應用紅外熱成像數據的鋼包準投和準停模型

譚永明

（陽春新鋼鐵有限責任公司，廣東陽江 529600）

0 引言

鋼包在鋼鐵行業主要是用來盛接高溫的液態熔融鋼水，由于不能及時發現鋼包過度多次使用，引發鋼包穿包事故，穿包而出的高溫熔融鋼水破壞極大，造成中斷生產、損壞設備、甚至人員群死群傷的嚴重事故。同樣，在鋼廠生產過程中，也多次出現由于不能準確判斷鋼包接鋼溫度，引發中斷生產的事故，造成重大損失。

判斷鋼包投入前是否滿足接鋼溫度的要求，周轉過程的鋼包是否過度使用，經歷了依靠經驗判斷和點式紅外測溫判斷為代表的幾個階段。這兩種方式均有其局限性，經驗判斷對人員從業時間和專業素質要求高，不具備推廣性，且受環境等外部因素影響較大，判斷結果往往和實際情況偏差較大。點式紅外測溫測量的是一個點的溫度，不能捕捉整個鋼包各區域溫度，也不能反應整體的情況，同樣會有失誤。隨著技術的發展，紅外成像技術被廣泛運用于軍事、醫療等領域。將紅外成像技術應用于鋼包投入前的投罐判斷和鋼包停用前的停罐判斷，能很好地解決上述問題。

1 紅外成像儀的機理及特點

1.1 紅外成像儀的機理

任何物體只要溫度高于絕對零度，就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內發射能量，產生輻射能。不同的材料、不同的溫度、不同的顏色等，所發出的紅外輻射強度不同。紅外熱像儀就是基于這些變量，通過非接觸式的測量方法對被測物體進行拍照，通過探測物體的輻射紅外能量，轉變為可見的熱圖像。熱圖像上的不同顏色代表被測物體的不同溫度，并根據輻射能量與溫度的關系進行轉換，并將拍攝視野內的溫度值以不同顏色顯示出來，從而形成可視的熱分布圖像，能直觀地反應出被測物體各部位溫度的分布情況。熱像儀的每個像素均代表了被測物體表面的一個溫度點，可以隨機選取需要了解的區域溫度，也可以選取推送最高溫度和最低溫度，使用方便快捷。

1.2 紅外成像儀的特點

非接觸的遠距離遙感檢測，不需要直接接觸被測物體，確保了在各種環境下的使用安全，檢測設備輕便，方便人員攜帶。檢測設備自帶處理軟件，直接形成二維紅外熱圖像，便于及時作出判斷，具備專業分析和制作報告功能，且能與PC 端連接通信，支持增加、刪除、重新命名、移動、調整大小等功能，便于后期數據分析和追溯。

2 熱成像在鋼水罐的建模運用

2.1 建模思路

（1）鋼水罐停罐模型。使用熱成像儀對計劃停修的鋼水罐最后一次上臺轉包至澆鑄位后進行拍照（定點），建立鋼水罐停罐溫度數據庫，結合鋼包下線后的拆罐數據，分析得出渣線、墻磚、底磚三大區域停修溫度參數，形成停罐參考模型。

（2）鋼水罐投罐模型。使用熱成像儀對計劃投罐的鋼水罐抬烤包器后3 min 內進行拍照（定點），建立鋼水罐投罐溫度數據庫，結合鋼水罐運行參數，得出渣線、墻磚、底磚三大區域投罐溫度參數，形成投罐底線模型。

2.2 建模過程

（1）根據建模思路對下線鋼水罐和新投鋼水罐進行現場拍照、留存。

（2）通過人工篩選，排除有測量錯誤或有其他干擾的無效照片，留存有效照片（圖1）。

圖1 AnalyZIR 處理界面

（3）使用AnalyZIR 熱成像分析軟件，對留存照片中的鋼水罐進行分析（圖2），鋼水罐分為4 部分進行數據分析：第1 部分為渣線，第2 部分和第3 部分為墻磚，第4 部分為底磚，找出這4 部分中的最高溫度值，形成150 份報告。

圖2 熱成像照片分析

（4）結合現場實際情況，對每個報告中的數據進行分析，判斷其有效性，最終保留有效數據115 組，并將每張照片4 部分的對應鋼包位置、鋼水罐各個部位的殘厚情況完善至報告中，最終形成停罐建模基礎數據和投罐建模基礎數據。

（5）通過停罐建模基礎數據和投罐建模基礎進行數據分析，梳理出鋼水罐停罐條件和投罐條件（表1）。停罐條件：當成像圖片單個區域超過模型中該區域的臨界溫度時，需加強罐況確認，采取跟蹤使用或停修處理，即渣線測溫≥280 ℃、墻磚測溫≥300 ℃、底磚測溫≥200 ℃。投罐條件：當成像圖片單個區域最高溫度均超過模型中該區域的臨界溫度時，方可投罐使用，即渣線測溫≥245 ℃、墻磚測溫≥190 ℃、底磚測溫≥170 ℃。

表1 停罐條件和投罐條件 ℃

（6）根據鋼水罐停罐條件和投罐條件，建立停罐模型和投罐模型（表2）。圖3 是停罐模型，圖4 是投罐模型。

圖3 停罐模型（示例）

圖4 投罐模型（示例）

表2 停罐模型和投罐模型

3 結論

紅外熱成像的現場應用，為鋼包準投和準停提供了比較準確的參考，通過大量數據得出，當成像圖片單個區域均超過模型中該區域的臨界溫度時，鋼包準投，能滿足紅包接鋼的需求，即渣線測溫≥245 ℃、墻磚測溫≥190 ℃、底磚測溫≥170 ℃；當成像圖片單個區域超過模型中該區域的臨界溫度時，鋼包準停，能滿足鋼包合理消耗耐材并安全下線的需求，即渣線測溫≥280 ℃、墻磚測溫≥300 ℃、底磚測溫≥200 ℃。

使用熱成像儀測量過程中，探測器溫度變化、環境溫度變化、目標的發射率、大氣透過率、測量距離、目標外表覆蓋物等都會給測量帶來誤差，就是測量過程中會出現數據異常的情況，需要通過篩選和辨別數據有效性后，方能參照模型的量化數據指導生產。實際使用過程中還應利用成像儀能突顯出一個面上的最高溫度點，輔以經驗來判斷該高溫點是否異常。總之，熱成像儀只是一種測量工具，使用方式和方法可以不斷完善和探索。