曾敏學

煉鋼生產(chǎn)為社會發(fā)展提供了重要原材料。現(xiàn)階段我國的鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代階段，在煉鋼生產(chǎn)流程高效化，提高煉鋼生產(chǎn)水平勢在必行。在科學技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的推動下，大型高爐的自動化水平快速提升，對生產(chǎn)作業(yè)管理的具體方式方法也提出了新的要求。目前在高爐冶煉過程中，對風口的監(jiān)視大多是采用人工巡檢并配合風口噴煤設(shè)備的自動檢測方式完成的，這種方式存在明顯缺陷，不僅增加了工人的勞動強度和隱患，而且噴煤設(shè)備的自動檢測也只是對噴煤管的工作狀態(tài)進行檢測，并不是對風口的工作狀態(tài)的直接監(jiān)視。同時由于沒有合適的記錄設(shè)備，不能將正常生產(chǎn)情況或風口等事故情況實時記錄下來，也就沒辦法進行高爐操作經(jīng)驗交流或事故分析，但隨著高爐大型化，值班室與風口平臺的距離也較遠，以濾光鏡為工具對風口窺視孔進行定時監(jiān)控以確定大型高爐的運轉(zhuǎn)情況這種傳統(tǒng)管理手段已經(jīng)無法滿足當前生產(chǎn)管理的實際需求，而這種傳統(tǒng)方式所存在的實時性差、工作量大、連續(xù)性差等問題也將導致工作質(zhì)量很大程度上取決于相關(guān)人員的態(tài)度和能力，導致了比較突出的主觀風險和滯后性風險，往往無法及時發(fā)現(xiàn)和有效處置高爐風口堵塞、噴煤不均等異常問題，對高爐正常生產(chǎn)運轉(zhuǎn)造成了不利影響。高爐多個風口處增設(shè)了噴槍支管，各支管設(shè)置位置與高爐接近風口長度有一定距離，導致每個風口的送風量不同，特別是距離分配器最遠與最近的風口，送風差異更大，對煉鋼高爐運行造成一定影響。基于新型微攝像技術(shù)的功能優(yōu)勢，能獲取更加可靠、更高質(zhì)量的成像結(jié)果，因此能夠為高爐風口監(jiān)控管理提供一種更加科學有效的工具，結(jié)合相關(guān)圖像分析軟件能夠及時、準確的分析和確定煤粉流分布、風口工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用于指導生產(chǎn)操作和工藝分析。

新鋼10號高爐（2500m3）于2009年11月8日開爐，設(shè)有30個風口，3個鐵口。2019年10月份，利用檢修機會，引入攝像系統(tǒng)對風口監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進。目前，該系統(tǒng)運行整體良好，為高爐生產(chǎn)管理和風險監(jiān)測提供了一種積極有效的工具。

1 風口攝像系統(tǒng)的組成

本風口攝像系統(tǒng)實現(xiàn)了風口生產(chǎn)狀況的動態(tài)監(jiān)測。

由上述系統(tǒng)原理圖可知，攝像裝置具體以風冷保護裝置為安裝區(qū)域，并經(jīng)連接件連接至風口。攝像頭的調(diào)節(jié)與控制通過調(diào)節(jié)螺栓（3個）實現(xiàn)，以滿足不同觀測、監(jiān)控角度的需求。風冷保護裝置具體經(jīng)尾線連接至現(xiàn)場模塊盒，并將視頻圖像傳輸裝置安裝在模塊盒里具體實現(xiàn)視頻信號由監(jiān)控現(xiàn)場向中控機房的傳輸。在中控機房中部署視頻信號接收裝置（3個），集中接收和處理風口監(jiān)控系統(tǒng)所采集、傳輸?shù)囊曨l圖像，結(jié)合圖像分析軟件處理、分析和存儲相關(guān)視頻圖像，為生產(chǎn)監(jiān)控和管理提供所需數(shù)據(jù)信息?；谝陨舷到y(tǒng)設(shè)置方案，能夠在中控機房實現(xiàn)對高爐風口運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控，在充分保證系統(tǒng)運行質(zhì)量的基礎(chǔ)上切實有效的提升了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性和效率性，從而為增產(chǎn)增收目標的實現(xiàn)提供了有效保障。

