1. 項目概述

1.1 項目背景

實踐得知，在鋼包、中間包內襯內部耐火材料出現前期的缺陷直至完全失效會經過由點到面的逐步發展過程，在內襯出現前期剝落的狀態下，剝落點區域的溫度則會出現異常高溫，其缺陷區域的溫度會明顯高于其他位置。若無法及時發現內壁薄弱區域，那么當鋼包再次受鋼時則容易致使耐火材料穿漏，外部鋼板會暴露在高溫液體中，會被直接溶蝕發生穿爐事故，極易造成生命財產損失。據不完全統計，每發生一次鋼鐵水包穿漏事故，造成的直接損失達200萬元。若是鋼包在連鑄平臺穿漏，一次損失高達上千萬。

因此，我公司研制開發了一套鋼包、中間包耐火材料在線監控系統，對鋼包、中間包外壁進行溫度檢測，通過溫度來反饋鋼包內壁耐火材料的磨損情況，做到在溫度發生異常時能夠及時預警，以此保障煉鋼的安全生產。

1.2 項目建設分析

1.2.1項目建設思路

鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統使用數字視頻技術、計算機通信技術、網絡技術，通過實時動態監控、記錄查詢、網絡傳輸等方式，實現對耐火材料磨損程度的智能化監控。同時對鋼包、中間包外壁溫度實現全程實時監控，全面監測和記錄一切溫度變化情況，以此反饋鋼包、中間包是否可以滿足安全生產要求。

通過報警與圖像資源的整合、共享，實時、直觀地了解和掌握監控區域的動態狀況，適時布控、指揮、處置，有效提高鋼包的生產效率，保障工作人員的安全。

根據安全管理的需求，急切需要通過一種智能化手段，針對鋼包內壁耐火材料的磨損程進行監控，做到“早發現、早應對、早處置”。

1.2.2現場實況

鋼包和中間包均在室內車間，現場存在高溫區域，部分區域設備需加裝風冷護罩對設備進行冷卻；
手持式測溫槍只能檢測單點溫度，無法覆蓋全面檢測到爐壁和包壁的整體溫度，更是無法及時找到薄弱點，致使工人勞動強度增加卻效果不明顯；
現場實際測試發現爐壁和包壁溫度的不同可反饋出內部不同區域耐火磚的磨損程度，結合現場實測數據可大體判斷最終使用壽命；
連鑄平臺中間包位置遮擋區域較多，安裝選點需考慮監測的全面性；
現場中控室位置一般距離部分安裝點位距離較遠，需順延原有線路走線同時需要避開高溫區；
鋼包、中間包現場均采用定點監測的方式，對關鍵區域進行實時溫度監控。鋼包監控分為倒渣位監測監控和連鑄平臺定點監測兩個監測點位；

煉鋼廠現場示意圖

1.2.3建設原則

鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統的建設，是冶金行業安全管理升級的重要體現，工程建設應滿足以下幾個要求：

1）先進性

本系統技術起點高，采用具有國際先進技術水平的進口非制冷式焦平面紅外探測器，實現110592個像素點溫度的實時探測，結合智能化分析軟件，實現重要部位的日夜安全防戒。

2）實用性

在工程設計和實現的過程中，始終把客戶的實際需求放在首位，結合高爐區域工藝特點以及現場環境的特殊性設計出系統操作簡便，現場工作人員可即學即用的智能化管理平臺。

3）可靠性

本系統采用法國進口ULIS探測器，其工作壽命可達8-10年。考慮到現場高溫環境需求，設備整機在+70℃的高低溫試驗箱內進行老化試驗及標定過程。通過現場實地勘察充分了解設備防范需求及環境情況，根據現場環境實際特點采用特定的高防護設備，滿足惡劣環境下的運行要求，以此保證設備的耐久實用。

4）易維護

設備采用風冷護罩，連通現場氮氣供應管道，在對設備進行降溫的同時也可對設備內粉塵及時清除，減少整機設備的日常維護。后臺監控管理平臺采用模塊化算法，可遠程或者本地更新升級，無需額外的維護工作。

5）擴展性

溫度健康診斷系統設計之初便留有豐富的接口，便于后期硬件和軟件的更新以及升級工作。為此，設備采用模塊式結構，可通過相關接口接入其他硬件。軟件則可通過網絡升級或者本地固件升級的方式，以此提高系統的可塑性及多樣性。

