20卷3期2001.5冶金能源冶金熱工過程的熱像圖分析王久志劉興惠吳熾鞍山鋼鐵學(xué)院)(鞍鋼礦山公司)(鞍鋼技術(shù)中心)摘要介紹了冶金熱工測(cè)試中的紅外成像測(cè)試原理,通過幾種應(yīng)用實(shí)例分析了紅外成像技術(shù)和熱像圖分析方法在熱工過程分析中的應(yīng)用特點(diǎn)和適用范圍關(guān)鍵詞熱工測(cè)試紅外成像熱像圖ANALYSIS ON THERMAL IMAGE OF METALLURGY HEAT ENGINEERINGAnshan Institute of Iron and Steel Technology(Mining Corporation of Anshan Iron and Steel Corporation)Wu chi( The Technical Center of Anshan Iron and Steel CorporationAbstract The paper introduced testing principle of infrared image in course of metallurgy heat engineering testng, based on several applied examples, analyzed application properties and range of infrared image techniqueand thermal image analysis in heat engineering analysiKeywords heat engineering testinrared image thermal image1紅外成像系統(tǒng)原理與構(gòu)成及多媒體技術(shù)的日益成熟,使圖象處理技術(shù)可熱輻射光譜能量分布理論中有一個(gè)重要的以更好地滿足不同的使用條件和工作需要。斯蒂芬—玻耳茲曼定律2常見紅外成像設(shè)備分類及其適用范圍W=742.1光機(jī)掃描類即黑體輻射的總能量與它的絕對(duì)溫度的四次方光機(jī)掃描類熱像儀根據(jù)其探測(cè)元件不同成正比。其中W為輻射通量密度,σ為斯蒂其工作波長(zhǎng)有8~12m和3~5m兩種,需要芬—玻耳茲曼常數(shù)。當(dāng)溫度發(fā)生微小變化時(shí),液氮致冷或電致冷。這類熱像儀其溫差分辨率引起輻射通量密度的較大變化,可以通過測(cè)量最高,測(cè)溫精度高,圖象清晰,可廣泛用于各輻射能量獲得高精度的溫度測(cè)量值。種非接觸式測(cè)溫的場(chǎng)合。在低溫段(-40~紅外成像系統(tǒng)主要由紅外探測(cè)器、光電轉(zhuǎn)800℃),其最高溫度分辨率可達(dá)0.1℃,特別換器、圖象采集與處理單元、計(jì)算機(jī)、監(jiān)視設(shè)適合爐窯或熱力管線的局部溫度異常、內(nèi)襯破備、外部存貯設(shè)備、圖象輸出設(shè)備及配套軟件中國煤化Q備或電子線路的故障等部分組成。傳統(tǒng)的紅外熱像儀都以光機(jī)掃描CNMH需液氮致冷而使其應(yīng)類探測(cè)器為主,由于需要深度致冷條件,其應(yīng)用受到一定限制,特別是在線測(cè)量,需要復(fù)雜用受到一定的限制。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,紅的電致冷設(shè)備。成像速度較低,一般每秒1外成像元件的選擇更加靈活。CCD技術(shù)的發(fā)展2幅圖象。為低成本庋僚桊統(tǒng)的組成創(chuàng)造了條件,計(jì)算機(jī)2.2熱釋電型熱電視冶金能源20卷3期2001.5熱釋電型熱電視是唯一能工作于8-12m爐至軋前、各軋制道次之間、終軋乃至后部在紅外波長(zhǎng),可實(shí)現(xiàn)攝氏幾十度的熱成像而不需線熱處理過程的溫度變化,對(duì)合理加熱制度和要致冷的紅外成像裝置,功能和應(yīng)用范圍與光軋鋼工藝的制定都至關(guān)重要。對(duì)于鋼坯在爐內(nèi)機(jī)掃描類相近。