冶金热工过程的热像图分析

20卷3期2001.5冶金能源冶金热工过程的热像图分析王久志刘兴惠吴炽鞍山钢铁学院)(鞍钢矿山公司)(鞍钢技术中心)摘要介绍了冶金热工测试中的红外成像测试原理,通过几种应用实例分析了红外成像技术和热像图分析方法在热工过程分析中的应用特点和适用范围关键词热工测试红外成像热像图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红外成像系统原理与构成及多媒体技术的日益成熟,使图象处理技术可热辐射光谱能量分布理论中有一个重要的以更好地满足不同的使用条件和工作需要。斯蒂芬—玻耳兹曼定律2常见红外成像设备分类及其适用范围W=742.1光机扫描类即黑体辐射的总能量与它的绝对温度的四次方光机扫描类热像仪根据其探测元件不同成正比。其中W为辐射通量密度,σ为斯蒂其工作波长有8~12m和3~5m两种,需要芬—玻耳兹曼常数。当温度发生微小变化时,液氮致冷或电致冷。这类热像仪其温差分辨率引起辐射通量密度的较大变化,可以通过测量最高,测温精度高,图象清晰,可广泛用于各辐射能量获得高精度的温度测量值。种非接触式测温的场合。在低温段(-40~红外成像系统主要由红外探测器、光电转800℃),其最高温度分辨率可达0.1℃,特别换器、图象采集与处理单元、计算机、监视设适合炉窑或热力管线的局部温度异常、内衬破备、外部存贮设备、图象输出设备及配套软件中国煤化Q备或电子线路的故障等部分组成。传统的红外热像仪都以光机扫描CNMH需液氮致冷而使其应类探测器为主,由于需要深度致冷条件,其应用受到一定限制,特别是在线测量,需要复杂用受到一定的限制。随着电子技术的进步,红的电致冷设备。成像速度较低,一般每秒1外成像元件的选择更加灵活。CCD技术的发展2幅图象。为低成本庋僚桊统的组成创造了条件,计算机2.2热释电型热电视冶金能源20卷3期2001.5热释电型热电视是唯一能工作于8-12m炉至轧前、各轧制道次之间、终轧乃至后部在红外波长,可实现摄氏几十度的热成像而不需线热处理过程的温度变化,对合理加热制度和要致冷的红外成像装置,功能和应用范围与光轧钢工艺的制定都至关重要。对于钢坯在炉内机扫描类相近。其工作原理是利用入射红外线的温度变化,除了可用传统的拖偶办法外引起靶面温度上升而产生热释电效应,促使表“黑匣子”动态测温应是最佳选择。而钢坯在面电荷变化,通过电子束扫描读取信号并转换出炉后,其工艺过程和温度变化都非常快,不为图象。由于采用电视制式,时间分辨率较仅热电偶不再变化而使测试结果不够准确甚至高,可实现25帧/秒的快速成像,比较适合运根本无法测量。而且,一个点或某个局部的测动物体或瞬时性较大的温度场的测量。这类成量值可能还不具有代表性。红外热成像很大程像设备可以做成在线式或便携式以适应不同的度上弥补了上述测温手段的不足。首先,由于应用成像设备是以面代点,把进入视场的辐射源分线扫描热成像系统成几万个像素,并把每一个像素的辐射能转变线扫描热成像系统是专门用于在线快速精为温度进行记录。在后期图象处理中可以灵活确測量工业场合运动体表面温度分布的设备,地选择有代表性的点或区域进行计算。其次,如在线监测大型回转窑表面温度,可提供4~成像设备是连续记录,响应速度高,如JRD20mA的模拟测量信号,以用于在线控制。其热成像,采用高速红外CCD,并采用电视制原理是,线扫描摄像头沿着与被测对象运动方式,系统时间分辨率可达到1/25s。也就是说,向相垂直的方向快速扫描,测量对象各部位的系统可以记录下间隔0.04s的温度变化。一般热辐射。工作波长3~5m,量程25~1200℃,光机扫描类热像仪最低都可以记录间隔0.5s误差小于2%,响应时间0.1s的温度变化。因此,红外成像是记录钢坯出炉2.4光电耦合类后及整个轧制过程温度变化较理想的测试手采用红外CCD作探测元件设计而成的近段。值得一提的是,由于氧化铁皮的影响红外成像高温热电视系统,工作波长0.