1.1 風口成像設(shè)備

風口攝像儀安裝在風口窺孔上。每兩個風口之間，由風口上方的熱電偶布線槽平臺處向下敷設(shè)一根穿線管，其下端據(jù)風口平臺2左右，并在焊接絲頭處安裝防爆接線盒。氣路管線的敷設(shè)方法為：冷卻用壓縮空氣主管供氣端設(shè)置控制球閥，在閥門下面增加一個環(huán)管，開孔以后將風口間進行焊接，由此來將冷卻風進行輸送，穿線管旁邊以平行方式，敷設(shè)一根管路，在下端進行絲頭的焊接。通過截止閥、金屬軟管連接在防爆接線盒上，網(wǎng)線一端穿入穿線管進入防爆接線盒，另一端通過布線槽連接到主控室的監(jiān)控設(shè)備處。

風口攝像技術(shù)是為滿足大型高爐生產(chǎn)需要—一為高爐操作者提供準確、及時的風口信息而發(fā)展起來的新技術(shù)。對高富氧大噴吹的高爐，風口攝像技術(shù)顯得更加重要，在國內(nèi)一些大型高爐普遍使用。SW-FK型風口成像攝像儀是最新研制的監(jiān)測高爐風口實況的高科技產(chǎn)品，該設(shè)備具有體積小、質(zhì)量輕、安裝調(diào)試方便、圖像清晰、信號傳輸穩(wěn)定等特點。

1.2 風口成像的流程

在高爐風口位置，設(shè)置成像攝像儀，利用其分光器設(shè)備，可將目鏡對風口狀況進行觀察，再利用專用攝像機，把視頻信號作為風口圖像載體，向高爐主控室傳遞，利用分屏技術(shù)來顯示每個風口圖像，監(jiān)視器可以對相關(guān)圖像進行監(jiān)控，對于工長來說，只要在主控室內(nèi)就可以將每個風口圖像進行實時監(jiān)控，主要針對焦炭運動、煤粉噴槍等進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)渣皮或冷料下落的異常爐況，為工長提供及時完整的高爐圓周方向的爐況信息。圖像處理系統(tǒng)用計算機對圖像進行處理和分析，可以將各個風口溫控、噴煤等現(xiàn)象及時掌握，對高爐風口、噴煤系統(tǒng)運行形態(tài)全面了解，對高爐操作有定量指導作用。

1.3 焦距成像的性能指標

由于高爐每個風口位置都有攝像頭的安裝，構(gòu)成風口攝像系統(tǒng)以后，可以將視頻信號向主控室傳遞，以分屏技術(shù)來監(jiān)控不同風口工況，這是實現(xiàn)高爐操作有效信息的獲取方式。

采用畫面分割技術(shù)，在主控室工長可以直觀地查看各個風口的動態(tài)圖像。風口是可以隨時觀察爐內(nèi)情況的地方，風口圖像可以反映爐缸熱狀態(tài)，下料和煤氣流分布狀況，并且可以較早地預(yù)示爐況趨勢，故對爐況判斷十分重要。

2 風口成像技術(shù)

2.1 風口成像的基本概念

高爐風口工業(yè)電視設(shè)備，它直接高爐風口觀察孔處，以原裝進口攝像機、針孔鏡頭等，直接在風口位置安裝，由此來獲取實時圖像，向操作室硬盤錄像機輸送，并以分割顯示的方式，可以直接在控制室內(nèi)來監(jiān)控風口工況。主要觀察的是煤粉碳射方向、角度、燃燒、火焰亮度等。特別是對噴爆管、風口疑損等的觀察，可以將噴煤槍是否出現(xiàn)堵塞，是否存在下部塌料等現(xiàn)象進行確定，如果有異?，F(xiàn)象發(fā)生，由此來進行具體情況的確定，對焦堿運行、下料等情況及時掌握，對回旋區(qū)活躍性進行判定。這有利于操作者對高爐各項信息快速獲取，直接找到問題所在，對高爐內(nèi)部具體情況實時觀察，來將風口異?，F(xiàn)象及時處理。這有利于風口及噴煤故障的合理減少，可實現(xiàn)系統(tǒng)減風、休風等快速達成，避免非正常狀態(tài)發(fā)生，這對于高爐產(chǎn)量、安全系數(shù)的提升，都有很好的作用。