其工作原理是利用入射紅外線的溫度變化,除了可用傳統(tǒng)的拖偶辦法外引起靶面溫度上升而產(chǎn)生熱釋電效應(yīng),促使表“黑匣子”動(dòng)態(tài)測(cè)溫應(yīng)是最佳選擇。而鋼坯在面電荷變化,通過電子束掃描讀取信號(hào)并轉(zhuǎn)換出爐后,其工藝過程和溫度變化都非?？?不為圖象。由于采用電視制式,時(shí)間分辨率較僅熱電偶不再變化而使測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確甚至高,可實(shí)現(xiàn)25幀/秒的快速成像,比較適合運(yùn)根本無法測(cè)量。而且,一個(gè)點(diǎn)或某個(gè)局部的測(cè)動(dòng)物體或瞬時(shí)性較大的溫度場(chǎng)的測(cè)量。這類成量值可能還不具有代表性。紅外熱成像很大程像設(shè)備可以做成在線式或便攜式以適應(yīng)不同的度上彌補(bǔ)了上述測(cè)溫手段的不足。首先,由于應(yīng)用成像設(shè)備是以面代點(diǎn),把進(jìn)入視場(chǎng)的輻射源分線掃描熱成像系統(tǒng)成幾萬個(gè)像素,并把每一個(gè)像素的輻射能轉(zhuǎn)變線掃描熱成像系統(tǒng)是專門用于在線快速精為溫度進(jìn)行記錄。在后期圖象處理中可以靈活確測(cè)量工業(yè)場(chǎng)合運(yùn)動(dòng)體表面溫度分布的設(shè)備,地選擇有代表性的點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。其次,如在線監(jiān)測(cè)大型回轉(zhuǎn)窯表面溫度,可提供4~成像設(shè)備是連續(xù)記錄,響應(yīng)速度高,如JRD20mA的模擬測(cè)量信號(hào),以用于在線控制。其熱成像,采用高速紅外CCD,并采用電視制原理是,線掃描攝像頭沿著與被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)方式,系統(tǒng)時(shí)間分辨率可達(dá)到1/25s。也就是說,向相垂直的方向快速掃描,測(cè)量對(duì)象各部位的系統(tǒng)可以記錄下間隔0.04s的溫度變化。一般熱輻射。工作波長(zhǎng)3~5m,量程25~1200℃,光機(jī)掃描類熱像儀最低都可以記錄間隔0.5s誤差小于2%,響應(yīng)時(shí)間0.1s的溫度變化。因此,紅外成像是記錄鋼坯出爐2.4光電耦合類后及整個(gè)軋制過程溫度變化較理想的測(cè)試手采用紅外CCD作探測(cè)元件設(shè)計(jì)而成的近段。值得一提的是,由于氧化鐵皮的影響紅外成像高溫?zé)犭娨曄到y(tǒng),工作波長(zhǎng)0.般輻射溫度計(jì)測(cè)得的表面溫度,并非實(shí)際鋼坯1.2m,特別適合高溫測(cè)量場(chǎng)合。量程60的表面溫度,相對(duì)而言,鋼坯出爐后鐵皮剝落2400℃,最高溫度分辨率3~5℃。其特點(diǎn)是采部位的溫度更接近鋼坯的表面溫度。跟蹤這用電視制式,可連續(xù)測(cè)量間隔0.04s的溫度場(chǎng)部位的溫度變化,除了紅外成像,其它測(cè)試手的變化。可做成在線式或便攜式,適合燃燒火段是難以勝任的。圖1是應(yīng)用紅外成像對(duì)鞍鋼焰的測(cè)量、鐵水或鋼水的測(cè)量、加熱爐或均熱某廠鋼坯岀爐后溫度跟蹤測(cè)試的結(jié)果。爐鋼坯(錠)出爐溫度的測(cè)量等應(yīng)用3.2在煤粉火焰爐上的測(cè)試分析以上各類紅外成像設(shè)備均配有功能較強(qiáng)的為研究不同煤種和不同混合煤在不同煤粉圖象處理軟件,可以結(jié)合工藝情況靈活地進(jìn)行粒度、給煤量、富氧率、熱風(fēng)溫度等條件下的圖象的處理和分析。同時(shí),還可以多種形式進(jìn)行圖象的存儲(chǔ)和輸出。凵中國煤化工支像方法對(duì)煤粉火焰進(jìn)3紅外成像技術(shù)在熱工測(cè)試中的應(yīng)用實(shí)例裡軟件分析燃燒區(qū)的最3.1鋼坯溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)高溫度、平均溫度和等溫線分布,進(jìn)而判斷不在研究加熱爐工作狀態(tài)和供熱制度過程同煤種煤粉旳燃燒性能和不同條件下煤粉的燃中,鋼坯在爐內(nèi)的溫度變化過程和岀爐后的溫?zé)隣顟B(tài)。