红外热像技术解决钢包下渣检测难题

在工业环境中精准的温度测量很重要,也很具有挑战性。在加工金属时，对温度测量的精确控制是至关重要的，如铁和钢，温度监测就是生产率和产品质量的关键。在钢铁制造过程中，铁水的温度测量尤为重要，它是一个用来控制作业在炼钢炉中的物理模型所需的参数。然而，铁水的温度测量并不是一件容易的事，常规使用热电偶或高温计的方法存在严重缺陷，其不仅限制了它们的适用性而且也不能提供准确的测量。

 本文中，提出使用计算机红外成像系统测量铁水被倒出时的温度。该系统面临两大挑战：一，铁水流必须通过红外图像检测，二，部分会覆盖在铁水流上的熔渣，必须从铁水流中检测出并清除掉。因此一个快速，稳健，准确的测量方法在本文被提出，同时，一个校准铁水的发射率和温度高低的方法也被提出并应用。这个方法使区开分开铁水和溶渣成为可能，从而解决下渣检测难题。实验表明，该结果完全满足生产需求。 

索引词

计算机红外成像，铁水，熔渣检测，

温度测量，鱼雷车温度测量。

概述

温度测量是一个钢铁生产中强制性的要求。测量，监测和控制整个生产过程中钢水的温度这三方面确保了材料满足产品的规格，以及防止在最终产品中的缺陷。钢铁生产是一个多阶段过程。第一阶段，铁矿石与焦炭，石灰石一起在高炉中冶炼，并生产出铁水。接下来，在炼钢车间，通过给铁水吹氧气去除杂质，如硫或磷，同时也降低了碳合金的含量。此阶段产品属于中间产品，如铸块或面板。 最后，这些产品在钢厂经过热轧和冷轧加工形成最终产品，如钢带。根据产品的最终目的每个阶段都有许多不同的步骤。

所有的钢铁生产阶段，加工材料的温度测量必须精准。许多不同测量温度的方法可分为三类：机械，电子和红外。每种方法的特定特性或多或少的符合不同生产阶段的温度测量。 

炼钢前铁水温度的测量特别重要同时也十分困难。高炉中的铁水是通过鱼雷车运送到炼钢厂，这些隔热货车是专门装上耳轴的罐车。鱼雷车可以承受极高的温度并长时间保持铁水温度，在运输过程中，铁水的表面会形成的一层厚厚的熔渣，当鱼雷车达到炼钢厂后，使用机械手臂打破渣层，然后鱼雷车沿其纵轴旋转，把铁水从一个开口完全浇注到一个大型的耐火容器中（此容器称之为 钢包）。当钢包盛满时（300 吨左右）会被一个桥式起重机从工业厂房移到一个氧气顶吹转炉中，在这里铁水会被再一次倒出并冶炼成钢铁。炼钢前，铁水的温度测量至关重要，因为在氧气顶吹转炉中，它是一个用于控制，调节和优化过程的物理模型所需的参数。 

铁水的温度测并不容易。其中的一种方法是使用配有热电偶的管子，即电子温度计。管子需浸泡到鱼雷车内的铁水中，直到读书稳定后拿出。这种测量方式有很多缺点，根据熔融材料的粘度和读数稳定所需的时间，管子 有可能会卡到鱼雷车中，这样将会出现一种复杂的局面，还需要花时间去解决这个问题，如此一来直接导致生产力下降，同时，由于鱼雷车内部的高温，热电偶无法重复使用，造成运行成本的提高，此外，它是一个非常危险的温度测量方式。因为它需要人直接密切干预明显高于1000摄氏度的材料。 

最好的解决办法是使用一种基于红外的测温方法。此方法主要的优点是，使用的设备是不接触热源的，也就是非接触式温度计。这样的话，极高温的物体或危险品，如铁水，就可以安全的进行测量。因此，非接触式温度测量技术正越来越多的取代传统热电偶的使用。 

红外辐射是一个温度高于绝对0度的物体表面原子和分子运动的能量发射。发射率强度是材料温度的函数，温度越高，发出的红外能量强度越大。红外热成像仪器测量的物体发出的红外辐射是通过辐射方程，如，普郎克定律，将其转换为温度的。由单一生产单一温度值的传感器测量时，该设备被称为测温仪。当测量传感器产生矩形图像或像素矩阵，该设备称为红外摄像机。这是两种最常见的基于红外辐射的温度计设备。

其他类型的红外成像设备，使用旋转式高温计检测移动物体，每回合都形成一个像素或行扫描数组，在任何一个设备中，单一的传感器测量的值代表一部分测量对象的温度。

使用红外技术测量铁水温度，设备需要一个视野清晰的目标，然而，运输中形成的非均质材料层熔渣覆盖了鱼雷车开口并遮住了铁水，如图（1）所示，这就排除了从这个位置测量鱼雷车温度，因此，唯一的测量温度的可能就是测量铁水流从鱼雷车倒入钢包时的温度。铁水流温度的测量通常使用测温仪，不过，在这个特定的地区使用这种设备测量是非常困难去校对的，因为测温点必须准确的匹配铁水流，另外，当铁水从鱼雷车倒入钢包时，它是移动的，使得测温仪不可能做到精确的测量。 

本文提出一种用计算机红外成像系统测量浇注时铁水的温度。该方法面临两大挑战，首先铁水流必须通过红外图像检测，当铁水从鱼雷车清空到钢包时是移动的，同时鱼雷车沿其纵轴旋转的不同角度也会对铁水流产生很大的影响而且会有残留的铁水，本文中提出了克服此类问题的方法。

第二个需要解决的问题是：覆盖在铁水上的熔渣，因为密度小，熔渣会漂浮覆盖在生铁上。见图1b. 测量整个铁水流的温度，包括熔渣，如果当熔渣发出的辐射大于相同温度下铁水所发出的辐射时将出现严重误差。本文中已提出一种基于铁水和熔渣的温度差异来区分他们的方法。

一般来说，工业温度测量需要获得进程状态的信息和应用在控制线的纠正行为。因此当工业过程中需要实时纠正行为时，系统测量会受到时间限制。本文提出的方法已考虑到这点，同时，也提出一种可能实现工业实时测量的系统。

准确的使用此方法工作必须进行校对，这种情况下，校准就显得尤为重要，因为红外温度测量系统的高精度依赖于调整后的正确发射率。本文提出了一种通用的方法和一个真实工业场景中的应用案例。

     杰福仪器仪表有限公司成立于2003年，自2003年代理国际知名大厂 FLIR红外线热像测温系统至今。杰福八年来专注于红外热像检测技术、10多名行业专家，一直致力于红外线热像系统的销售及技术服务，是目前中国大陆首家专业从事红外线热像系统的代理商，也是亚洲地区第一家取得美国非破坏性检测协会（ASNT）认可之高级红外线热像检测师（T/IR Level III）证照的企业，专业提供红外线热像检测师培训课程及资格认证服务，并为企业提供配套热像仪方案。杰福公司是国内率先倡导将「红外线热像检测技术」广泛应用于炼铁、轧钢、化工、塑料、石化等领域，红外线热像检测技术已广为应用于设备预警领域。丰富的专业知识及实务经验，已深获业界的肯定与好评。