淺析紅外熱成像技術(shù)在銅冶煉爐上的應(yīng)用

余小華 宮志昊

摘 要：本文介紹紅外熱成像技術(shù)在銅冶煉爐上的應(yīng)用，通過(guò)紅外熱成像技術(shù)對(duì)陽(yáng)極精煉爐爐體的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，使?fàn)t體溫度分布可視化，便于爐體安全的監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)極爐;溫度;紅外熱成像技術(shù);可視化

中圖分類號(hào)：TF301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0072-02

0 引言

銅冶煉工業(yè)是國(guó)家最重要的原材料工業(yè)之一，陽(yáng)極爐是銅冶煉火法精煉工藝過(guò)程中關(guān)鍵設(shè)備，保證陽(yáng)極爐安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于銅冶煉生產(chǎn)具有重要的意義。

在紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)日漸完善的當(dāng)下，其是實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的重要手段。[1]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，爐體紅外在線實(shí)時(shí)測(cè)溫變成了可能，將會(huì)便于爐體故障早發(fā)現(xiàn)早診斷，同時(shí)也節(jié)省大量的人力和物力，實(shí)現(xiàn)爐體紅外測(cè)溫自動(dòng)化。實(shí)時(shí)在線、提前準(zhǔn)確感知耐火磚的磨損或破損，防止耐火磚的進(jìn)一步脫落，乃至杜絕爐體破裂，銅水泄露是陽(yáng)極爐裝備紅外在線測(cè)溫與分析系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。而紅外熱成像技術(shù)在陽(yáng)極爐上的使用在國(guó)內(nèi)目前尚屬空白。

國(guó)內(nèi)的紅外溫度掃描系統(tǒng)主要用在回轉(zhuǎn)式水泥窯上，回轉(zhuǎn)窯的窯襯是回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。溫度過(guò)高、熱振蕩過(guò)大會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞窯襯，甚至殃及窯筒體。紅外熱成像系統(tǒng)是防止窯襯及窯筒體損壞，保證回轉(zhuǎn)窯安全可靠的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要監(jiān)測(cè)設(shè)備。

在紅外線測(cè)溫儀的基礎(chǔ)上，調(diào)整燒嘴及還原介質(zhì)的流量，即可避免爐膛溫度過(guò)高對(duì)耐火磚的消耗，又能降低能耗和減少環(huán)境污染，達(dá)到工藝與控制優(yōu)化的目的。

1 紅外熱成像儀使用前的陽(yáng)極爐生產(chǎn)情況

陽(yáng)極爐在運(yùn)行過(guò)程中，由于爐內(nèi)燃?xì)鉄鞖庖航唤缣幐浇?，以及氮?dú)鈹嚢柘到y(tǒng)攪拌口附近的的溫度過(guò)高或熱震蕩過(guò)大，會(huì)造成耐火磚的破損或脫落，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蔂t體破裂，而這些故障發(fā)生之前，均會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極爐爐體表面局部區(qū)域溫度異常高。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐體溫度異常，將會(huì)引起爐體設(shè)備損壞，造成銅水泄露等狀況，使得在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)的人員的人身安全受到威脅，也會(huì)給公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而當(dāng)前使用的紅外測(cè)溫儀都是通過(guò)人工手持到陽(yáng)極爐爐爐體附近測(cè)試的方法，人員存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)該方法存在著極大的空缺期，不能24小時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)爐體溫度，這些都不能適應(yīng)智能化工廠的要求。

由于國(guó)內(nèi)銅冶煉廠的還原效率都普遍較低，大致在30%左右，大量的天然氣在爐內(nèi)燃燒，不僅增加了爐膛的熱負(fù)荷，還增加了排煙管爐上設(shè)備的熱負(fù)荷，特別是空冷器和布袋收塵設(shè)備，溫度一旦不可控，收塵的濾袋就很可能燒損，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境責(zé)任事故，因此對(duì)于陽(yáng)極爐煙氣溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整極為重要，而對(duì)爐體及爐內(nèi)的溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控勢(shì)在必行，達(dá)到可視化管理。

2 紅外熱成像儀使用后的陽(yáng)極爐生產(chǎn)情況

針對(duì)上述問(wèn)題，借鑒軍工類紅外熱成像技術(shù)，開(kāi)展實(shí)施紅外熱成像溫度掃描檢測(cè)裝置，熱成像儀對(duì)全部監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的定時(shí)掃描或定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)畫面通過(guò)光纖實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，[2]以便提高生產(chǎn)勞動(dòng)效率，加強(qiáng)爐體安全的監(jiān)管，優(yōu)化工藝操作，并自主研發(fā)紅外測(cè)溫儀在陽(yáng)極爐上的成像系統(tǒng)。

如圖1、圖2，自紅外熱成像儀投入使用，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐摸索，已實(shí)現(xiàn)以下成果：

（1）實(shí)時(shí)顯示捕捉畫面內(nèi)的最高溫度，全屏幕多點(diǎn)同時(shí)掃描測(cè)溫顯示;（2）自動(dòng)全屏掃描捕捉最高溫與最低溫;（3）對(duì)圖像上任一直線進(jìn)行溫度分析;（4）對(duì)圖像上的相關(guān)區(qū)域進(jìn)行溫度掃描分析，且區(qū)域可任意移動(dòng)和改變大小，同時(shí)可有多個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行分析;（5）對(duì)多個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行分析比較;圖像內(nèi)任意點(diǎn)、線的溫度掃描，對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄分析;（6）圖像內(nèi)任意區(qū)域內(nèi)的溫度掃描，對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄分析;（7）自動(dòng)計(jì)算被測(cè)點(diǎn)與設(shè)置溫度的溫差;并形成數(shù)字顯示，便于操作人員對(duì)爐體溫度分布情況的了解和掌握。

