摘要：文章介紹了紅外熱像技術在國內某高爐熱風爐爐皮溫度監測中的試驗應用，重點闡述了熱風爐爐皮溫度紅外熱像監測方案的制定原則和安裝位置的確定。通過現場試驗，驗證了紅外熱像技術在熱風系統爐皮溫度監測中的應用可行性。

1 前言

高爐冶煉過程是一個連續的、大規模的、高溫生產過程，其穩定順行至關重要。

作為給高爐提供熱風的關鍵設備，熱風爐的工作狀況直接影響風溫的高低和穩定，其穩定安全運行是高爐穩順的基礎。高風溫能給高爐提供充足熱量，降低作為熱量消耗的焦炭量，同時可以提高鼓風動能，活躍爐缸，促進爐渣脫硫，提高噴吹量等。

然而，因NOx的形成和酸性物在爐殼內壁的冷凝，熱風爐爐殼易產生晶間應力腐蝕問題。隨著熱風爐內拱頂溫度的不斷提高，此應力腐蝕現象不斷加劇，最終使熱風爐爐殼局部產生微裂紋，進而引發熱風爐爐殼開裂跑風，甚至燒出等安全事故，給熱風爐安全生產帶來巨大隱患，嚴重影響高爐的穩定順行[2,3]。產生裂紋的區域主要在高溫段的焊縫區域或高應力集中區域。此現象已在國內外高爐生產實踐中不同程度發生過。

國外監測熱風系統的主要參數集中在爐殼和管道的表面溫度、應力以及膨脹量等。因表面溫度監測以其全面性和易實施性，被作為主要的監測目標。監測表面溫度一般采用紅外熱像儀方法來實現。

對于處于運行中的熱風爐，因其處于高壓密閉和連續生產的特性，所采用的預防措施除了在熱風爐工藝操作參數上予以調整外，主要是通過人工點檢方式，對熱風爐爐殼工作狀態進行監測。但鑒于熱風爐高溫段位置較高，區域面積大，人工點檢監測范圍有限，且存在監測不連續間隔時間長等問題,已不能滿足熱風系統實時監測的需要。因此，本文提出了一種將紅外熱像技術應用于熱風爐爐皮溫度監測的方法，以便實時掌握爐皮溫度變化趨勢，及時發現異常現象，保證整個熱風爐系統的安全運行。

本文是從熱風爐爐皮溫度監測角度出發，在闡述紅外熱像技術用于溫度監測優勢基礎上，研究紅外熱像技術在熱風系統爐皮溫度監測中的應用可行性，嘗試摸索熱風爐爐皮溫度實時變化趨勢，指導熱風爐安全穩定運行。

2 紅外熱像儀原理及應用

紅外熱像儀是依據紅外熱成像原理工作的，其由兩個基本部分組成，即光學系統部分和紅外探測器部分。

紅外熱像儀測溫是利用光學系統將被測目標發出的紅外輻射聚集到紅外探測器上，探測器把入射的輻射能量轉換成電信號，進而被處理成紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應，通過換算獲得被測物體不同區域的溫度分布。因此，借助紅外熱像技術可以直接觀察到物體表面的溫度分布狀況。

由于紅外線對絕大部分的固體及液體物質的穿透能力差，因此紅外熱像檢測是以測量目標表面的紅外線輻射能量為主。

紅外熱像技術用途廣泛。不僅應用在大型工業企業和軍工行業，還可以用來探測過熱的機械部件或是檢測復合材料缺陷等。

紅外熱像儀能夠實現自動保存圖像，曲線定期自動導出并保存，數據實時存入數據庫。并能自動生成每日監測報告（內含全屏最高溫及局部最高溫的變化趨勢，及當天報警信息），方便快速查看歷史報告。

通過實踐摸索，紅外熱像技術在熱風系統爐皮溫度監測中的應用可被接受和認可。

3 熱風爐爐皮溫度紅外熱像監測方案

針對某高爐熱風爐上部高溫段表面可能出現高溫點并引起開裂的問題，研究提出了高爐熱風爐上部表面溫度紅外熱像監測方案。

監測選用紅外熱像儀來測量熱風爐爐皮溫度，該方法可實現非接觸遠距離監測。

3.1 監測方案制定原則

鑒于熱風爐高溫段位置較高，區域較大，人工手持熱像儀監測勞動強度大，且監測間隔過長，而且存在危險等問題，方案制定原則要求，在熱風爐的外圍和內部，設置多個紅外熱像儀固定測量點，并將紅外熱像儀與可旋轉的電動云臺有機結合，采用電動云臺自動掃描的方法，對各熱風爐的高溫區域進行連續全覆蓋掃描。各點的監測信號統一輸入計算機，進行記錄和比較，發現異常及時報警。

