1. 项目概述

1.1 项目背景

实践得知，在钢包、中间包内衬内部耐火材料出现前期的缺陷直至失效会经过由点到面的逐步发展过程，在内衬出现前期剥落的状态下，剥落点区域的温度则会出现异常高温，其缺陷区域的温度会明显高于其他位置。若无法及时发现内壁薄弱区域，那么当钢包再次受钢时则容易致使耐火材料穿漏，外部钢板会暴露在高温液体中，会被直接溶蚀发生穿炉事故，极易造成生命财产损失。据不统计，每发生一次钢铁水包穿漏事故，造成的直接损失达200万元。若是钢包在连铸平台穿漏，一次损失高达上千万。

因此，我公司研制开发了一套钢包、中间包耐火材料在线监控系统，对钢包、中间包外壁进行温度检测，通过温度来反馈钢包内壁耐火材料的磨损情况，做到在温度发生异常时能够及时预警，以此保障炼钢的安全生产。

1.2 项目建设分析

1.2.1项目建设思路

钢包、中间包红外在线温度诊断系统使用数字视频技术、计算机通信技术、网络技术，通过实时动态监控、记录查询、网络传输等方式，实现对耐火材料磨损程度的智能化监控。同时对钢包、中间包外壁温度实现全程实时监控，全面监测和记录一切温度变化情况，以此反馈钢包、中间包是否可以满足安全生产要求。

通过报警与图像资源的整合、共享，实时、直观地了解和掌握监控区域的动态状况，适时布控、指挥、处置，有效提高钢包的生产效率，保障工作人员的安全。

根据安全管理的需求，急切需要通过一种智能化手段，针对钢包内壁耐火材料的磨损程进行监控，做到“早发现、早应对、早处置”。

1.2.2现场实况

1. 钢包和中间包均在室内车间，现场存在高温区域，部分区域设备需加装风冷护罩对设备进行冷却；
2. 手持式测温枪只能检测单点温度，无法覆盖全面检测到炉壁和包壁的整体温度，更是无法及时找到薄弱点，致使工人劳动强度增加却效果不明显；
3. 现场实际测试发现炉壁和包壁温度的不同可反馈出内部不同区域耐火砖的磨损程度，结合现场实测数据可大体判断最终使用寿命；
4. 连铸平台中间包位置遮挡区域较多，安装选点需考虑监测的全面性；
5. 现场中控室位置一般距离部分安装点位距离较远，需顺延原有线路走线同时需要避开高温区；
6. 钢包、中间包现场均采用定点监测的方式，对关键区域进行实时温度监控。钢包监控分为倒渣位监测监控和连铸平台定点监测两个监测点位；

炼钢厂现场示意图

1.2.3建设原则

钢包、中间包红外在线温度诊断系统的建设，是冶金行业安全管理升级的重要体现，工程建设应满足以下几个要求：

1）性

本系统技术起点高，采用具有技术水平的进口非制冷式焦平面红外探测器，实现110592个像素点温度的实时探测，结合智能化分析软件，实现重要部位的日夜安全防戒。

2）实用性

在工程设计和实现的过程中，始终把客户的实际需求放在，结合高炉区域工艺特点以及现场环境的特殊性设计出系统操作简便，现场工作人员可即学即用的智能化管理平台。

3）可靠性

本系统采用法国进口ULIS探测器，其工作寿命可达8-10年。考虑到现场高温环境需求，设备整机在+70℃的高低温试验箱内进行老化试验及标定过程。通过现场实地勘察充分了解设备防范需求及环境情况，根据现场环境实际特点采用特定的高防护设备，满足恶劣环境下的运行要求，以此保证设备的耐久实用。

4）易维护

设备采用风冷护罩，连通现场氮气供应管道，在对设备进行降温的同时也可对设备内粉尘及时清除，减少整机设备的日常维护。后台监控管理平台采用模块化算法，可远程或者本地更新升级，无需额外的维护工作。

5）扩展性

温度健康诊断系统设计之初便留有丰富的接口，便于后期硬件和软件的更新以及升级工作。为此，设备采用模块式结构，可通过相关接口接入其他硬件。软件则可通过网络升级或者本地固件升级的方式，以此提高系统的可塑性及多样性。

6）开放性

产品选型必须具有开放的接口，便于整个系统的整合，达到资源统一管理的目的。

7）经济性

在满足系统需求及系统性的同时，做到合理、实用，降低成本，从而达到的性能价格比，降低安全管理的运营成本。

1.2.4 需求分析

根据现场安全管理要求，需要满足如下需求：

• 风险预警与火灾报警：实时全景监控与高灵敏度特点，可对高温实现快速报警；
• 非接触测温，不影响钢包正常运转；
• 报警日志：报警记录与图像同步存储系统；
• 所有采集点视频图像可全程或报警触发录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放。
• 电源供给在全天候的环境下，保证系统不间断供电。

