新型爐頂熱成像系統(tǒng)在1080 m3高爐的應(yīng)用

張碧星

（西寧特殊鋼股份有限公司煉鐵事業(yè)部，青海西寧 810005）

0 引言

為了給高爐爐內(nèi)操作者提供更準(zhǔn)確、清晰的圖片和視頻，應(yīng)用新型爐頂熱成像系統(tǒng)，實(shí)時(shí)接收視場(chǎng)范圍內(nèi)爐喉及上方的紅外視頻圖像、視頻圖像，掌握溜槽的形狀、襯板的磨損情狀、溜槽的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溜槽下料情況；同時(shí)，在爐內(nèi)灰塵較小的情況下，可實(shí)時(shí)查看視場(chǎng)范圍內(nèi)每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的溫度，掌握中心氣流位置和強(qiáng)弱、邊緣氣流強(qiáng)弱等情況。

紅外熱成像技術(shù)是運(yùn)用光電技術(shù)探測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺(jué)分辨的圖像和圖形的一種成像技術(shù)。目前該技術(shù)在高爐爐內(nèi)已得到普遍應(yīng)用，并且在不斷地改進(jìn)、升級(jí)和完善中。近年來(lái)，隨著國(guó)家加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)，鋼鐵行業(yè)加快淘汰落后產(chǎn)能，提質(zhì)降本增效的需要，高爐爐內(nèi)操作需要更精準(zhǔn)、更可靠的各種探測(cè)設(shè)備，為爐內(nèi)精細(xì)化操作提供必要的手段和各種參數(shù)，為此，新型爐頂熱成像系統(tǒng)為爐內(nèi)的操作提供更加精準(zhǔn)可靠的保證。

1 現(xiàn)狀分析

西寧特鋼煉鐵事業(yè)部3#高爐（容積1080 m3）自2011年11月投產(chǎn)以來(lái)，爐內(nèi)使用的是傳統(tǒng)紅外攝像儀，只有在料面有可見光的情況下才能檢測(cè)到料面及上部區(qū)域的圖像，而且圖像清晰度低，層次不明顯，無(wú)法看清溜槽的磨損情況。料面的溫度測(cè)量也只是根據(jù)圖像偽彩出來(lái)的，誤差很大，無(wú)法檢測(cè)料面的真實(shí)溫度及煤氣流分布。傳統(tǒng)攝像機(jī)因工作環(huán)境問(wèn)題，不能插入爐內(nèi)太深，影響攝像視角，觀測(cè)范圍狹小且容易結(jié)灰，成像分辨率低。其次，傳統(tǒng)高爐熱成像系統(tǒng)大多采用手動(dòng)操作，高爐成像只把圖像傳輸?shù)街骺厥?，檢修的時(shí)候要有專人進(jìn)行檢修，工作量大且危險(xiǎn)性高。生產(chǎn)中的斷水、斷電、斷氣等異常情況下，設(shè)備沒(méi)有自動(dòng)保護(hù)裝置，很容易發(fā)生設(shè)備損壞情況，無(wú)法保證較長(zhǎng)的設(shè)備壽命和高質(zhì)量的設(shè)備性能。

2 采取的措施

利用新型高爐爐頂熱成像系統(tǒng)，為爐內(nèi)工長(zhǎng)的操作提供更清晰、更精準(zhǔn)的圖片與視頻。該系統(tǒng)較傳統(tǒng)爐頂紅外成像技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）可觀測(cè)爐內(nèi)信息量更大。熱成像系統(tǒng)在爐內(nèi)有無(wú)可見光的情況下均可觀測(cè)爐喉及上部區(qū)域的圖像并實(shí)時(shí)傳送至主控室計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)可觀察爐內(nèi)溜槽的運(yùn)動(dòng)及損壞程度、火焰強(qiáng)弱、布料狀態(tài)等。在下料過(guò)程中，當(dāng)爐喉區(qū)域的火焰被壓住，爐內(nèi)沒(méi)有可見光時(shí)，爐內(nèi)情況依然清晰可見。

（2）真實(shí)的溫度場(chǎng)分布圖。當(dāng)爐內(nèi)粉塵濃度低時(shí)，系統(tǒng)可精準(zhǔn)測(cè)定料面區(qū)域的溫度，并重建爐內(nèi)溫度場(chǎng)，并通過(guò)不同顏色顯示料面溫度場(chǎng)。隨鼠標(biāo)移動(dòng)到任意一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)顯示該坐標(biāo)點(diǎn)的溫度。

（3）模擬多條“十”字測(cè)溫線?？砂凑崭郀t工作者的習(xí)慣，在半徑方向模擬出多條“十”字測(cè)溫線，可沿半徑方向隨意顯示多個(gè)點(diǎn)的溫度。

