应用红外热成像数据的钢包准投和准停模型

谭永明

（阳春新钢铁有限责任公司，广东阳江 529600）

0 引言

钢包在钢铁行业主要是用来盛接高温的液态熔融钢水，由于不能及时发现钢包过度多次使用，引发钢包穿包事故，穿包而出的高温熔融钢水破坏极大，造成中断生产、损坏设备、甚至人员群死群伤的严重事故。同样，在钢厂生产过程中，也多次出现由于不能准确判断钢包接钢温度，引发中断生产的事故，造成重大损失。

判断钢包投入前是否满足接钢温度的要求，周转过程的钢包是否过度使用，经历了依靠经验判断和点式红外测温判断为代表的几个阶段。这两种方式均有其局限性，经验判断对人员从业时间和专业素质要求高，不具备推广性，且受环境等外部因素影响较大，判断结果往往和实际情况偏差较大。点式红外测温测量的是一个点的温度，不能捕捉整个钢包各区域温度，也不能反应整体的情况，同样会有失误。随着技术的发展，红外成像技术被广泛运用于军事、医疗等领域。将红外成像技术应用于钢包投入前的投罐判断和钢包停用前的停罐判断，能很好地解决上述问题。

1 红外成像仪的机理及特点

1.1 红外成像仪的机理

任何物体只要温度高于绝对零度，就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发射能量，产生辐射能。不同的材料、不同的温度、不同的颜色等，所发出的红外辐射强度不同。红外热像仪就是基于这些变量，通过非接触式的测量方法对被测物体进行拍照，通过探测物体的辐射红外能量，转变为可见的热图像。热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度，并根据辐射能量与温度的关系进行转换，并将拍摄视野内的温度值以不同颜色显示出来，从而形成可视的热分布图像，能直观地反应出被测物体各部位温度的分布情况。热像仪的每个像素均代表了被测物体表面的一个温度点，可以随机选取需要了解的区域温度，也可以选取推送最高温度和最低温度，使用方便快捷。

1.2 红外成像仪的特点

非接触的远距离遥感检测，不需要直接接触被测物体，确保了在各种环境下的使用安全，检测设备轻便，方便人员携带。检测设备自带处理软件，直接形成二维红外热图像，便于及时作出判断，具备专业分析和制作报告功能，且能与PC 端连接通信，支持增加、删除、重新命名、移动、调整大小等功能，便于后期数据分析和追溯。

2 热成像在钢水罐的建模运用

2.1 建模思路

（1）钢水罐停罐模型。使用热成像仪对计划停修的钢水罐最后一次上台转包至浇铸位后进行拍照（定点），建立钢水罐停罐温度数据库，结合钢包下线后的拆罐数据，分析得出渣线、墙砖、底砖三大区域停修温度参数，形成停罐参考模型。

（2）钢水罐投罐模型。使用热成像仪对计划投罐的钢水罐抬烤包器后3 min 内进行拍照（定点），建立钢水罐投罐温度数据库，结合钢水罐运行参数，得出渣线、墙砖、底砖三大区域投罐温度参数，形成投罐底线模型。

2.2 建模过程

（1）根据建模思路对下线钢水罐和新投钢水罐进行现场拍照、留存。

（2）通过人工筛选，排除有测量错误或有其他干扰的无效照片，留存有效照片（图1）。

图1 AnalyZIR 处理界面

（3）使用AnalyZIR 热成像分析软件，对留存照片中的钢水罐进行分析（图2），钢水罐分为4 部分进行数据分析：第1 部分为渣线，第2 部分和第3 部分为墙砖，第4 部分为底砖，找出这4 部分中的最高温度值，形成150 份报告。

图2 热成像照片分析

（4）结合现场实际情况，对每个报告中的数据进行分析，判断其有效性，最终保留有效数据115 组，并将每张照片4 部分的对应钢包位置、钢水罐各个部位的残厚情况完善至报告中，最终形成停罐建模基础数据和投罐建模基础数据。

（5）通过停罐建模基础数据和投罐建模基础进行数据分析，梳理出钢水罐停罐条件和投罐条件（表1）。停罐条件：当成像图片单个区域超过模型中该区域的临界温度时，需加强罐况确认，采取跟踪使用或停修处理，即渣线测温≥280 ℃、墙砖测温≥300 ℃、底砖测温≥200 ℃。投罐条件：当成像图片单个区域最高温度均超过模型中该区域的临界温度时，方可投罐使用，即渣线测温≥245 ℃、墙砖测温≥190 ℃、底砖测温≥170 ℃。

表1 停罐条件和投罐条件 ℃

（6）根据钢水罐停罐条件和投罐条件，建立停罐模型和投罐模型（表2）。图3 是停罐模型，图4 是投罐模型。

图3 停罐模型（示例）

图4 投罐模型（示例）

表2 停罐模型和投罐模型

3 结论

红外热成像的现场应用，为钢包准投和准停提供了比较准确的参考，通过大量数据得出，当成像图片单个区域均超过模型中该区域的临界温度时，钢包准投，能满足红包接钢的需求，即渣线测温≥245 ℃、墙砖测温≥190 ℃、底砖测温≥170 ℃；当成像图片单个区域超过模型中该区域的临界温度时，钢包准停，能满足钢包合理消耗耐材并安全下线的需求，即渣线测温≥280 ℃、墙砖测温≥300 ℃、底砖测温≥200 ℃。

使用热成像仪测量过程中，探测器温度变化、环境温度变化、目标的发射率、大气透过率、测量距离、目标外表覆盖物等都会给测量带来误差，就是测量过程中会出现数据异常的情况，需要通过筛选和辨别数据有效性后，方能参照模型的量化数据指导生产。实际使用过程中还应利用成像仪能突显出一个面上的最高温度点，辅以经验来判断该高温点是否异常。总之，热成像仪只是一种测量工具，使用方式和方法可以不断完善和探索。