譚永明

（陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司，廣東陽江 529600）

0 引言

鋼包在鋼鐵行業(yè)主要是用來盛接高溫的液態(tài)熔融鋼水，由于不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼包過度多次使用，引發(fā)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(chǎn)、損壞設(shè)備、甚至人員群死群傷的嚴(yán)重事故。同樣，在鋼廠生產(chǎn)過程中，也多次出現(xiàn)由于不能準(zhǔn)確判斷鋼包接鋼溫度，引發(fā)中斷生產(chǎn)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(zhuǎn)過程的鋼包是否過度使用，經(jīng)歷了依靠經(jīng)驗(yàn)判斷和點(diǎn)式紅外測溫判斷為代表的幾個(gè)階段。這兩種方式均有其局限性，經(jīng)驗(yàn)判斷對人員從業(yè)時(shí)間和專業(yè)素質(zhì)要求高，不具備推廣性，且受環(huán)境等外部因素影響較大，判斷結(jié)果往往和實(shí)際情況偏差較大。點(diǎn)式紅外測溫測量的是一個(gè)點(diǎn)的溫度，不能捕捉整個(gè)鋼包各區(qū)域溫度，也不能反應(yīng)整體的情況，同樣會有失誤。隨著技術(shù)的發(fā)展，紅外成像技術(shù)被廣泛運(yùn)用于軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。將紅外成像技術(shù)應(yīng)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(jī)理及特點(diǎn)

1.1 紅外成像儀的機(jī)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(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生輻射能。不同的材料、不同的溫度、不同的顏色等，所發(fā)出的紅外輻射強(qiáng)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(jìn)行拍照，通過探測物體的輻射紅外能量，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像上的不同顏色代表被測物體的不同溫度，并根據(jù)輻射能量與溫度的關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將拍攝視野內(nèi)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(yīng)出被測物體各部位溫度的分布情況。熱像儀的每個(gè)像素均代表了被測物體表面的一個(gè)溫度點(diǎn)，可以隨機(jī)選取需要了解的區(qū)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(diǎn)

非接觸的遠(yuǎn)距離遙感檢測，不需要直接接觸被測物體，確保了在各種環(huán)境下的使用安全，檢測設(shè)備輕便，方便人員攜帶。檢測設(shè)備自帶處理軟件，直接形成二維紅外熱圖像，便于及時(shí)作出判斷，具備專業(yè)分析和制作報(bào)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(diào)整大小等功能，便于后期數(shù)據(jù)分析和追溯。

2 熱成像在鋼水罐的建模運(yùn)用

2.1 建模思路

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

（2）鋼水罐投罐模型。使用熱成像儀對計(jì)劃投罐的鋼水罐抬烤包器后3 min 內(nèi)進(jìn)行拍照（定點(diǎn)），建立鋼水罐投罐溫度數(shù)據(jù)庫，結(jié)合鋼水罐運(yùn)行參數(shù)，得出渣線、墻磚、底磚三大區(qū)域投罐溫度參數(shù)，形成投罐底線模型。

2.2 建模過程

（1）根據(jù)建模思路對下線鋼水罐和新投鋼水罐進(jìn)行現(xiàn)場拍照、留存。

（2）通過人工篩選，排除有測量錯(cuò)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(jìn)行分析（圖2），鋼水罐分為4 部分進(jìn)行數(shù)據(jù)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(bào)告。

圖2 熱成像照片分析

（4）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對每個(gè)報(bào)告中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其有效性，最終保留有效數(shù)據(jù)115 組，并將每張照片4 部分的對應(yīng)鋼包位置、鋼水罐各個(gè)部位的殘厚情況完善至報(bào)告中，最終形成停罐建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)和投罐建模基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（5）通過停罐建模基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和投罐建?；A(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，梳理出鋼水罐停罐條件和投罐條件（表1）。停罐條件：當(dāng)成像圖片單個(gè)區(qū)域超過模型中該區(qū)域的臨界溫度時(shí)，需加強(qiáng)罐況確認(rèn)，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(dāng)成像圖片單個(gè)區(qū)域最高溫度均超過模型中該區(qū)域的臨界溫度時(shí)，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(jù)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(jié)論

紅外熱成像的現(xiàn)場應(yīng)用，為鋼包準(zhǔn)投和準(zhǔn)停提供了比較準(zhǔn)確的參考，通過大量數(shù)據(jù)得出，當(dāng)成像圖片單個(gè)區(qū)域均超過模型中該區(qū)域的臨界溫度時(shí)，鋼包準(zhǔn)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(dāng)成像圖片單個(gè)區(qū)域超過模型中該區(qū)域的臨界溫度時(shí)，鋼包準(zhǔn)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(huán)境溫度變化、目標(biāo)的發(fā)射率、大氣透過率、測量距離、目標(biāo)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(xiàn)數(shù)據(jù)異常的情況，需要通過篩選和辨別數(shù)據(jù)有效性后，方能參照模型的量化數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)。實(shí)際使用過程中還應(yīng)利用成像儀能突顯出一個(gè)面上的最高溫度點(diǎn)，輔以經(jīng)驗(yàn)來判斷該高溫點(diǎn)是否異常?？傊瑹岢上駜x只是一種測量工具，使用方式和方法可以不斷完善和探索。