红外成像系统在高炉的应用

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　　 摘要：高炉炉况的波动和设备的故障造成许多高炉的巨大经济损失。红外成像系统能监视炉内布料情况，并通过计算机生成伪彩图帮助分析炉况,有效解决了问题。
　　关键词：红外成像;高炉;监控系统       
　　1系统特点
　　高炉料面红外摄像仪由炉顶插入高温探测仪获取炉内影像,在值班室监视器上在线显示整个料面的气流分布图像,观察溜槽的运动和料流流股情况,监视炉内塌料等异常炉况。图像还能送入计算机,经过图像处理得到料面气流分布和温度分布状况的定量数据,绘出伪彩图、温度数据图、趋势图和分布曲线。高炉料面红外摄像仪采用特制的金属外壳微型摄像机。主要用于对高炉内部炉料料面、料形和摆动溜槽状态进行实时监控。本系统直接安装与炉喉部位，可监视到管道、塌料、坐料和料面偏斜等现象，便于高炉操作者及时获取炉内信息，为高炉操作提供依据，从而保证高炉的高产、优质、低耗并大大演唱其有效寿命。
　　 
　　2 工作原理
　　 红外成像原理：比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
　　 红外成像仪特点：非制冷微量热型焦平面探测器；测温范围宽从-40到2000℃(扩展)；热灵敏0.06℃；倾斜式取景器,屈光度可调；通过数字接口连续记录实时数据；采集速率最高可达60帧/秒；可预设时间,温度触发方式,避免错失重要数据的记录；随机配置在线操控,数据分析与报告软件功能完善；内置数码相机；可翻转式高清晰度彩色液晶显示屏；多种功能自动完成,操作简单；自动识别镜头类型；内置存储器和闪存卡插槽方便携带热像仪外出使用；以语音,文本,可见光图像对红外热图进行注释。
　　 高温探测仪内装专用红外摄像机和特殊镜头。通过电控单元用视频电缆连接到监视器视频输入端口和计算机视频采集卡。可同时在监视器和计算机显示器上观察炉内图像。CCD芯片具有红外功能,寿命长。镜头具有广角和长景深的特性,不用调焦,没有机械和电动部件,使摄像系统大大简化,大幅度提高了工作的稳定性和可靠性。摄像机安装在摄像枪中,通过冷却水套插入高炉内部,可以在休风时安装,炉壳钢板上开孔直径仅为140 mm。采用水冷和氮气防护,使摄像机在高温、高压、高尘、高湿的炉内长期稳定地工作。摄像枪采用了球阀和密封环两道密封方式,正常生产情况下就可以进行维护。由于观察孔小,防护气体的用量很少,运行费用低。
　　 它借助于红外热成像技术将目标的热辐射转化成二维可视图象,任何温度高于绝对温度零度的物体都有热辐射,即辐射红外波长的电磁波,红外成像系统就是通过测定物体的热辐射,用二维可视图象显示物体的热状态分布,并进行温度测量的。热成像摄像头提供的电信号经过电控单元进入工控机,并在图象监视器上显示出被测对象表面热辐射强弱分布的黑白图象。借助于热辐射标定技术和计算机的运算能力,把热辐射的黑白图象在计算机屏幕上变成温度分布的伪彩色图象,一般用暖色表示高温,用冷色表示低温。借助于图象处理功能得到一般测温仪表不可能得到的结果,例如用图象滤波功能消除干扰影响,求某一指定区域的最高、最低、平均温度和温度分布值方图等等。工作网络结构图见图1。
　　
　　3组成部分
　　1）成套设备中含：高温特种摄像仪、红外测温仪、温度信号转换器、控制箱、安装基板、计算机、监视器等组成。
　　2）图像部分：图像系统主要由红外摄像仪及高温针孔镜头完成对炉内情况的图像采集，传送至计算机处理。由计算机处理后产生直接观察图、料层温度图。输出可直接接 CRT 显示器或专用监视器显示入料观察图像。摄像仪及镜头均置于高温特种防护罩内，防护罩安装于基板上。3）温度分析部分：检测数据经数据转换器转换成 RS-232 信号，该信号送入计算机的 COM1 端口，由计算机直接显示。4）气路部分：压缩气体经调压阀直接调压后送至探头罩内腔进风口，该低温高速气流在探头前端的夹层内形成气墙，有效地减小外层对内层的热辐射及热传导，气流在探头前端扩风口形成导向旋转压力风帘，既可以防止炉内粉尘在探头前端的凝结，又可以消除炉内的高温粉尘对镜头的侵蚀。5）水路部分：冷却水流经整个预埋件基板，由出水口循环输出，该循环水有效地降低了炉内高温对镜头及摄像机的热量传导，为摄像机的可靠工作提供了保证；同时，循环水又可有效地隔离炉壁高温对摄像机及镜头的影响。6）供电部分：由电源适配器为本设备中各电器提供电源7）报警部分：当水、气路有异常时，探头内的温度会相应提高，在温度升到设定温度时，探头罩内的温度传感器就会产生信号，现场控制箱就会报警，并可将信号传输到控制室。
　　4 钢铁工业中的热像仪其他应用
　　① 大型高炉料面的测定② 热风炉的破损诊断和检修
　　③ 高炉残铁口位置的确定④ 钢锭温度的测定
　　⑤ 连铸板坯温度的测定⑥ 钢铁模温度的测量
　　⑦ 出炉板坯温度的测定与控制⑧ 热轧辊表面温度的测定
　　5 结语
　　 红外成像系统将物体表面的热辐射显示成二维的可视图象,它是热成像技术、红外标定技术、图象处理技术、多媒体技术和图象压缩与恢复技术等多项高技术的集成,在冶金自动化的电气故障诊断、非接触在线测温和窑炉监测等方面有广泛用途。从生产实践来看,高炉投用炉内红外成像系统使用效果显著,为详细了解炉况提供了有效依据,也为高炉的持续稳产高产提供了保证,是红外成像技术在高炉应用的一个成功典范。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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