宣钢原1350高炉炉顶摄像技术开发应用

第一篇：宣钢原1350高炉炉顶摄像技术开发应用

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宣钢原1350m高炉炉顶摄像技术开发应用

梁国欣，李建全

(河北钢铁集团宣化钢铁公司自动化公司)摘 要：在炼铁工艺流程中，为进一步提高对高炉炉况的把握、控制水平，保证高炉操作的正确性、及时性，宣钢借高炉年修机会，于1350m3高炉炉顶安装了专用红外摄像装置，通过摄像机获取炉内影像，利用红外成像原理，将采集的光信号转变为电信号，再次转换处理经视频混频显示在输出端，对炉顶布料溜槽及炉顶料面形状、煤气流的分布状况实时监视，指导高炉具体操作，降低高炉操作者对十字测温的依赖性，对合理炉顶布料、提高煤气利用、保证高炉稳定顺行起到积极的促进作用。

关 键 词：炉顶摄像装置；信号采集；转换；实时监视 1 前言

在炼铁生产中，高炉是工艺流程的主体，炉内炉料、煤气流的分布状况又直接影响高炉顺行、煤气能量的利用。以往高炉工长只能借助一些手段(如探尺、炉顶煤气分析、十字测温等)，凭借实践经验，对炉内炉料及煤气流的分布情况进行推测和判断，而这种推测和判断不一定全部及时、准确，从而导致高炉操作的滞后、甚至反向，使高炉炉况出现波动、失常甚至事故，给企业造成巨大的经济损失。如何打开高炉这一“黑匣子”，进一步提高高炉的监控水平，相应提高对炉况的把握、控制水平，保证高炉操作的正确、及时是炼铁界一直追求的目标，所以，高炉需要能监测出整个料面真实形状及其三维图形，以利于指导高炉技术操作。为了实现这一目标，宣钢1350m3高炉于2001年9月26～28日年修之际，在炉顶安装了一套摄像系统。2 可行性论证

(1)高炉炉顶摄像仪采用安装在炉顶的专用红外摄像机获取炉内影像，在值班室监视器上能在线显示整料面的气流分布图象，同时能观察溜槽的运转情况和料流流股。上述图像可通过专用录像机录入录像带，逐步将上述信号通过MD模数转换连接到计算机，经过运算得到料面的温度分布状况，从而取代十字测温装置。

(2)高炉炉顶摄像仪主要由红外摄像头、8W—LD2型摄像枪管、SANYO—11．S—9024PC长时录像机、温度表、报警器及水冷氮气防护装置组成。其工作原理方框图如下图所示：

3红外摄像仪能够为高炉工长及时提供炉内信息，指导高炉操作。3 电气部分的技术原理

电气部分组成：信号采集、信号转换、信号处理、监视系统、录像机、外供直流12V电源组成。红外摄像仪的摄像头将采集视，电视信号，输入到监视器上，供高炉工长不间断监控，及时掌握炉情况指导操作。3．1 信号采集及转换

红外摄像仪利用特殊材料制成的全封闭金属外壳红外摄像头，CCD芯片具有红外光和可见光双重功能。寿命长，镜头具有广角和长景的特性，镜头视角110℃，观察孔F5mm，不用调焦，没有机械和电动部件，使摄像系统大大简化，大幅度提高了红外摄像系统的稳定 冶金之家网站

性和可靠性。红外摄像头安装在摄像枪中，通过冷却水套插入高炉内部，炉壳钢板上开孔直径仅为133cm，采用水冷和氮气(或净煤气)防护，使红外摄像头在高温、高压、高尘、高湿的炉内稳定地在线工作。摄像枪采用球阀和密封环两道密封方式，不用休风就可以进行维护，简便快捷，省时省力，由于观察孔小，防护气体的用量也很少，水冷的排水直接回水槽，运行费用低。同时利用红外成像原理，将采集到炉布料料面及溜槽的运行变化情况，由红外光信号转变为电信号，送入信号处理部分。3．2 信号处理

把输入变化的微弱电信号转换成全电视视频信号，经视频混频后，由红外摄像枪上端插头输出，输出幅度峰值可达到1V，有效保证了信号的远距离传输。3．3 红外摄像枪结构

该摄像枪结构紧凑，采用外供DC12V电源，大大减小了红外摄像枪的体积及散热功耗。3．4 监视系统

在主控室把炉顶的红外摄像处理后的电视视频信号直接接到配套监视器或电视机的视频输入端，即可清晰地观察到炉内情况的变化。4 系统的安装

4．1 窥视系统的安装

在炉顶38m处开孔(直径133mm)，根据实际情况调整摄像枪与垂直线的夹角，以便能全部窥视到整个料面，做到监控无死角。用法兰短管把摄像枪短管固定。4．2 冷却系统的安装