通過(guò)對(duì)紅外熱成像儀使用經(jīng)驗(yàn)歸納，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可通過(guò)畫面的顏色分布，對(duì)照顏色溫度分布坐標(biāo)可直觀的判斷爐體各區(qū)域溫度分布，對(duì)爐體使用安全可實(shí)時(shí)掌控，并對(duì)溫度偏高區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)檢，雙層保障確保爐體安全使用。

對(duì)于溫度偏低，顏色呈暗黑的區(qū)域，操作人員會(huì)加強(qiáng)爐內(nèi)點(diǎn)檢，確認(rèn)顏色暗黑區(qū)域的具體情況，并能及時(shí)安排陽(yáng)極爐進(jìn)行添加石英砂造渣洗爐放渣操作，防止?fàn)t內(nèi)因溫度過(guò)低，在爐內(nèi)形成結(jié)渣大塊，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)容積逐漸減小，無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。同時(shí)也可以有效避免因溫度低而形成結(jié)渣大塊導(dǎo)致的爐體重心偏移，減少陽(yáng)極爐爐體驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，保證爐體運(yùn)行安全穩(wěn)定。

另外，通過(guò)紅外熱成像系統(tǒng)，還可以間接反應(yīng)爐膛的燃燒氣氛與效果。當(dāng)爐體溫度整體升高，陽(yáng)極爐爐內(nèi)存在過(guò)熱現(xiàn)象，操作員可以根據(jù)紅外熱成像系統(tǒng)顯示的顏色變化間接判斷爐溫過(guò)高，及時(shí)降低燒嘴燃料量，來(lái)控制爐內(nèi)溫度和減少排煙系統(tǒng)的熱負(fù)荷，保護(hù)排煙管路與管路上的收塵設(shè)備。

陽(yáng)極精煉的還原期，由于工藝特點(diǎn)，還原效率較低，大部分天然氣在爐內(nèi)燃燒，爐內(nèi)過(guò)熱現(xiàn)象就更為頻繁，通過(guò)有紅外熱成像系統(tǒng)顯示的顏色變化，操作員可及時(shí)加大或減小氮?dú)饬?、調(diào)整還原風(fēng)管邁入銅水的深度、還原時(shí)燒嘴流量、攪拌系統(tǒng)氮?dú)獾牧髁康葋?lái)合理的調(diào)整爐內(nèi)溫度，更加精細(xì)化地監(jiān)控和控制陽(yáng)極爐爐體狀態(tài)，對(duì)于爐體安全控制具有極其重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)紅外熱成像儀的使用跟蹤和積累，對(duì)紅外熱成像儀在陽(yáng)極爐上的應(yīng)用做如下總結(jié)：

（1）測(cè)溫范圍充足：陽(yáng)極爐表面溫度是爐內(nèi)工況的綜合反映，其溫度的高低受制于爐內(nèi)冶煉溫度的高低、耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)、耐火磚的厚度和磨損等情況的影響，通常情況下，陽(yáng)極爐表面溫度在100度到350度的變化范圍，紅外在線測(cè)溫儀有足夠大的測(cè)溫范圍，可以滿足陽(yáng)極爐爐體溫度變化范圍，并相應(yīng)的顏色顯示對(duì)應(yīng)溫度變化，可以明確、快速地供操作人員掌握爐體溫度分布和變化，面對(duì)異常情況，可及時(shí)、準(zhǔn)確地采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）測(cè)溫點(diǎn)數(shù)：整個(gè)陽(yáng)極爐爐體覆蓋多個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)可輕易易感知爐體的溫度變化，但因?yàn)榧t外測(cè)溫是被測(cè)靶面的紅外輻射能量的平均值，當(dāng)測(cè)量靶面越大，紅外測(cè)溫儀獲取的是測(cè)量靶面上的平均溫度，當(dāng)測(cè)量靶面等于或大于一個(gè)耐火磚的面積時(shí)，耐火磚上的細(xì)小的溫度變化，是無(wú)法檢測(cè)到的，只有等到耐火磚脫落或大面積耐火磚脫落時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)于陽(yáng)極爐重點(diǎn)區(qū)域（風(fēng)口區(qū)、渣線區(qū)、燒嘴區(qū)、出銅口區(qū)）的日常人工測(cè)溫點(diǎn)檢仍是不可替代的。

（3）溫度測(cè)量精度：選擇配置高性能的紅外測(cè)溫儀，保證了紅外在線測(cè)溫與分析系統(tǒng)的技術(shù)性能，該系統(tǒng)在陽(yáng)極爐上使用時(shí)對(duì)陽(yáng)極爐生產(chǎn)過(guò)程中的爐體安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控有重要意義。

（4）根據(jù)紅外熱成像儀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整陽(yáng)極爐稀氧燒嘴、透氣磚、氧化還原介質(zhì)的流量，及氧化還原風(fēng)管角度的確定等工藝參數(shù)的調(diào)整及優(yōu)化，在保證爐體安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化、更精細(xì)地操作。

參考文獻(xiàn)

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