6）開放性

產品選型必須具有開放的接口，便于整個系統的整合，達到資源統一管理的目的。

7）經濟性

在滿足系統需求及系統先進性的同時，做到合理、實用，降低成本，從而達到極高的性能價格比，降低安全管理的運營成本。

1.2.4 需求分析

根據現場安全管理要求，需要滿足如下需求：

風險預警與火災報警：實時全景監控與高靈敏度特點，可對高溫實現快速報警；
非接觸測溫，不影響鋼包正常運轉；
報警日志：報警記錄與圖像同步存儲系統；
所有采集點視頻圖像可全程或報警觸發錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
電源供給在全天候的環境下，保證系統不間斷供電。

2. 紅外溫度診斷系統概述

2.1?系統總體架構設計

系統由網絡傳輸系統、視頻數據存儲系統、遠程監控管理系統、監控中心顯示系統等構成。實現監控中心對前端進行遠程集中監控和管理；同時能夠將圖像監控及分析與自動報警識別，并通過數傳輸網絡實現對鋼包外壁溫度智能監測、數據采集、分析、高溫點定位、自動報警等功能。

系統架構圖

2.2?系統特征

鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統的建設，是鋼鐵冶煉行業安全管理升級的重要體現。根據深耕冶金行業多年的經驗，為解決以上需求，本系統應具備以下特征：

后端算法對圖像采用無損壓縮的方式，實時傳輸溫度流數據，畫面更加流暢的同時可以獲取到任意位置的溫度數據，提高系統的靈敏性和報警精準度。
針對現場特殊的環境情況，選用高性能紅外熱像儀，根據不同環境特征選用不同的防護罩。設備內部探測器采用具有國際先進技術水平的法國進口ULIS非制冷式焦平面紅外探測器，其工作壽命可達8-10年，在可以實現110592個像素點溫度的實時探測的同時，可充分保證設備運行的穩定性。
系統具備自動報警、快速響應、自動捕捉最熱區域等功能，一旦局部出現溫度異常，極早期預警鋼包風險隱患。鋼包正常溫度為≤380℃，熱像儀測量范圍為（-20-650℃）。
系統采用紅外數字圖像細節增強（DDE）技術，用高速處理器先對原始目標信息進行分析，提取出有用灰度信息分布和無用灰度信息分布，然后大比例壓縮無用信息灰度，小比例壓縮甚至拉伸有用信息灰度，得到接近實際層次豐富的圖像。
設備整機在+70℃的高低溫試驗箱內進行老化試驗及標定過程。通過現場實地勘察充分了解設備防范需求及環境情況。根據現場環境實際特點采用防爆護罩，可滿足惡劣環境下的運行要求，以此保證設備的耐久實。
在線溫度診斷系統設計之初便留有豐富的接口，便于后期硬件和軟件的更新以及升級工作。為此，設備采用模塊式結構，可通過相關接口接入其他硬件。后臺監控管理平臺采用模塊化算法，可通過網絡升級或者本地固件升級等方式，以此提高系統的可塑性及多樣性。

2.3?安裝方案概述

熱修位鋼包：根據現場實地探測情況，一號修包位處采用4臺紅外熱成像儀對鋼包傾倒完鋼渣后進行全方位實時監測，一臺觀測鋼包底部，另外三臺分別從三個方位觀測鋼包四周。現場紅外熱成像儀采用12V電壓供電，可在現場安裝監控服務器，接入大屏可以實時顯示鋼包熱圖以及高溫點位，協助現場工人及時發現高溫區域，確保檢修工作及時有效地完成。也可通過網口傳輸現場視頻數據至中控室內的交換機上，將電腦主機連接交換機通過電腦端遠程實時觀測現場鋼包外壁溫度情況。

連鑄平臺：通過現場實地考察，一號連鑄平臺采用4臺紅外熱像儀對連鑄過程中的鋼包和中間包包壁進行全方位監測。以中間包為分界線，在兩側各安裝兩臺紅外熱像儀。一側用來監測正在進行連鑄工序的鋼包包壁和中間包側面和頂蓋區域，另一側監測中間包正面包壁，實現對鋼包包壁和中間包各方位全面監控，以此保障連鑄過程中對連鑄平臺的防護以及現場工人的安全。考慮到現場存在高溫區域以及遮擋較多，施工線材在高溫區域需使用高溫電源線和高溫網線，以保證數據傳輸和供電穩定。選定位置需避開人為碰撞或者機械碰撞，以此保證設備穩定運行。

