新型爐頂熱成像系統在1080 m3高爐的應用

張碧星

（西寧特殊鋼股份有限公司煉鐵事業部，青海西寧 810005）

0 引言

為了給高爐爐內操作者提供更準確、清晰的圖片和視頻，應用新型爐頂熱成像系統，實時接收視場范圍內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、溜槽的運動狀態、溜槽下料情況；同時，在爐內灰塵較小的情況下，可實時查看視場范圍內每個坐標點的溫度，掌握中心氣流位置和強弱、邊緣氣流強弱等情況。

紅外熱成像技術是運用光電技術探測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形的一種成像技術。目前該技術在高爐爐內已得到普遍應用，并且在不斷地改進、升級和完善中。近年來，隨著國家加快推進產業結構調整升級，鋼鐵行業加快淘汰落后產能，提質降本增效的需要，高爐爐內操作需要更精準、更可靠的各種探測設備，為爐內精細化操作提供必要的手段和各種參數，為此，新型爐頂熱成像系統為爐內的操作提供更加精準可靠的保證。

1 現狀分析

西寧特鋼煉鐵事業部3#高爐（容積1080 m3）自2011年11月投產以來，爐內使用的是傳統紅外攝像儀，只有在料面有可見光的情況下才能檢測到料面及上部區域的圖像，而且圖像清晰度低，層次不明顯，無法看清溜槽的磨損情況。料面的溫度測量也只是根據圖像偽彩出來的，誤差很大，無法檢測料面的真實溫度及煤氣流分布。傳統攝像機因工作環境問題，不能插入爐內太深，影響攝像視角，觀測范圍狹小且容易結灰，成像分辨率低。其次，傳統高爐熱成像系統大多采用手動操作，高爐成像只把圖像傳輸到主控室，檢修的時候要有專人進行檢修，工作量大且危險性高。生產中的斷水、斷電、斷氣等異常情況下，設備沒有自動保護裝置，很容易發生設備損壞情況，無法保證較長的設備壽命和高質量的設備性能。

2 采取的措施

利用新型高爐爐頂熱成像系統，為爐內工長的操作提供更清晰、更精準的圖片與視頻。該系統較傳統爐頂紅外成像技術具有以下優點。

（1）可觀測爐內信息量更大。熱成像系統在爐內有無可見光的情況下均可觀測爐喉及上部區域的圖像并實時傳送至主控室計算機。系統可觀察爐內溜槽的運動及損壞程度、火焰強弱、布料狀態等。在下料過程中，當爐喉區域的火焰被壓住，爐內沒有可見光時，爐內情況依然清晰可見。

（2）真實的溫度場分布圖。當爐內粉塵濃度低時，系統可精準測定料面區域的溫度，并重建爐內溫度場，并通過不同顏色顯示料面溫度場。隨鼠標移動到任意一個坐標點，可實時顯示該坐標點的溫度。

（3）模擬多條“十”字測溫線。可按照高爐工作者的習慣，在半徑方向模擬出多條“十”字測溫線，可沿半徑方向隨意顯示多個點的溫度。

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

（5）自動退出機構。系統具備全自動退出保護機構，當溫度、水壓、氣壓異常或供電異常等情況發生時，會報警并自動將槍體退出到爐外并關閉高溫閥門，以防熱像設備損壞。

（6）鏡頭自動刮掃功能。針對高爐粉塵附著等問題，系統可定時自動刮掃，操作人員可在監控室遠程設定刮掃周期并手動刮掃鏡頭。

3 新型系統構成與技術參數

高爐爐頂熱成像系統由爐體高清專用熱像儀、直排水槽、光纖及電源線、主控室（電腦監控器及遠程控制系統、UPS電源）、爐頂高壓水環管、氮氣罐、氮氣主管道等組成（圖1）。高爐爐頂熱成像系統工作參數見表1。

4 系統安裝后的安全防護措施

受爐頂煤氣高溫熱輻射、熱傳導和粉塵的影響，爐頂紅外熱成像系統必須采取嚴格

冷卻、吹掃和除塵等防護措施才能保證系統的長期穩定運行，具體防護措施如下。

圖1 高爐爐頂熱成像系統架構

表1 高爐爐頂熱成像系統工作參數

（1）水冷保護。通過冷卻水套對熱像設備的外套進行冷卻，保證外套溫度控制<60℃。

（2）氣冷保護。通過氮氣對熱像設備進行強化冷卻，保證熱像設備的工作溫度<40℃；（3）氮氣吹掃。通過氮氣吹掃，保持鏡頭的清潔；（4）自動/遠程手動刮灰裝置，保持鏡頭前端不結灰。

5 應用效果評價及分析

新系統安裝調試運行后，通過先進的微型高清紅外熱像儀實時接收視場范圍內目標物體的紅外線，通過熱像儀中的信號處理系統將紅外線轉換成視頻信號，并經過傳輸網絡傳送至計算機系統。然后通過計算機軟件實時顯示爐喉及上方的紅外視頻圖像把高爐內部情況轉換為可見的圖像，從而獲取高爐爐內直觀的影像。通過本系統，可直接觀測高爐爐喉溫度分布（氣流分布）、火焰強弱、布料狀態等情況，同時可觀測溜槽磨損程度、十字測溫大桿燒損等情況，實現爐況和關鍵設備工作狀態的實時在線監控（圖2和圖3）。

6 結束語

圖2 主控室內的視頻監控截圖

在高爐生產過程中，溜槽的運行狀態和完好程度以及料面的溫度分布（氣流分布)）對高爐生產有著重要意義，觀測溜槽的運行狀態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狀況，指導高爐高效生產，得到了爐內操作者的一直好評。新型爐頂熱成像儀在西寧特鋼3#高爐的成功應用，較傳統紅外成像儀在成像清晰度、畫面穩定性、可操作性以及自動保護裝置方面都有較大提高。未來計劃在2#高爐爐頂應用該監控系統，高爐內的操作效率和精準度，滿足爐內精細化操作對設備的要求。

圖3 設備監控主畫面