализированным контроллером и поступает в программируемый контроллер автоматизации, где производится обсчет специальным алгоритмом. Этот алгоритм является ноу-хау нашего предприятия и допускает не более трех процентов ложных срабатываний – это очень хороший показатель в среднем в мировой практике", — говорит Алексей Сорокин, главный инженер проектов по тепловому и вибро-мониторингу машин непрерывного литья ООО "НПО Техноап".
Всю электронику и программное обеспечение для своих компьютерных комплексов компания "Техноап" разрабатывает самостоятельно. Задача, как говорят здесь, для молодых и пытливых умов. Но отсиживаться в офисе программистам не удается. После битвы с алгоритмами – обязательные полевые испытания. Чтобы сами видели, в каких условиях придется работать их программам и микросхемам.
Одно из важнейших условий получения качественной стали – отсутствие шлака. Проследить за тем, чтобы ненужные примеси не попали в металл, с близкого расстояния не может ни один оптический прибор. С этим может справиться только специальный детектор, работающий в дальнем инфракрасном диапазоне. Чтобы он не сгорел и не вышел из строя из-за огромного количества шлаковой пыли, для него также был разработан особый защитный корпус.
"Чтобы работать в такой запыленной среде и при высокой влажности необходимо было использовать германиевые фильтры, защищающие оптику. Это, вообще говоря, высокотехнологичный продукт – монокристаллы германия, покрытые алмазоподобным углеродом, которые пока по нашим прикидкам выдерживают по нашим прикидкам год. Если даже меньше, возможно их частичное восстановление", — отметил Александр Сорокин.
Особенность компании "Техноап" в том, что все детали для своих датчиков здесь производят самостоятельно. Даже обмотка медных катушек, простейший процесс, с которым справится любой техник, происходит под строгим контролем. Для более высокоточных операций, например, при изготовлении деталей корпуса электромеханического привода, используются сложные станки с числовым программным управлением.
Организовать подобное производство удалось только в Москве, на территории технопарка "Слава". Такую возможность в 2009 году инновационной компании предоставил столичный департамент науки, промышленной политики и предпринимательства.
"Здесь очень удачное сочетание возможности организовать офисное помещение, лабораторию и механообработочный сборочный цех. То есть можно ставить тяжелое оборудование. Я уже не говорю о том, что коллектив технопарка – это люди, одержимые одной идеей: делать полезные дела. Поэтому кооперация между различными малыми предприятиями , расположенными здесь, дает очень хорошие результаты. В частности, мы пользуемся некоторым оборудованием соседей и никогда не отказываем в помощи", — говорит Александр Сорокин.
Сегодня компания "Техноап" продолжает работу над совершенствованием созданных систем и разрабатывает уже новые, более точные и приспособленные к жизни вместе с расплавленной сталью приборы.
"Сейчас мы проводим высокотемпературные испытания нашего нового датчика. Если сигнал датчика изменится с ростом температуры, мы будем использовать новые алгоритмы отстройки от температурного фактора или же будем использовать новые материалы. Но все работает отлично, благодаря тому, что применены новые высокотемпературные материалы", — подчеркнул Игорь Савин, инженер-разработчик вихретоковых датчиков ООО "НПО Техноап".
По сути, ничего сверхъестественного и уникального здесь не делают. Все эти датчики, тепловизоры и термопары были изобретены давно и по большей части за рубежом. Но наладить собственное производство, адаптировать эти приборы к работе в экстремальных условиях и обеспечивать постоянное сервисное обслуживание – такая задача под силу не многим.
"Если существует оборудование, станок, то его не надо изобретать, он уже есть, и мы не обгоним в данном случае Запад, потому что у нас концептуально нет этой технологии. Когда мы говорим о том же "Сименсе" – это, в первую очередь, инжиниринговая компания. Развитие инжиниринга в России находится на самом зачаточном уровне, и надо имея это оборудование просто изобретать и дополнять те необходимые элементы, которые будут являться ноу-хау. Эта та система, по которой движется весь цивилизованный мир", — говорит Виктор Звагельский, заместитель председателя комитета Госдумы по экономической политике, инновационному развитию и предпринимательству.
Конкурентов у отечественных производителей этих автоматизированных систем много — Германия, Италия, Франция, Австрия. В каждом тендере на поставку участвуют минимум три производителя. Получить заказ в таких условиях непросто. Но удается.
"В области непрерывной разливки стали вообще трудно представить себе процесс без тех датчиков, особенно в районе кристаллизатора, в районе первоначального формирования оболочки без датчиков этой фирмы. При этом сегодня они поставляют практически на все металлургические заводы в России, Украины, и, я думаю, что им вообще обеспечена экспансия даже на Запад", — говорит Валерий Паршин.
Со стороны черная металлургия выглядит очень традиционной и медленно развивающейся отраслью – километровые цеха, многотонные ковши с кипящей сталью, суровые металлурги с закопченными лицами. Наверняка даже через сто лет во внешности сталелитейного завода мало что изменится. А вот внутреннюю начинку, то есть автоматизированные системы, уже лет через десять будет не узнать.