數據傳輸以及電源供電：

根據現場環境特征，紅外熱像儀采用網絡數據傳輸的方式，使用千兆超六類雙屏蔽網線，連接工業級千兆光電交換機，通過鎧裝光纖連接至中控室內，以此保證數據傳輸流暢、無延遲；現場高溫區域需鋪設高溫網線和高溫電源線，所有外露線纜全部套上鍍鋅鋼管作為防護，能夠讓設備在現場惡劣環境下實現穩定通訊。考慮到現場存在高溫區域，設計采用風冷型護罩，外接壓縮空氣或者氮氣，前窗使用高強度鍍碳膜鍺玻璃，在保障設備工作環境溫度適宜的同時充分保證設備安全運行，避免存在安全隱患。

在現場或者中控室安裝系統服務器，通過網線與光電交換機連接，保持設備和服務器在一個局域網內。服務器上搭載定制客戶端軟件，可本地實時預覽現場紅外圖像，與此同時，也可通過外接大屏在檢修現場實時查看溫度分布情況

2.4 安裝點位

一號修包位：

安裝示意圖

3、關鍵產品信息

風冷型紅外熱成像儀

產品功能特性：
采用進口探測器，擁有優異的成像效果以及高精度測溫；
通入壓縮空氣或者氮氣可在高溫、高粉塵的特殊環境下穩定工作；
針對現場不同監測環境搭配不同視場角的鏡頭，可靈活使用；
通入壓縮空氣和氮氣使設備保持的工作狀態，測溫更加精準；
測溫精準，成像清晰：設備整機出廠前經過高性能黑體溫度校正，同時采用自主研發的高性能圖像算法，讓設備在不同環境下均能展現有優異的精度和場景細微差異。
功能豐富，經濟適用：設備均采用標準的機芯接口，方便集成的同時具有更高的實用性。

產品外觀

產品參數：

表一風冷型紅外熱像儀產品參數

型號	SS-AC-X384D
紅外分辨率	384*288
像素尺寸	17um
幀頻	50Hz
工作波段	8～14um
測溫范圍	60℃～600℃
數據
單幀溫度	帶溫度信息的JPG圖片格式
溫度流	全輻射溫度信息存儲
視頻	H.264標準視頻格式，兼容通用視頻播放軟件
電氣接口
電源	DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃
模擬視頻	NTSC/PAL
以太網	100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等協議，內置Web Server，兼容主流NVR產品，提供SDK開發包
串口	RS485，支持Pelco云臺控制協議
電動鏡頭	支持12V電動鏡頭
GPIO	1路磁隔離輸入，1路繼電器輸出
環境參數
工作溫度	-10～+200℃
儲存溫度	-40oC～+85℃
大氣壓力	86~106Kpa
粉塵濃度	≤200mg/m3
風量	0.3~0.6L/S
尺寸	320（L）*133（D）mm
渦旋制冷管
進氣量	920L/MIN
制冷量	2280BTU/Hr

4、紅外在線監測平臺

客戶端軟件采用C/S模式與B/S模式相結合的開發模式，包括實時、數據兩大常用功能模塊和測溫對象、設備、用戶管理、告警、云臺、錄制管理六大相關基礎管理模塊。與此同時，提供組件化、標準化的Web API開放平臺接口供其他系統使用，為客戶提供強大且靈活的業務集成和數據集成能力。客戶端軟件的紅外實時畫面監測采用了業內領先的紅外圖像處理算法，使得設備展示出的紅外畫面具有更好的細節增強效果和更高的畫面可調節精準性。此外，客戶端軟件可將相關配置數據實時同步云端，在云端對數據進行管理和分析，用戶可通過云平臺自定義設置異常的通知方式與通知聯系人，通過客戶端軟件與云端應用相結合實現了智能化的控制體系，為邁向工業互聯網數據智慧化決策打下堅實的基礎。

平臺界面

4.1平臺展示

鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統平臺功能主要包括圖像預覽、最高溫標記、高溫報警、獨立報價、錄像手動保存、報警自動存儲、報警數據查看等。