（4）水冷氣封防護(hù)探頭。采用雙層水冷氣封設(shè)計(jì)，全部不銹鋼材質(zhì)。在探頭前端留有一個(gè)圓形小孔，高溫鏡頭在此向外窺視。同時(shí)，高壓防護(hù)氣體從此小孔以柱狀形式噴出，充分壓制爐內(nèi)的氣體及粉塵，保護(hù)鏡頭及熱像設(shè)備。

（5）自動(dòng)退出機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)具備全自動(dòng)退出保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)溫度、水壓、氣壓異常或供電異常等情況發(fā)生時(shí)，會(huì)報(bào)警并自動(dòng)將槍體退出到爐外并關(guān)閉高溫閥門，以防熱像設(shè)備損壞。

（6）鏡頭自動(dòng)刮掃功能。針對(duì)高爐粉塵附著等問(wèn)題，系統(tǒng)可定時(shí)自動(dòng)刮掃，操作人員可在監(jiān)控室遠(yuǎn)程設(shè)定刮掃周期并手動(dòng)刮掃鏡頭。

3 新型系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)參數(shù)

高爐爐頂熱成像系統(tǒng)由爐體高清專用熱像儀、直排水槽、光纖及電源線、主控室（電腦監(jiān)控器及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、UPS電源）、爐頂高壓水環(huán)管、氮?dú)夤?、氮?dú)庵鞴艿赖冉M成（圖1）。高爐爐頂熱成像系統(tǒng)工作參數(shù)見表1。

4 系統(tǒng)安裝后的安全防護(hù)措施

受爐頂煤氣高溫?zé)彷椛?、熱傳?dǎo)和粉塵的影響，爐頂紅外熱成像系統(tǒng)必須采取嚴(yán)格

冷卻、吹掃和除塵等防護(hù)措施才能保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，具體防護(hù)措施如下。

圖1 高爐爐頂熱成像系統(tǒng)架構(gòu)

表1 高爐爐頂熱成像系統(tǒng)工作參數(shù)

（1）水冷保護(hù)。通過(guò)冷卻水套對(duì)熱像設(shè)備的外套進(jìn)行冷卻，保證外套溫度控制<60℃。

（2）氣冷保護(hù)。通過(guò)氮?dú)鈱?duì)熱像設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，保證熱像設(shè)備的工作溫度<40℃；（3）氮?dú)獯祾?。通過(guò)氮?dú)獯祾?，保持鏡頭的清潔；（4）自動(dòng)/遠(yuǎn)程手動(dòng)刮灰裝置，保持鏡頭前端不結(jié)灰。

5 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)及分析

新系統(tǒng)安裝調(diào)試運(yùn)行后，通過(guò)先進(jìn)的微型高清紅外熱像儀實(shí)時(shí)接收視場(chǎng)范圍內(nèi)目標(biāo)物體的紅外線，通過(guò)熱像儀中的信號(hào)處理系統(tǒng)將紅外線轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，并經(jīng)過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示爐喉及上方的紅外視頻圖像把高爐內(nèi)部情況轉(zhuǎn)換為可見的圖像，從而獲取高爐爐內(nèi)直觀的影像。通過(guò)本系統(tǒng)，可直接觀測(cè)高爐爐喉溫度分布（氣流分布）、火焰強(qiáng)弱、布料狀態(tài)等情況，同時(shí)可觀測(cè)溜槽磨損程度、十字測(cè)溫大桿燒損等情況，實(shí)現(xiàn)爐況和關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控（圖2和圖3）。

6 結(jié)束語(yǔ)

圖2 主控室內(nèi)的視頻監(jiān)控截圖

在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，溜槽的運(yùn)行狀態(tài)和完好程度以及料面的溫度分布（氣流分布)）對(duì)高爐生產(chǎn)有著重要意義，觀測(cè)溜槽的運(yùn)行狀態(tài)和完好程度以及氣流分布狀況可以更有效地判斷高爐生產(chǎn)狀況，指導(dǎo)高爐高效生產(chǎn)，得到了爐內(nèi)操作者的一直好評(píng)。新型爐頂熱成像儀在西寧特鋼3#高爐的成功應(yīng)用，較傳統(tǒng)紅外成像儀在成像清晰度、畫面穩(wěn)定性、可操作性以及自動(dòng)保護(hù)裝置方面都有較大提高。未來(lái)計(jì)劃在2#高爐爐頂應(yīng)用該監(jiān)控系統(tǒng)，高爐內(nèi)的操作效率和精準(zhǔn)度，滿足爐內(nèi)精細(xì)化操作對(duì)設(shè)備的要求。

圖3 設(shè)備監(jiān)控主畫面