般辐射温度计测得的表面温度,并非实际钢坯1.2m,特别适合高温测量场合。量程60的表面温度,相对而言,钢坯出炉后铁皮剥落2400℃,最高温度分辨率3~5℃。其特点是采部位的温度更接近钢坯的表面温度。跟踪这用电视制式,可连续测量间隔0.04s的温度场部位的温度变化,除了红外成像,其它测试手的变化。可做成在线式或便携式,适合燃烧火段是难以胜任的。图1是应用红外成像对鞍钢焰的测量、铁水或钢水的测量、加热炉或均热某厂钢坯岀炉后温度跟踪测试的结果。炉钢坯(锭)出炉温度的测量等应用3.2在煤粉火焰炉上的测试分析以上各类红外成像设备均配有功能较强的为研究不同煤种和不同混合煤在不同煤粉图象处理软件,可以结合工艺情况灵活地进行粒度、给煤量、富氧率、热风温度等条件下的图象的处理和分析。同时,还可以多种形式进行图象的存储和输出。凵中国煤化工支像方法对煤粉火焰进3红外成像技术在热工测试中的应用实例裡软件分析燃烧区的最3.1钢坯温度的连续监测高温度、平均温度和等温线分布,进而判断不在研究加热炉工作状态和供热制度过程同煤种煤粉旳燃烧性能和不同条件下煤粉的燃中,钢坯在炉内的温度变化过程和岀炉后的温烧状态。度是最常方重要的测试项目之一,钢坯出20卷3期2001.5冶金能源除鳞开轧(横向)转纵向120160出炉后时间/s图1钢坯出炉后的温度变化3.3钢锭浇注过程钢锭模表面热状态测试为改善均热炉底部供热,减少”黑根”现为研究钢锭的凝固过程和钢锭模的破损机象,开发了均热炉底部烧嘴,并在鞍钢二初轧理,对鞍钢二炼钢J12.52ˆ扁形钢锭模在钢进行了工业试验。在试验中,除对炉坑內横纵水浇注过程中的热状态变化进行了测试,其重不同点进行直接测温外,还对出炉钢锭表面的要內容之一是钢锭模表面温度场的变化。测试温度分布进行了红外成像分析,其结果非常直采用的设备是日本三荣公司生产的H6I61热观地证明了底部烧嘴对改善均热炉供热的作像仪。测试结果表明,钢锭模宽面温度场在浇用。注初期呈”蝶形”,在注后70min内先后经历高炉內煤气流的分布代表了高炉过程的稳〃蝶形”温度场形成、加剧和消退几个阶段,定性和均匀性,而料面的温度分布直接反映了πmin后等温区逐渐变成椭圆形。注后14min煤气流的分布。高炉料面热像仪通过接收料面和3h后的近百幅热像图为进一步分析其传热的热辐射并转换为温度图象,使高炉内径向与过程提供了充分的数据。周向工作的均匀性一目了然,对指导高炉操作3.4高炉风口区燃烧状态研究具有重要意义。风口区工作状态的优劣直接影响到高炉的此外,还可在冶金设备的工作状态、炉窑顺行和稳定,改善喷吹煤粉在回旋区內旳燃烧的热损失状况、炉墙耐火材料破损情况的分析状态是喷煤高炉改善操作的重要內容。由于工等方面有更广泛的应用。作条件恶劣,风口区的测试历来被认为是一项4结语非常艰苦的工作。由于水冷探测器破坏了理论红外成像技术以其使用方便、信息量大、温度近2300℃的回旋区的温度场,而简单的测试结果直观等特点而成为热工测试中一个非非接触测量又难以做深入的分析,因而红外成常有效的手段。对温度场形态的测量特别是对像测试成为研究回旋区燃烧状态的重要手段之工艺过程和温度变化都很快的温度场的测量,尽管回旋区的辐射有其复杂性,我们还是尤其显示出红外成像的优势。因此,在燃烧可以通过调整量程的办法把煤粉火焰从炽热焦传热及冶金炉窑的热状态测试中可以得到广泛炭形成的高温背景中分离出来而加以研究。应干蝠射源木烏的复杂性和干扰因素的用JRD近红外高温热电视系统在高炉富氧喷中国煤化于对温度场和温度变煤时测试旋流氧煤枪在富氧量为0、200m3/h、CNMH热成像系统的各种处30om/h和40m/h条件下的热像图,按温度理功能更准确地、更深入地定量化描述一个热层次和梯度分析或照面积比较法分析,都可看过程或热状态,还值得进行进一步研究。到富氧的作用是明显的(收稿日期:2000年11月)3.5其它,据张长保编辑