4.2平臺功能介紹

平臺具體功能如下：

在線測溫功能：所有視頻圖像可全程錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
獨立報警功能：對不同鋼包不同部位分開設定報警閾值，實現獨立測溫以及獨立報警功能。
風險預警：實時全景監控與高靈敏度特點，發現異常高溫時可實現毫秒級報警。
自定義報警閾值：系統可自定義不同報警閾值和等級，協助工作人員對隱患發生的緊急程度和發展態勢作出評估。
報警類型：分為高溫報警和溫升報警。高溫報警即被測區域超過預設值時報警，溫升報警即被區域最高溫度在某一時間段內出現異常溫升時報警，具體數值可根據實際情況設定。
溫度補償：設備可根據現場實際環境溫度自動進行溫度補償，以滿足不同溫度環境下的測溫需求。
痕跡管理：對現場所測溫度實時寫入數據庫，并自動生成報表與溫度曲線。調取歷史溫度信息和報警記錄，方便于出現問題后進行故障跟蹤及事故分析。
非接觸測溫：在不需要人力巡檢的同事也不影響正常工作的情況下完成溫度獲取。
報警日志：報警記錄與圖像同步存儲系統。
記錄自動清除：當檢測到系統存儲空間不滿10G時系統自動刪除最開始歷史記錄，避免硬盤空間不足導致數據無法存儲。
實時顯示全輻射熱圖：值班人員可通過鼠標查看畫面任意位置的瞬時溫度，對異常情況進行錄制、拍照、分析。
高溫追蹤：自動對熱像圖整個畫面或特定區域進行高溫追蹤，提早發現隱患區域。
溫度曲線分析：軟件監測各區域裝置外壁溫度時可實時顯示最高溫曲線，通過曲線的變化趨勢用于判定此時各個區域是否異常。
自動診斷：設備具有網絡中斷自動檢測恢復功能，當設備因斷電或者斷網導致工作異常，待線路正常后可自行排查問題進行恢復。
用戶權限管理：軟件登錄界面需要特定的賬號密碼，防止現場工人的誤操作。

5. 案例介紹

5.1 鋼包壁監控

在鋼包內襯出現前期的缺陷直至完全失效，會經過由點到面的逐步發展過程，在內襯出現前期剝落的狀態下，剝落點區域的溫度會出現異常高溫，其缺陷區域的溫度會明顯高于其他位置。

紅外熱像儀非接觸式的測溫方式對鋼包進行在線實時溫度監控，在鋼包因內部耐火材料逐漸侵蝕、脫落，鋼板軟化甚至熔蝕之前，發現鋼包的早期異常缺陷后報警預測，最大程度避免鋼包燒穿引起穿包事故。

5.2 魚雷罐監控

魚雷罐在使用過程中，以下原因會導致內襯耐火材料受損：

1、在盛鐵水的時候耐火磚內襯受到高溫鋼水的沖擊而產生沖刷磨損和強烈的熱震而產生很大的熱應力；

2、耐火磚在盛鐵水的期間和倒鐵水的時候受到鐵水和渣的化學侵蝕和空氣的氧化；

3、鐵水倒空溫度急劇下降使耐火磚內襯急冷產生熱應力。

為了保證安全生產和生產的效率，及時發現魚雷罐壁破損的潛在威脅成為必要。

5.3 轉爐監控

轉爐的整個運行周期，從裝料到倒渣完畢的時間約為20-30分鐘，在此期間，在適當的距離，通過紅外熱像儀進行長時間連續的監測，可實時監測到轉爐所有部位的溫度分布及溫升趨勢，使崗位人員及時掌握轉爐的運行情況。

5.4 高爐料面監控

高爐煉鐵是從爐頂加入礦石、焦炭和石灰石，從爐底部向爐內通入加壓空氣，在焦炭燃燒時，礦石、石灰石與焦炭一起發生反應，最終形成鐵水和爐渣。

通過紅外熱像儀可觀察爐內料面氣流分布、裝料情況、礦焦分布、料面高度、料面形狀、料面下降；及時發現爐喉鋼磚及爐襯侵蝕情況；觀測爐內溜槽、探尺等爐內設備的運行狀況,及時發現零部件損壞、脫落；高爐檢修時，在控制室監視爐內情況，防止發生指揮事故。

鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統