热风炉测温仪 红外热像技术在热风炉炉皮温度监测中的试验应用浅析

介绍了红外热成像技术在国内某高炉热风炉炉皮温度监测中的实验应用，重点阐述了热风炉炉皮温度红外热成像监测方案的制定原则和安装位置的确定。通过现场试验，验证了红外热成像技术应用于热风系统炉皮温度监测的可行性。

关键词:热风炉红外热像仪炉皮温度

1前言

高炉冶炼过程是一个连续、大规模、高温的生产过程，其稳定性和平稳性非常重要。

热风炉作为向高炉送风的关键设备，其工作状况直接影响风温的高低和稳定，其稳定安全运行是高炉顺利运行的基础。高风温可以为高炉提供足够的热量，减少焦炭作为热量的消耗，同时提高鼓风动能，活化炉膛，促进炉渣脱硫，增加喷吹量等。

但由于NOx的形成和炉壳内壁酸性物质的凝结，热风炉炉壳容易发生晶间应力腐蚀。随着热风炉拱顶温度的不断升高，这种应力腐蚀现象越来越多，最终导致热风炉炉壳出现微裂纹，进而引发开裂、漏风甚至烧坏等安全事故，给热风炉的安全生产带来巨大隐患，严重影响高炉的稳定顺行[2，3]。裂纹区主要在高温段的焊缝区或高应力集中区。这种现象在国内外高炉生产实践中都不同程度地发生过。

国外监测热风系统的主要参数集中在炉壳和管道的表面温度、应力和膨胀。地表温度监测因其全面性和易于实施，被视为主要监测目标。监测表面温度一般通过红外热像仪实现。

对于运行中的热风炉，由于其高压密封和连续生产的特点，除了调整热风炉的工艺操作参数外，采取的预防措施是通过人工抽查来监测热风炉炉壳的工作状态。但鉴于热风炉高温段面积大，人工抽查监测范围有限，存在监测间隔长等问题，不能满足热风系统实时监测的需要。因此，本文提出了一种应用红外热成像技术监测热风炉炉皮温度的方法，从而实时掌握热风炉炉皮温度的变化趋势，及时发现异常现象，保证整个热风炉系统的安全运行。

本文从热风炉炉皮温度监测的角度出发，基于红外热成像技术在温度监测中的优势，研究了红外热成像技术在热风炉系统炉皮温度监测中应用的可行性，并试图通过热风炉炉皮温度的实时变化趋势来指导热风炉的安全稳定运行。

红外热像仪的原理及应用

红外热像仪根据红外热成像原理工作，它由两个基本部分组成，即光学系统部分和红外探测器部分。

红外热像仪利用光学系统将被测物体发出的红外辐射聚集到红外探测器上进行温度测量，红外探测器将入射的辐射能量转换成电信号，然后处理成红外热像(如图1所示)，红外热像对应于物体表面的热分布场，通过转换得到被测物体不同区域的温度分布。因此，利用红外热成像技术可以直接观察物体表面的温度分布[4，5]。

由于红外线对大多数固体和液体物质的穿透能力较差，红外热成像检测主要测量目标表面的红外辐射能量。

红外热成像技术应用广泛。它不仅可以用于大型工业企业和军事工业，还可以检测过热的机械零件或复合材料的缺陷[6-8]。

红外热像仪可以自动保存图像，定期自动导出和保存曲线，并实时将数据存储在数据库中。它可以自动生成每日监测报告(包括全屏最高温度和局部最高温度的变化趋势，以及当天的报警信息)，方便快速查看历史报告。