2. 红外温度诊断系统概述

2.1 系统总体架构设计

系统由网络传输系统、视频数据存储系统、远程监控管理系统、监控中心显示系统等构成。实现监控中心对前端进行远程集中监控和管理；同时能够将图像监控及分析与自动报警识别，并通过数传输网络实现对钢包外壁温度智能监测、数据采集、分析、高温点定位、自动报警等功能。

系统架构图

2.2 系统特征

钢包、中间包红外在线温度诊断系统的建设，是钢铁冶炼行业安全管理升级的重要体现。根据深耕冶金行业多年的经验，为解决以上需求，本系统应具备以下特征：

• 后端算法对图像采用无损压缩的方式，实时传输温度流数据，画面更加流畅的同时可以获取到任意位置的温度数据，提高系统的灵敏性和报警精准度。
• 针对现场特殊的环境情况，选用高性能红外热像仪，根据不同环境特征选用不同的防护罩。设备内部探测器采用具有技术水平的法国进口ULIS非制冷式焦平面红外探测器，其工作寿命可达8-10年，在可以实现110592个像素点温度的实时探测的同时，可充分保证设备运行的稳定性。
• 系统具备自动报警、快速响应、自动捕捉最热区域等功能，一旦局部出现温度异常，极早期预警钢包风险隐患。钢包正常温度为≤380℃，热像仪测量范围为（-20-650℃）。
• 系统采用红外数字图像细节增强（DDE）技术，用高速处理器先对原始目标信息进行分析，提取出有用灰度信息分布和无用灰度信息分布，然后大比例压缩无用信息灰度，小比例压缩甚至拉伸有用信息灰度，得到接近实际层次丰富的图像。
• 设备整机在+70℃的高低温试验箱内进行老化试验及标定过程。通过现场实地勘察充分了解设备防范需求及环境情况。根据现场环境实际特点采用防爆护罩，可满足恶劣环境下的运行要求，以此保证设备的耐久实。
• 在线温度诊断系统设计之初便留有丰富的接口，便于后期硬件和软件的更新以及升级工作。为此，设备采用模块式结构，可通过相关接口接入其他硬件。后台监控管理平台采用模块化算法，可通过网络升级或者本地固件升级等方式，以此提高系统的可塑性及多样性。

2.3 安装方案概述

热修位钢包：根据现场实地探测情况，一号修包位处采用4台红外热成像仪对钢包倾倒完钢渣后进行实时监测，一台观测钢包底部，另外三台分别从三个方位观测钢包四周。现场红外热成像仪采用12V电压供电，可在现场安装监控服务器，接入大屏可以实时显示钢包热图以及高温点位，协助现场工人及时发现高温区域，确保检修工作及时有效地完成。也可通过网口传输现场视频数据至中控室内的交换机上，将电脑主机连接交换机通过电脑端远程实时观测现场钢包外壁温度情况。

连铸平台：通过现场实地考察，一号连铸平台采用4台红外热像仪对连铸过程中的钢包和中间包包壁进行监测。以中间包为分界线，在两侧各安装两台红外热像仪。一侧用来监测正在进行连铸工序的钢包包壁和中间包侧面和顶盖区域，另一侧监测中间包正面包壁，实现对钢包包壁和中间包各方位全面监控，以此保障连铸过程中对连铸平台的防护以及现场工人的安全。考虑到现场存在高温区域以及遮挡较多，施工线材在高温区域需使用高温电源线和高温网线，以保证数据传输和供电稳定。选定位置需避开人为碰撞或者机械碰撞，以此保证设备稳定运行。

数据传输以及电源供电：

根据现场环境特征，红外热像仪采用网络数据传输的方式，使用千兆超六类双屏蔽网线，连接工业级千兆光电交换机，通过铠装光纤连接至中控室内，以此保证数据传输流畅、无延迟；现场高温区域需铺设高温网线和高温电源线，所有外露线缆全部套上镀锌钢管作为防护，能够让设备在现场恶劣环境下实现稳定通讯。考虑到现场存在高温区域，设计采用风冷型护罩，外接压缩空气或者氮气，前窗使用高强度镀碳膜锗玻璃，在保障设备工作环境温度适宜的同时充分保证设备安全运行，避免存在安全隐患。

在现场或者中控室安装系统服务器，通过网线与光电交换机连接，保持设备和服务器在一个局域网内。服务器上搭载定制客户端软件，可本地实时预览现场红外图像，与此同时，也可通过外接大屏在检修现场实时查看温度分布情况

2.4 安装点位

一号修包位：

安装示意图

3、关键产品信息

风冷型红外热成像仪

• 产品功能特性：
• 采用进口探测器，拥有优异的成像效果以及高精度测温；
• 通入压缩空气或者氮气可在高温、高粉尘的特殊环境下稳定工作；
• 针对现场不同监测环境搭配不同视场角的镜头，可灵活使用；
• 通入压缩空气和氮气使设备保持的工作状态，测温更加精准；
• 测温精准，成像清晰：设备整机出厂前经过高性能黑体温度校正，同时采用自主研发的高性能图像算法，让设备在不同环境下均能展现有优异的精度和场景细微差异。
• 功能丰富，经济适用：设备均采用标准的机芯接口，方便集成的同时具有更高的实用性。