3.2 紅外熱像儀安裝位置的確定

根據某高爐熱風爐布置和周邊設施情況，初步設計4個熱風爐外圍測量點和2個熱風爐內部測量點，即設計4個熱風爐外圍紅外熱像儀和2個熱風爐內部紅外熱像儀。

由于現場會有一些設備在紅外熱像儀和熱風爐爐殼被測區域之間，阻礙熱像儀視線，影響掃描區域的完整性，故可考慮設置1~2個可移動的熱像儀，對被遮擋但易出現高溫點的區域進行定點掃描。或考慮將處于安全區域對應的熱像儀臨時拆下，用于關鍵區域的掃描。在實際監測方案實施過程中，可根據現場條件確定準確的安裝位置。

依據上述紅外熱像儀布置情況，利用電動旋轉云臺的水平方向旋轉和垂直方向旋轉，可完成對4座熱風爐所要監測區域的全覆蓋掃描。

然而，需要指出的是，由于熱風爐平臺，框架，內部設備和管線的阻礙和遮擋，實際監測能覆蓋的面積會減少。為保證系統的監控效果，在實際應用時，若有必要，需要對各被遮擋區域進行預先掃描監測和定期人工巡檢，以便及時調整紅外熱像儀的最佳安裝位置。

3.3 監測系統配置

考慮到現代大型高爐多采用4座熱風爐，或矩形布置或一字型布置，若要實現熱風爐爐殼全覆蓋掃描，監測系統配置至少應滿足以下要求：

（1）紅外熱像儀：6臺 ；（2）電動云臺：6 臺；

（3）計算機：1臺； （4）系統軟件：1套。

4 熱風爐爐皮溫度紅外熱像監測試驗

為了充分論證紅外熱像技術在熱風爐爐皮溫度監測中的應用可行性，2016年11月份，利用紅外熱像儀對某高爐熱風爐爐皮溫度進行了短時間監測試驗，并得到了現場熱風爐爐皮溫度圖像。

某高爐一側2座熱風爐爐皮的溫度范圍4.3~88.0℃；具體到熱風爐爐皮某一帶的溫度范圍-2.0~75.2℃。從熱風爐爐皮溫度來講，最高溫度都不高于100℃，說明該熱風爐爐皮溫度在正常范圍，運行狀態良好。

熱風爐爐皮溫度分布并不均勻，高溫點多出現在球瓣狀爐殼上下兩帶結合的焊縫處亦或是同一帶相鄰兩塊爐殼的焊縫處。爐殼母材處溫度較高可能與爐殼內壁面沒有清理干凈的盲板造成的應力集中或是爐殼內側耐材缺陷有關。這一監測結果與實際相吻合。

在監測試驗中也發現，相同溫度下，同一設備的不同區域由紅外熱像儀測量的溫度會不同。經過分析，發現原因是由于所監測設備的不同表面材質擁有不同的輻射率，因而所產生的紅外輻射能量不同。當整個監測對象用一個固定輻射率來換算溫度時，出現一定的測量誤差。因此，監測過程，可首先采用接觸式表面測溫儀，對不同材質的代表區域進行表面測溫，并與紅外熱像儀的測溫相比較，確定不同材質區域的接收紅外輻射率，校正該位置的表面溫度，實現紅外熱像儀實時準確監測熱風爐爐皮溫度變化趨勢。

將紅外成像技術與一直以來確立的設備維護機制有機結合，能夠充分利用資源，最大限度降低勞動強度，同時實現實時監測，一旦監測到異常溫度報警提示，可迅速采取相應措施，及時進行檢修，大大延長熱風爐的使用壽命。

現場試驗也證明，紅外熱像儀用于監測熱風爐爐皮溫度是可行的，其能夠實時掌握爐皮溫度變化趨勢，保證熱風系統的安全穩定運行，市場應用前景很大。