本系统的安装主要有水冷和风冷两种方式。在摄像枪外加装冷却水套，利用高炉工业用水作为冷却的水源来降低摄像头的温度，从38m平台接入氮气和煤气来清扫摄像机镜头和风冷却，同时加装自动隔离阀和手动隔离阀。4．3 电控系统的安装

在主控室安装监视器及报警装置。从炉顶铺设视频电缆和七芯电屏蔽电缆(每条电缆长200m)，分别接在摄像监视器、报警器上。当温度过高时，报警器自动报警。4．4 气控柜系统安装

在炉顶38m平台现场安装气控柜。内装氮气、煤气过滤系统以及压力显示表，以便准确判断压力是否能满足摄像枪的工作条件。

该项目全部的安装调试工作均在2001年9月26日~28日1350m3高炉年修期间内完成，未对高炉正常生产造成任何影响。5 运行情况

2001年9月利用宣钢1350m3高炉年修机会，安装了炉顶摄像装置，该装置对监视溜槽工作状态、指导高炉操作、合理炉顶布料提高煤气利用起到积极的作用。该装置主要包括电控系统、窥视系统及气控柜安装三部分。5．1 电控系统

经过一年的运行，电控系统的通讯线路运行稳定，信号质量好，无干扰，报警系统运转灵敏可靠，从此未再出现影响生产的现象。5．2 窥视系统

安装后的窥视系统运行稳定正常，显示清晰，炉内布料状况一目了然，气流动方向很清楚的在监视器上得以反应。使高炉工长在值班室内就能直观的看到到炉内情况，发现问题及时进行处理和补救，减少损失，对高炉操作大有好处。5．3 气控柜

气控柜在一年运行期间，工作良好，压力显示清楚准确，为何时插枪、何时拔枪提供了准确的数据。冶金之家网站实施效果

高炉炉顶摄像系统在宣钢1350m3高炉上使用后，迅速成为高炉操作人员必不可少的监测手段，与其它类型的料面监测计相比，该系统有投资少、图像直观、设备寿命长、维护简单等特点，对高炉炉顶布料溜槽的工作状态起到监视作用；对高炉的具体操作起到指导作用，保证了高炉稳定顺行，煤气利用稳步提高；该系统投用后还降低了高炉操作者对十字测温的依赖性，将原四支十字测温器改为一支(另外三支只留边缘一个测温点)，节约了备件费用，避免了十字测温器烧漏后漏水对高炉生产及设备的影响。6．1 监视炉顶溜槽运行情况

高炉炉顶红外摄像仪的投入，使高炉工长在值班室的监视器上看到溜槽运转、布料的全过程，及时了解溜槽磨损情况，杜绝溜槽磨漏、溜槽脱落事故。

1996年11月1350m3高炉就曾发生过布料溜槽磨漏事故，当时炉况表现为煤气利用差、顶温高、渣铁热量严重不足，由于没有及时判断出溜槽磨漏，只采取压边、加焦等调剂措施，最终由于顶温过高于11月18日引起炉顶煤气着火，被迫休风1004分钟，休风后发现溜槽已被磨漏，造成较大的经济损失。

6．2 观察炉顶料面形状、煤气流的分布状况，指导高炉操作

在监视器图象中发亮的部分说明该处温度高煤气流旺盛，发暗的部位则温度低煤气流弱，从而可以较直观的判断出炉顶料面形状、煤气流的分布，决定对高炉装料制度、风口面积的调整，同时可以直观的观察到高炉操作者的操作结果，避免了随炉子跑的现象，提高了高炉操作水平，保证了高炉炉况稳定顺行、煤气利用的稳步提高。炉顶红外摄像仪投入后，上部装料制度主要做了如下改进： 6．2．1 重新规定了炉顶倒罐周期

原来炉顶料罐每周倒一次，通过观察监视器图象发现炉顶两个料罐装焦、装矿时的布料偏析对炉顶煤气流影响较大，容易引起煤气流分布不均，因此决定将倒罐周期改为每班一次，尽可能消除因料罐装料不同而引起的布料偏析，保证煤气流分布均匀合理。高炉炉顶红外摄像仪的投入，使高炉工长在值班室的监视器上看到溜槽运转布料过程，观察到料面情况、中心气流与边缘气流的分布状况，有效的指导了高炉操作，保证了高炉炉况稳定顺行，煤气利用的稳步提高，投入前2001年1～8月综合CO2为19．21％，投用后2001年10月～2004年高炉煤气中CO2一直呈现提高趋势，2004年为19．63％，提高了0．42％。6．2．2 合理溜槽闭合点的选择

原来溜槽闭合点固定不变，炉顶摄像投用后，将溜槽闭合点的选择作为高炉上部制度的微调手段，根据监视器中图象反映的情况适时调整。

此外，减少了高炉操作者对十字测温的依赖性，原四支十字测温器拆除，节约了备件费用，避免了十字测温器烧漏后漏水对高炉生产及设备的影响。7 结语

炉顶摄像系统技术在宣钢1350m3高炉开发应用是成功的，其实践经验和效果已向其它高炉推广。