产品外观

• 产品参数：

表一 风冷型红外热像仪产品参数

4、红外在线监测平台

客户端软件采用C/S模式与B/S模式相结合的开发模式，包括实时、数据两大常用功能模块和测温对象、设备、用户管理、告警、云台、录制管理六大相关基础管理模块。与此同时，提供组件化、标准化的Web API开放平台接口供其他系统使用，为客户提供强大且灵活的业务集成和数据集成能力。客户端软件的红外实时画面监测采用了的红外图像处理算法，使得设备展示出的红外画面具有更好的细节增强效果和更高的画面可调节精准性。此外，客户端软件可将相关配置数据实时同步云端，在云端对数据进行管理和分析，用户可通过云平台自定义设置异常的通知方式与通知，通过客户端软件与云端应用相结合实现了智能化的控制体系，为迈向工业互联网数据智慧化决策打下坚实的基础。

平台界面

4.1平台展示

钢包、中间包红外在线温度诊断系统平台功能主要包括图像预览、温标记、高温报警、独立报价、录像手动保存、报警自动存储、报警数据查看等。

4.2平台功能介绍

平台具体功能如下：

1. 在线测温功能：所有视频图像可全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放。
2. 独立报警功能：对不同钢包不同部位分开设定报警阈值，实现独立测温以及独立报警功能。
3. 风险预警：实时全景监控与高灵敏度特点，发现异常高温时可实现毫秒级报警。
4. 自定义报警阈值：系统可自定义不同报警阈值和等级，协助工作人员对隐患发生的紧急程度和发展态势作出评估。
5. 报警类型：分为高温报警和温升报警。高温报警即被测区域超过预设值时报警，温升报警即被区域温度在某一时间段内出现异常温升时报警，具体数值可根据实际情况设定。
6. 温度补偿：设备可根据现场实际环境温度自动进行温度补偿，以满足不同温度环境下的测温需求。
7. 痕迹管理：对现场所测温度实时写入数据库，并自动生成报表与温度曲线。调取历史温度信息和报警记录，方便于出现问题后进行故障跟踪及事故分析。
8. 非接触测温：在不需要人力巡检的同事也不影响正常工作的情况下完成温度获取。
9. 报警日志：报警记录与图像同步存储系统。
10. 记录自动清除：当检测到系统存储空间不满10G时系统自动删除最开始历史记录，避免硬盘空间不足导致数据无法存储。
11. 实时显示全辐射热图：值班人员可通过鼠标查看画面任意位置的瞬时温度，对异常情况进行录制、拍照、分析。
12. 高温追踪：自动对热像图整个画面或特定区域进行高温追踪，提早发现隐患区域。
13. 温度曲线分析：软件监测各区域装置外壁温度时可实时显示温曲线，通过曲线的变化趋势用于判定此时各个区域是否异常。
14. 自动诊断：设备具有网络中断自动检测恢复功能，当设备因断电或者断网导致工作异常，待线路正常后可自行排查问题进行恢复。
15. 用户权限管理：软件登录界面需要特定的账号密码，防止现场工人的误操作。

5. 案例介绍

5.1 钢包壁监控

在钢包内衬出现前期的缺陷直至失效，会经过由点到面的逐步发展过程，在内衬出现前期剥落的状态下，剥落点区域的温度会出现异常高温，其缺陷区域的温度会明显高于其他位置。

红外热像仪非接触式的测温方式对钢包进行在线实时温度监控，在钢包因内部耐火材料逐渐侵蚀、脱落，钢板软化甚至熔蚀之前，发现钢包的早期异常缺陷后报警预测，避免钢包烧穿引起穿包事故。

5.2 罐监控

罐在使用过程中，以下原因会导致内衬耐火材料受损：

1、在盛铁水的时候耐火砖内衬受到高温钢水的冲击而产生冲刷磨损和强烈的热震而产生很大的热应力；

2、耐火砖在盛铁水的期间和倒铁水的时候受到铁水和渣的化学侵蚀和空气的氧化；

3、铁水倒空温度急剧下降使耐火砖内衬急冷产生热应力。

为了保证安全生产和生产的效率，及时发现罐壁破损的潜在威胁成为必要。

5.3 转炉监控

转炉的整个运行周期，从装料到倒渣完毕的时间约为20-30分钟，在此期间，在适当的距离，通过红外热像仪进行长时间连续的监测，可实时监测到转炉所有部位的温度分布及温升趋势，使岗位人员及时掌握转炉的运行情况。

5.4 高炉料面监控

高炉炼铁是从炉顶加入矿石、焦炭和石灰石，从炉底部向炉内通入加压空气，在焦炭燃烧时，矿石、石灰石与焦炭一起发生反应，最终形成铁水和炉渣。

通过红外热像仪可观察炉内料面气流分布、装料情况、矿焦分布、料面高度、料面形状、料面下降；及时发现炉喉钢砖及炉衬侵蚀情况；观测炉内溜槽、探尺等炉内设备的运行状况,及时发现零部件损坏、脱落；高炉检修时，在控制室监视炉内情况，防止发生指挥事故。