2.2 風口成像的主要特點

該系統(tǒng)采用無線傳輸技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)與高爐風口窺視孔連接，不改變風口原有結(jié)構(gòu)，安裝拆卸簡單、方便、易維護，改善了以前操作工只能到現(xiàn)場通過高爐風口直徑15mm窺視孔觀察風口回旋區(qū)燃燒帶的狀況。

2.3 風口成像的性能評價指標

高爐風口成像監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、設(shè)計原理、系統(tǒng)組成和系統(tǒng)測試。對系統(tǒng)作用分析后，我們認為這是將具體風口運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控的設(shè)備，可以將亮度、活躍性、噴煤情況、破損現(xiàn)象等，在屏幕上全部顯示出來，提高操作的準確性．利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對回旋區(qū)火焰圖像進行處理，得到了回旋區(qū)內(nèi)的溫度分布．實驗室測試結(jié)果表明，對圖像進行數(shù)字化溫度分析，要保證誤差率控制到3%的水平，確保系統(tǒng)能符合工程實際標準。

2.4 高爐風口成像攝像儀作用

10號高爐風口成像攝像儀的作用是通過安裝在30個風口窺孔攝像儀，來對風口實際情況進行觀察，并實時攝像，采用計算機來傳輸風口圖像，并保存到主控室系統(tǒng)中，由此來完成相關(guān)圖像內(nèi)容的處理與分析，將有利于高爐生產(chǎn)有效信息提煉出來。以圖文界面來直觀展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息。根據(jù)數(shù)學模型的使用，來對圖像灰度實施定量分析，根據(jù)熱輻射定律，來把灰度值向圖像各個點溫度值轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)形式為偽彩圖、溫度趨勢圖等，對風口工況為定量描述。同理，以定量分析法來處理噴煤圖像，并將噴煤量描述出來，以趨勢圖將高爐風口噴煤現(xiàn)象表達得出，對操作者來說，可以由此判斷風口噴煤狀態(tài)，以及風口明亮活躍程度變化情況。

我們可將煉鋼高爐風口攝像看作是一個“黑箱”，攝像裝置中有一個窺視孔，通過窺視孔可以觀察到高爐內(nèi)部燃燒情況。高爐風口回旋區(qū)域下料狀況、送風速度都可依靠風口攝像系統(tǒng)。高爐添加燃料后，每個風口燃料燃燒情況、是否出現(xiàn)停止燃燒、噴槍是否有堵塞情況都可以通過風口進行觀察。高爐運行可在控制室完成對其操作，高爐有多個風口，觀測視野受到限制，同時因觀測距離高爐爐體的距離較近，風口周圍處于高溫環(huán)境下，且含有較大粉塵量，這些客觀因素都影響了工作人員對高爐風口情況觀察，為高爐控制操作增加了難度，影響工作效率。隨著科技發(fā)展，高爐風口觀測方式已經(jīng)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)實際需求，設(shè)計了一個高爐風口攝像系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了激光監(jiān)測技術(shù)、風口探針技術(shù)。通過分析噴吹燃料燃燒情況來判斷風口前焦炭粒度分布狀況。風口探針技術(shù)是一種非連續(xù)監(jiān)測技術(shù)，此種技術(shù)是在風口回旋區(qū)插入探測器，以精準測得風口前氣體溫度、壓力以及深度，可以全面了解高爐內(nèi)部運行情況。在送風管內(nèi)加設(shè)探針，可以改變送風質(zhì)量和風溫，干擾回旋區(qū)域。風口循環(huán)去激光檢測技術(shù)可通過向風口循環(huán)區(qū)發(fā)射激光與接收反射激光來測得高爐風口循環(huán)區(qū)的深度，高爐增加該裝置后運行效果更佳。

3 風口實時攝像的應(yīng)用

3.1 高爐中控室風口圖像顯示

借助攝像監(jiān)控裝置，管理者能夠?qū)︼L口實時狀態(tài)進行直觀、清晰的觀察和分析，便于管理者對高爐的運行狀況進行分析和把握，為風險識別、管理控制等工作提供了準確依據(jù)。

