利用红外热成像对熔融生铁温度进行检测

温度测量是钢铁制造的强制性要求。在整个制造过程中测量，监视和控制钢温度，以确保材料符合产品规格，从而防止最终产品出现缺陷。钢铁制造是一个多阶段的过程。在第一阶段，铁矿石在高炉中与焦炭和石灰石一起冶炼，产生熔融的生铁。接下来，在炼钢厂中，将氧气吹入熔融的生铁中以除去杂质，例如硫或磷，这也降低了合金的碳含量。最后，将这些产品在钢厂中进行热轧和冷轧，以加工最终产品，例如钢带。

在所有钢铁制造阶段，都需要对加工材料进行精确的温度测量。炼钢阶段之前的熔融生铁温度测量尤其重要，但也很困难。高炉中产生的熔融生铁用鱼雷车运输到炼钢厂。这些隔热货车是安装在耳轴上的专用坦克车。鱼雷车的设计能够承受极高的温度，并能长时间保持熔融生铁的温度。鱼雷车运输过程中，熔融生铁表面会形成一层厚厚的炉渣。鱼雷车到达炼钢厂时，将使用机械臂将矿渣层破碎。然后，将鱼雷车沿其纵轴枢轴倒空，将熔化的生铁通过张开的口倒入一个大的耐火材料衬里的容器，称为铁水包。钢包装满后（约300吨），由高架起重机将其移动通过工厂，进入基本的氧气炉，再将熔融的生铁倒出以转化为钢。在炼钢过程之前测量熔融生铁的温度至关重要，因为它是用于控制，调节和优化基本氧气炉中过程的物理模型的必需参数。

图为鱼雷车上满是融化的生铁等

测量熔融生铁的温度并非易事。一种方法是使用带有热电偶，电子温度计的喷枪测量温度。喷枪浸入鱼雷车内的熔融生铁中，直到读数稳定。这种测量方法有许多缺点。根据熔融材料的粘度和读数稳定所需的时间，喷枪可能会卡在鱼雷内部。这造成了复杂的情况，需要花费一些时间来解决，从而导致工业工厂的生产率下降。另外，由于鱼雷内部温度高，热电偶不可重复使用，从而增加了运营成本。此外，这是一种危险的温度测量方法，因为它需要人为干预，并且要直接接近远高于1000℃的材料。

图为从鱼雷车到钢水包的熔融生铁

最好的解决方案是使用基于红外热成像的温度测量方法。该方法的主要优点是所使用的设备不与热源接触，即它们是非接触式温度计。这样，可以安全地测量极热物体或危险产品（例如生铁水）的温度。结果，非接触式温度测量技术正逐渐取代传统的热电偶。

红外热成像辐射是通过物体表面上的原子和分子的运动辐射的能量，其中物体的温度高于绝对零值。温度越高，发出的红外能量的强度越大。红外热成像设备测量从被测物体发出的红外辐射，然后使用普朗克定律等辐射方程式将其转换为温度。当通过产生单个温度值的单个传感器进行测量时，该设备称为高温计。当通过传感器矩阵进行测量，生成矩形图像或像素矩阵时，该设备称为红外热像仪。这是基于红外线辐射的两种最常见的温度计设备。设计用于检查长距离移动物体的其他类型的红外成像设备使用旋转高温计，该高温计每次转动都会产生像素阵列或行扫描。

图为熔融生铁的红外热图像

研究提出了一种基于红外热成像计算机视觉的程序，用于测量从鱼雷车倒入钢包时的熔融生铁的温度。解决了两个主要挑战：检测红外图像中流的位置以及去除与部分覆盖流的炉渣相对应的像素。提出了快速，健壮和准确的方法来处理这些问题。为了在红外热图像中检测水流的位置，使用边缘检测和几何拟合来检测鱼雷车的张开嘴。测试期间获得的结果证实了所建议程序的成功。提出的测量程序可靠，可实时应用且维护成本低。当被纳入钢铁制造过程的炼钢阶段时，它可以实时准确地测量生铁熔融温度，并且比其他方法（例如热电偶或高温计）具有更好的一致性和效率。此外，发射率校准实验以及炉渣温度随生铁水温度变化的特性描述，也可作为对工业环境中一般红外温度测量感兴趣的红外热成像人员和技术人员的指南。

参考文献

Rubén Usamentiaga, Julio Molleda, Daniel F. Garcia. Temperature Measurement of Molten Pig Iron With Slag Characterization and Detection Using Infrared Computer Vision. IEEE Transactions On Instrumentation And Measurement.