紅外成像在銅冶煉圓盤澆鑄機上的智能化應用

崔平

（金隆銅業有限公司，安徽銅陵 244021）

圓盤澆鑄機是目前國內外銅冶煉火法煉銅工藝中用于連續定量澆鑄陽極板的主要設備。在陽極板澆鑄的過程中，銅模溫度控制顯得非常重要：1)圓盤澆鑄機使用銅模壽命的長短主要取決于銅模溫度的高低。伴隨著高溫銅水的注入，銅模溫度隨之上升。長時間高溫極易使銅模產生變形、開裂，縮短壽命。2）銅模表面溫度是決定陽極板質量的重要因素之一。銅模表面溫度過高，陽極板容易變形、有條紋；銅模表面溫度過低，陽極板容易產生毛邊等問題；銅模表面溫度分布不均衡，會導致陽極板厚薄不均勻。陽極板質量的提高對提高電銅質量、降低電解故障率至關重要，不合格的陽極板還需要回爐，降低了勞動效率、增加了能耗及造成低空污染。因此，實時掌握銅模表面溫度的分布規律，及時調整控制銅模的溫度，對延長銅模壽命、提高陽極板質量、提高產能都十分有意義。本文以金隆銅業公司為例，介紹紅外測溫+圖像分析處理技術在銅模溫度監控上的應用。

1 圓盤澆鑄機系統現狀

金隆銅業公司從芬蘭奧圖泰公司引進雙18模圓盤澆鑄機，已于2008年投用至今。雙圓盤澆鑄機設計澆鑄能力為110 t/h[1]，主要包括18模圓盤澆鑄機、自動澆鑄系統、陽極板稱重系統、圓盤雙伺服驅動、陽極板收集系統等。控制系統是奧圖泰公司配套西門子300系列的PLC并采用了Profibus-DP現場總線技術，沒有配套銅模測溫裝置。

2 紅外測溫+圖像分析處理系統組成

為了提高銅冶煉圓盤澆鑄系統的智能化水平，該廠新增“紅外測溫+圖像分析處理”系統（以下簡稱“GS-IRT系統”）。GS-IRT系統前端主要為雙視紅外成像測溫儀。通過對紅外測溫成像技術的應用，對檢測目標進行全方位監控，收集、匯集信息，并對信息進行分支處理。后端主要包括基于C/S構架的數據查詢及分析功能的紅外應用服務器、各控制室網絡工作站、視頻圖形及紅外熱圖數據存儲設備（NVR）。技術人員通過安裝于紅外應用服務器的分析與處理軟件對采集的信號進行分析處理，查找隱患點，還可通過各控制室網絡工作站實時調閱相關結果和狀態，并進行自動、手動遠程的溫度測量和紅外圖像采集與控制。系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成示意

該系統利用紅外測溫[2]+圖像分析處理技術，通過現場的雙視紅外測溫儀對銅模表面的溫度分布情況進行監測與分析，研究銅模溫度分布規律，建立檢測算法模型，實現智能溫度在線監控，同時提供紅外DDE增強的紅外熱圖供操作人員進行實時監測。系統還預留報警及控制信號接口（4～20 mA、TCP/IP、開關量），用于提供指導噴淋冷卻水系統中相關閥門開度的控制。

3 紅外測溫成像技術的應用

基于現場實際情況，選用能夠實現可見光視頻信息、紅外成像熱圖信息采集，并實時監測的探測器以及一體化雙光譜測溫儀，以保證同時獲取一塊銅模的視頻及溫度分布數據。

3.1 設備的選擇

選用紅外雙視雙光譜成像測溫儀，儀器型號為GS-LCP。另外，在設備的選擇上應注意：1）選擇高分辨率(分辨率640×512)的紅外成像探測器，可以保證遠距離監測的同時，銅模上每個的溫度信息都能夠精確定位和精準測溫。2）可見光傳感器應選擇1 080 P(分辨率1 920×1 080)高清晰的網絡攝像機。此像素的攝像機能夠透過水汽、濃霧的干擾，保證成像清晰。3）測溫精度為±0.5%。4）搭載電動轉臺，為現場安裝位置的確定提供便利。監測時，系統能夠自動捕捉最佳監測視角，工作時固定觀測，操作人員也可以通過系統軟件實時控制測溫儀轉動，監測其他區域。

3.2 測溫儀安裝注意事項

測溫儀安裝注意事項：1）為了實時捕捉銅模表面的可見光、紅外光，監控銅模表面溫度分布，測溫儀應采用從高處向下俯視的方式進行安裝；2）結合銅模實際尺寸及安裝高度，測溫儀采用兩種焦距可調，并配套開發滿足監測需要的視場角鏡頭，重點鎖定待澆鑄的銅模區域；3）保證在較遠距離下能夠避免周圍水汽區域、高溫熔體區域對于系統測溫造成的影響。

3.3 測溫探頭安裝位置

根據現場情況將雙視紅外測溫探頭安裝在圓盤澆鑄區附近（圖2），以避開生產運輸通道。通過雙視紅外測溫儀對視場范圍內檢測目標進行定點分區檢測，避免視覺遮擋和出現死角。

圖2 紅外測溫探頭現場安裝位置示意

4 系統軟件

安裝于紅外應用服務器的分析與處理軟件對采集的信號進行圖像分析及處理，把兩種波段的光譜進行綜合展示。圖像分析與處理軟件實現了以下功能：1）全屏幕多點同時掃描測溫顯示；2）自動全屏掃描捕捉最高溫與最低溫；3）對圖像上任一直線進行溫度分析；4）對圖像上的相關區域進行溫度掃描分析，且區域可任意移動和改變大小，同時可有多個不同的區域進行分析；5）對多個區域同時進行分析比較；6）對圖像內任意點、線的溫度進行掃描，對變化趨勢進行記錄分析；7）對圖像內任意區域內的溫度掃描，對變化趨勢進行記錄分析；8）自動計算被測點與設置溫度的溫差；9）自動跟蹤屏幕上最高/最低/或符合設定溫度范圍的多個目標點，并同時測量出上述目標點的溫度值，當監測溫度達到或超過設定值后，發出報警信號；10）銅模位號進行在線識別。銅模溫度成像顯示，如圖3所示。

圖3 銅模溫度成像顯示

5 應用情況及效果

GS-IRT系統在該廠實施后，技術人員能夠實時掌握銅模溫度分布信息，并對銅模使用、壽命情況做到可視化及可追溯性掌控。相關數據分析如圖4。

圖4 相關數據分析畫面

由于對銅模的溫度實現了紅外測溫成像技術進行在線實時檢測、成像，操作人員可根據溫度的實時變化，及時調整銅模溫度，避免了陽極板發生變形、出現飛邊毛刺、厚薄不均勻等現象的發生，從而有效提高了陽極板質量，減少了廢板率，同時也延長了銅模壽命。

6 結語

通過近1年的使用，操作人員在生產過程中能實時、全面地掌握銅模表面溫度的分布，及時、方便地調整控制銅模的溫度，延長銅模壽命，提高陽極板質量，有效提高產能，杜絕安全隱患，實現了冶煉廠實現節能、減排與環保，同時提高企業的智能化水平。紅外測溫成像技術在銅冶煉圓盤澆鑄機智能化成功應用在國內尚屬首例，可在其他冶煉企業應用推廣。