3.2 直接判斷高爐圓周進風情況分析

借助該監(jiān)控系統(tǒng)，工長能夠及時準確的把握風口溫度、噴煤速度等信息，為高爐運轉(zhuǎn)狀況的分析和判斷提供了準確依據(jù)。其中，煤氣流量、缸周氣流分布等要素是關(guān)鍵所在。若存在風量不足的問題，則會導致噴煤效果價差，在影響氣流分布均勻性的同時也會對操作爐型造成不利影響，進而導致作業(yè)效率下降的問題。在對風口噴煤狀況進行實時觀測的基礎(chǔ)上，能及時發(fā)現(xiàn)噴煤風險，能夠?qū)Ω郀t圓周進風狀態(tài)進行分析判斷，針對性的采取處置措施從而降低生產(chǎn)風險，為正常的生產(chǎn)作業(yè)提供有效保障從而實現(xiàn)高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性與安全性。

風口攝像系統(tǒng)基本功能

根據(jù)高爐正常運轉(zhuǎn)的基本要求，風口攝像監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋了如下功能：

（1）高爐運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進風量、燃料燃燒相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集并顯示。

（2）對高爐風口送風過程做成視頻圖像，工作人員更能直觀了解高爐周圍送風情況。

（3）系統(tǒng)一旦測試出進風異常，可發(fā)出報警警示。

3.3 特殊情況下旳風口判斷

比如爐況難行、高爐懸料、渣皮脫落等,風口會出現(xiàn)升降、掛渣,會出現(xiàn)風口破損,通過風口成像技術(shù)都可以觀察出來。

3.4 及時發(fā)現(xiàn)風口漏水現(xiàn)象

在具體作業(yè)管理環(huán)節(jié)，需要對風口焦炭運動特征進行觀察分析，及時風險破損風險。而風口小套的水渣則將成為代表性的風險表現(xiàn)。

3.5 直接判斷高爐爐缸工作均勻與穩(wěn)定情況

根據(jù)高爐的爐缸運行模式來看，要保持良好狀態(tài)，既要控制煤氣流的徑向分布，還要保持爐缸圓周的氣流均勻分布。由于爐缸是長時間運行的，所以圓周工作很容易出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，因此也會有部分侵蝕高爐的情況。大型高爐的爐缸直徑大，如果風口的風量不足，對中心并不能有效吹透，氣流分布不均勻的現(xiàn)象由此發(fā)生，操作爐型被破壞。根據(jù)圖像觀察結(jié)果來看，各個風口動態(tài)圖像能以直觀的方式，將高爐圓周進風現(xiàn)象快速確定，有利于送風制度進一步優(yōu)化。鼓風動能合理的風口，工作均勻活躍，風口前無升降、掛渣等現(xiàn)象，風口破損少。通過觀察風口前焦炭運動情況，下料情況，以及長時間的風口數(shù)據(jù)的收集、整理和調(diào)整，以保證高爐爐缸工作均勻與穩(wěn)定。

3.6 在線監(jiān)測風口渣皮活動狀況

結(jié)合生產(chǎn)實踐結(jié)果來看，如果高爐運行情況處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，則可以順利實現(xiàn)高產(chǎn)低耗，對高爐渣皮來說，有利于使用壽命的延長。穩(wěn)定渣皮的存在可以減少爐內(nèi)向冷卻壁傳熱，可以有效的保護冷卻壁、延長冷卻壁使用壽命。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，具體的處理辦法要考慮到高爐本身熱負荷問題，不可出現(xiàn)過大的負荷變化幅度，這容易對渣皮造成反復(fù)脫落的現(xiàn)象，對高爐安全使用造成隱患。要考慮到冷卻制度、壁溫等，由此來確保渣皮形成及存在的穩(wěn)定。同時，送風制度、裝料制度、爐渣堿度、黏度、熔化和溶化性溫度、爐渣成分等因素也決定著渣皮的穩(wěn)定存在。通過安裝在風口的攝像頭可即時在線觀測風口渣皮活動狀況，有利于工長及時采取措施，有效避免鐵水低溫高硫事故的發(fā)生。同時通過觀測風口渣皮活動狀況，可及時對裝料制度、送風制度、冷卻制度、爐渣成分等做出調(diào)整，為爐況穩(wěn)定順行、高爐長壽創(chuàng)造了條件。

3.7 避免風口灌渣

對高爐冶煉過程分析時，發(fā)現(xiàn)風口增加時，主控室很可能出現(xiàn)距離風口平臺上百米的位置，以人工來對風口運行狀態(tài)進行觀察，根本不能滿足大型高爐使用需求，特別是如果有異常現(xiàn)象發(fā)生，則風口受到渣皮、冷料等的堵塞很難在短時間內(nèi)被觀察到，有可能造成嚴重的惡性生產(chǎn)事故。