通过实践探索，红外热成像技术在热风系统炉皮温度监测中的应用是可以接受和认可的。

3热风炉表皮温度红外热成像监控方案

针对高炉热风炉上高温段表面可能出现高温点的问题，提出了高炉热风炉上表面温度红外热像监测方案。

选用红外热像仪测量热风炉炉皮温度，可实现非接触式远程监控。

3.1监控程序制定原则

针对热风炉高温段，地处大面积，手动手持热像仪监测劳动强度大，监测间隔过长，存在风险等问题。，方案制定原则要求红外热像仪的多个固定测量点应设置在热风炉的外围和内部，红外热像仪应与可旋转的电锅/倾斜器有机结合，每个热风炉的高温区域应通过电锅/倾斜器的自动扫描方法连续、全面覆盖。各点的监测信号应统一输入计算机，进行记录和比对，发现异常应及时报警。监控流程示意图见图2。

3.2红外热像仪安装位置的确定

根据某高炉的布局和周边设施，初步设计了四个外围测点和两个内部测点，即设计了四个外围红外热像仪和两个内部红外热像仪，其安装位置如图2所示。

由于红外热像仪和热风炉炉壳被测区域之间会有一些设备，会遮挡热像仪的视线，影响扫描区域的完整性，因此考虑设置一台或两台可移动的热像仪，在固定点对容易出现高温点的遮挡区域进行扫描。或者考虑暂时移除安全区域内对应的热像仪对重点区域进行扫描。

在实际监测方案实施过程中，可以根据现场情况确定准确的安装位置。

根据红外热像仪的设置，利用电动旋转云台的水平旋转和垂直旋转，可以完成对四个热风炉监测区域的全覆盖扫描。

但需要指出的是，由于热风炉平台、框架、内部设备和管道的遮挡和遮挡，实际监测覆盖面积将会缩小。为了保证系统的监控效果，在实际应用中，如有必要，需要对每个遮挡区域进行预扫描监控和定期人工检查，以便及时调整红外热像仪的最佳安装位置。

3.3监控系统配置

考虑到现代大型高炉使用四个热风炉，呈矩形或直线排列，为了实现热风炉炉壳的全覆盖扫描，监控系统配置至少应满足以下要求:

(1)红外热像仪:6台；(2)电动云台:6台；

(3)电脑:1台；(4)系统软件:1套。

4台热风炉表皮温度的红外热像监测试验

为了充分论证红外热成像技术在热风炉炉皮温度监测中的应用可行性，2016年11月，利用红外热像仪对某高炉热风炉炉皮温度进行了短时监测试验，获得了现场热风炉炉皮温度图像(如图3所示)。

从图3可以看出，高炉一侧的两个热风炉表皮温度范围为4.3 ~ 88.0℃；具体来说，热风炉炉皮某一区域的温度范围为-2.0~75.2℃。最高温度不高于100℃，表明热风炉温度在正常范围内，运行良好。

从图3中还可以看出，热风炉炉皮的温度分布不均匀，高温点往往出现在球壳上下带的结合处(如图3中①所示)或同一带内相邻两壳的结合处(如图3中②所示)。炉壳母材温度较高(如图3 (3))可能与炉壳内壁面盲板未清理造成的应力集中有关，也可能与炉壳内部耐火材料缺陷有关。监测结果与实际情况相符。

在监测测试中还发现，在相同的温度下，同一设备不同区域的红外热像仪测得的温度会有所不同。经过分析发现，原因是被监测设备的不同表面材料具有不同的发射率，因此产生的红外辐射能量不同。当整个被监测物体的温度由一个固定的发射率换算时，存在一定的测量误差。因此，在监测过程中，可以使用接触面温度计测量不同材料代表区域的表面温度，并与红外热像仪的温度测量进行比较，可以确定不同材料区域接收到的红外发射率，并对该位置的表面温度进行校正，使红外热像仪能够实时准确地监测热风炉表皮的温度变化趋势。

将红外成像技术与已建立的设备维护机制相结合，可以充分利用资源，最大限度地降低劳动强度，实现实时监控。一旦检测到异常温度报警提示，可以迅速采取相应措施，及时进行维护，大大延长热风炉的使用寿命。

现场试验也证明，利用红外热像仪监测热风炉表皮温度是可行的，可以实时掌握表皮温度的变化趋势，保证热风系统的安全稳定运行，具有很大的市场应用前景。