度是最常方重要的測(cè)試項(xiàng)目之一,鋼坯出20卷3期2001.5冶金能源除鱗開軋(橫向)轉(zhuǎn)縱向120160出爐后時(shí)間/s圖1鋼坯出爐后的溫度變化3.3鋼錠澆注過程鋼錠模表面熱狀態(tài)測(cè)試為改善均熱爐底部供熱,減少”黑根”現(xiàn)為研究鋼錠的凝固過程和鋼錠模的破損機(jī)象,開發(fā)了均熱爐底部燒嘴,并在鞍鋼二初軋理,對(duì)鞍鋼二煉鋼J12.52?扁形鋼錠模在鋼進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。在試驗(yàn)中,除對(duì)爐坑內(nèi)橫縱水澆注過程中的熱狀態(tài)變化進(jìn)行了測(cè)試,其重不同點(diǎn)進(jìn)行直接測(cè)溫外,還對(duì)出爐鋼錠表面的要內(nèi)容之一是鋼錠模表面溫度場(chǎng)的變化。測(cè)試溫度分布進(jìn)行了紅外成像分析,其結(jié)果非常直采用的設(shè)備是日本三榮公司生產(chǎn)的H6I61熱觀地證明了底部燒嘴對(duì)改善均熱爐供熱的作像儀。測(cè)試結(jié)果表明,鋼錠模寬面溫度場(chǎng)在澆用。注初期呈”蝶形”,在注后70min內(nèi)先后經(jīng)歷高爐內(nèi)煤氣流的分布代表了高爐過程的穩(wěn)〃蝶形”溫度場(chǎng)形成、加劇和消退幾個(gè)階段,定性和均勻性,而料面的溫度分布直接反映了πmin后等溫區(qū)逐漸變成橢圓形。注后14min煤氣流的分布。高爐料面熱像儀通過接收料面和3h后的近百幅熱像圖為進(jìn)一步分析其傳熱的熱輻射并轉(zhuǎn)換為溫度圖象,使高爐內(nèi)徑向與過程提供了充分的數(shù)據(jù)。周向工作的均勻性一目了然,對(duì)指導(dǎo)高爐操作3.4高爐風(fēng)口區(qū)燃燒狀態(tài)研究具有重要意義。風(fēng)口區(qū)工作狀態(tài)的優(yōu)劣直接影響到高爐的此外,還可在冶金設(shè)備的工作狀態(tài)、爐窯順行和穩(wěn)定,改善噴吹煤粉在回旋區(qū)內(nèi)旳燃燒的熱損失狀況、爐墻耐火材料破損情況的分析狀態(tài)是噴煤高爐改善操作的重要內(nèi)容。由于工等方面有更廣泛的應(yīng)用。作條件惡劣,風(fēng)口區(qū)的測(cè)試歷來被認(rèn)為是一項(xiàng)4結(jié)語非常艱苦的工作。由于水冷探測(cè)器破壞了理論紅外成像技術(shù)以其使用方便、信息量大、溫度近2300℃的回旋區(qū)的溫度場(chǎng),而簡(jiǎn)單的測(cè)試結(jié)果直觀等特點(diǎn)而成為熱工測(cè)試中一個(gè)非非接觸測(cè)量又難以做深入的分析,因而紅外成常有效的手段。對(duì)溫度場(chǎng)形態(tài)的測(cè)量特別是對(duì)像測(cè)試成為研究回旋區(qū)燃燒狀態(tài)的重要手段之工藝過程和溫度變化都很快的溫度場(chǎng)的測(cè)量,盡管回旋區(qū)的輻射有其復(fù)雜性,我們還是尤其顯示出紅外成像的優(yōu)勢(shì)。因此,在燃燒可以通過調(diào)整量程的辦法把煤粉火焰從熾熱焦傳熱及冶金爐窯的熱狀態(tài)測(cè)試中可以得到廣泛炭形成的高溫背景中分離出來而加以研究。應(yīng)干蝠射源木烏的復(fù)雜性和干擾因素的用JRD近紅外高溫?zé)犭娨曄到y(tǒng)在高爐富氧噴中國煤化于對(duì)溫度場(chǎng)和溫度變煤時(shí)測(cè)試旋流氧煤槍在富氧量為0、200m3/h、CNMH熱成像系統(tǒng)的各種處30om/h和40m/h條件下的熱像圖,按溫度理功能更準(zhǔn)確地、更深入地定量化描述一個(gè)熱層次和梯度分析或照面積比較法分析,都可看過程或熱狀態(tài),還值得進(jìn)行進(jìn)一步研究。到富氧的作用是明顯的(收稿日期:2000年11月)3.5其它,據(jù)張長(zhǎng)保編輯