新鋼10號高爐風口數(shù)量是30個，且高度比較低，人工觀察必須彎腰探入其中，這導致每次巡視時間都很長，需要工人消耗大量體力。尤其是在高爐休風或坐料時，不能及時發(fā)現(xiàn)涌渣風口并處理，極易造成風口灌渣事故。采用風口成像技術(shù)后，風口工作狀況可在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)風口異常時可及時處理，有效避免灌渣事故的發(fā)生。

4 使用效果

以分光裝置來輔助風口攝像儀，有利于現(xiàn)場直接觀察，在主控室內(nèi)就可以對圖像進行監(jiān)控，也可以遠程傳送圖像；特制的金屬外殼攝像機，工作穩(wěn)定可靠，壽命長；采用螺栓三點固定，攝像機卡在風口窺視孔螺母上，不改變原有風口結(jié)構(gòu)，拆裝方便、快捷；特制的調(diào)節(jié)裝置，且配有檢修調(diào)試插口，調(diào)節(jié)方便，操作簡單；采用插接式聯(lián)接方式，拆裝方便快捷；風冷防護，能使其在高溫、高粉塵等惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作。風口攝像儀的使用為高爐生產(chǎn)提供了方便，是大型高爐風口監(jiān)控的有效措施。

該攝像系統(tǒng)的科學應(yīng)用，將實現(xiàn)了風口工作狀況的現(xiàn)場及遠程監(jiān)控，充分保證了監(jiān)控工作的及時性與準確性。借助該攝像系統(tǒng)，管理人員能夠?qū)︼L口的運行情況進行實時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)風險并針對性的進行處理，從而有效降低了生產(chǎn)風險并顯著提升了生產(chǎn)效率。

風口攝像儀，主要作用是對回旋區(qū)工作狀態(tài)進行觀察，有利于高爐使用和運行的穩(wěn)定，改變?nèi)藛T觀察的方式，有利于通過定性分析方法，對圖像代表的實際情況進行說明，由此來對風口數(shù)據(jù)進行定量客觀的分析。這是實現(xiàn)高爐風口圖像以計算機處理的重要前提。

由于這種圖像處理系統(tǒng)可以通過計算機來監(jiān)控多個風口，采集巡回圖像時，對相關(guān)信息進行處理，由此來計算高爐生產(chǎn)效率，以友好度較高的圖文界面對信息進行直觀顯示。

本次研究采用的是數(shù)學模型，對圖像灰度實施定量分析，根據(jù)熱輻射定律，來把灰度值向圖像各個點溫度值轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)形式為偽彩圖、溫度趨勢圖等，對風口工況為定量描述。同理，以定量分析法來處理噴煤圖像，并將噴煤量描述出來，以趨勢圖將高爐風口噴煤現(xiàn)象表達得出，對操作者來說，可以由此判斷風口噴煤狀態(tài)，這是實現(xiàn)對高爐風口工作狀態(tài)全面掌握的重要工序，有利于對噴煤系統(tǒng)及風口位置的具體工作狀態(tài)判定得出，對高爐操作有很好的指導作用。

高爐風口圖像處理系統(tǒng)，主要優(yōu)勢在于可以通過實時監(jiān)控的方式對圖像進行監(jiān)測，由此來繪制風口溫度、噴煤量等的曲線模式，對操作人員來說，可以根據(jù)相關(guān)圖像及數(shù)據(jù)的采集、查詢，來完成對風口工況的歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用，有利于指導當前高爐運行。

5 結(jié)語

新鋼10號高爐應(yīng)用北京神網(wǎng)SW-FK型風口成像裝置，在充分發(fā)揮該專業(yè)攝像裝置優(yōu)勢性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了風口視頻信號的動態(tài)采集和傳輸，實現(xiàn)了監(jiān)測結(jié)果的可視化輸出和遠程監(jiān)控，因此極大提升了生產(chǎn)管理效率和質(zhì)量，為生產(chǎn)風險的及時發(fā)現(xiàn)提供了一種科學有效的工具，也為高爐生產(chǎn)的現(xiàn)代化、信息化管理提供了一種更好的選擇。