新型炉顶热成像系统在1080 m3高炉的应用

张碧星

（西宁特殊钢股份有限公司炼铁事业部，青海西宁 810005）

0 引言

为了给高炉炉内操作者提供更准确、清晰的图片和视频，应用新型炉顶热成像系统，实时接收视场范围内炉喉及上方的红外视频图像、视频图像，掌握溜槽的形状、衬板的磨损情状、溜槽的运动状态、溜槽下料情况；同时，在炉内灰尘较小的情况下，可实时查看视场范围内每个坐标点的温度，掌握中心气流位置和强弱、边缘气流强弱等情况。

红外热成像技术是运用光电技术探测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形的一种成像技术。目前该技术在高炉炉内已得到普遍应用，并且在不断地改进、升级和完善中。近年来，随着国家加快推进产业结构调整升级，钢铁行业加快淘汰落后产能，提质降本增效的需要，高炉炉内操作需要更精准、更可靠的各种探测设备，为炉内精细化操作提供必要的手段和各种参数，为此，新型炉顶热成像系统为炉内的操作提供更加精准可靠的保证。

1 现状分析

西宁特钢炼铁事业部3#高炉（容积1080 m3）自2011年11月投产以来，炉内使用的是传统红外摄像仪，只有在料面有可见光的情况下才能检测到料面及上部区域的图像，而且图像清晰度低，层次不明显，无法看清溜槽的磨损情况。料面的温度测量也只是根据图像伪彩出来的，误差很大，无法检测料面的真实温度及煤气流分布。传统摄像机因工作环境问题，不能插入炉内太深，影响摄像视角，观测范围狭小且容易结灰，成像分辨率低。其次，传统高炉热成像系统大多采用手动操作，高炉成像只把图像传输到主控室，检修的时候要有专人进行检修，工作量大且危险性高。生产中的断水、断电、断气等异常情况下，设备没有自动保护装置，很容易发生设备损坏情况，无法保证较长的设备寿命和高质量的设备性能。

2 采取的措施

利用新型高炉炉顶热成像系统，为炉内工长的操作提供更清晰、更精准的图片与视频。该系统较传统炉顶红外成像技术具有以下优点。

（1）可观测炉内信息量更大。热成像系统在炉内有无可见光的情况下均可观测炉喉及上部区域的图像并实时传送至主控室计算机。系统可观察炉内溜槽的运动及损坏程度、火焰强弱、布料状态等。在下料过程中，当炉喉区域的火焰被压住，炉内没有可见光时，炉内情况依然清晰可见。

（2）真实的温度场分布图。当炉内粉尘浓度低时，系统可精准测定料面区域的温度，并重建炉内温度场，并通过不同颜色显示料面温度场。随鼠标移动到任意一个坐标点，可实时显示该坐标点的温度。

（3）模拟多条“十”字测温线。可按照高炉工作者的习惯，在半径方向模拟出多条“十”字测温线，可沿半径方向随意显示多个点的温度。

（4）水冷气封防护探头。采用双层水冷气封设计，全部不锈钢材质。在探头前端留有一个圆形小孔，高温镜头在此向外窥视。同时，高压防护气体从此小孔以柱状形式喷出，充分压制炉内的气体及粉尘，保护镜头及热像设备。

（5）自动退出机构。系统具备全自动退出保护机构，当温度、水压、气压异常或供电异常等情况发生时，会报警并自动将枪体退出到炉外并关闭高温阀门，以防热像设备损坏。

（6）镜头自动刮扫功能。针对高炉粉尘附着等问题，系统可定时自动刮扫，操作人员可在监控室远程设定刮扫周期并手动刮扫镜头。

3 新型系统构成与技术参数

高炉炉顶热成像系统由炉体高清专用热像仪、直排水槽、光纤及电源线、主控室（电脑监控器及远程控制系统、UPS电源）、炉顶高压水环管、氮气罐、氮气主管道等组成（图1）。高炉炉顶热成像系统工作参数见表1。

4 系统安装后的安全防护措施

受炉顶煤气高温热辐射、热传导和粉尘的影响，炉顶红外热成像系统必须采取严格

冷却、吹扫和除尘等防护措施才能保证系统的长期稳定运行，具体防护措施如下。

图1 高炉炉顶热成像系统架构

表1 高炉炉顶热成像系统工作参数

（1）水冷保护。通过冷却水套对热像设备的外套进行冷却，保证外套温度控制<60℃。

（2）气冷保护。通过氮气对热像设备进行强化冷却，保证热像设备的工作温度<40℃；（3）氮气吹扫。通过氮气吹扫，保持镜头的清洁；（4）自动/远程手动刮灰装置，保持镜头前端不结灰。

5 应用效果评价及分析

新系统安装调试运行后，通过先进的微型高清红外热像仪实时接收视场范围内目标物体的红外线，通过热像仪中的信号处理系统将红外线转换成视频信号，并经过传输网络传送至计算机系统。然后通过计算机软件实时显示炉喉及上方的红外视频图像把高炉内部情况转换为可见的图像，从而获取高炉炉内直观的影像。通过本系统，可直接观测高炉炉喉温度分布（气流分布）、火焰强弱、布料状态等情况，同时可观测溜槽磨损程度、十字测温大杆烧损等情况，实现炉况和关键设备工作状态的实时在线监控（图2和图3）。

6 结束语

图2 主控室内的视频监控截图

在高炉生产过程中，溜槽的运行状态和完好程度以及料面的温度分布（气流分布)）对高炉生产有着重要意义，观测溜槽的运行状态和完好程度以及气流分布状况可以更有效地判断高炉生产状况，指导高炉高效生产，得到了炉内操作者的一直好评。新型炉顶热成像仪在西宁特钢3#高炉的成功应用，较传统红外成像仪在成像清晰度、画面稳定性、可操作性以及自动保护装置方面都有较大提高。未来计划在2#高炉炉顶应用该监控系统，高炉内的操作效率和精准度，满足炉内精细化操作对设备的要求。

图3 设备监控主画面