Метод инфракрасной термографии применительно к определению параметров засыпи доменной печи
Шпарбер О.В.
Донецкий национальных технический университет
Источник: Компьютерный мониторинг и информационные технологии - 2009 / Материалы V всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. - Донецк, ДонНТУ - 2009. - 368 с.
Цель данного доклада — осветить подход к определению некоторых параметров засыпи доменной печи, как-то: температура поверхности засыпи, её профиль и скорость схода путём анализа инфракрасного излучения внутри домны, а также указать на основные преимущества данного метода по сравнению с другими, используемыми в производстве, и перспективы его дальнейшего развития.
1. Обзор и недостатки существующих технологий
Для определения температуры поверхности засыпи в домне широко распространено использование термозондов, которые устанавливаются непосредственно в колошнике на небольшом расстоянии над самой засыпью. В последнее время также получили популярность бесконтактные уровнемеры, использующие радиометрический и радарный микроволновый принцип контроля уровня профиля засыпи. На ряде доменных печей внедрена система контроля диагностики разгара горна, которая включает в себя специальные термодатчики, устанавливаемые по длине блоков при замене кладки печи. [1]
К сожалению, большинство используемых сегодня методов имеют существенные недостатки, среди которых можно отметить такие:
- высокая погрешность измерений (например, фиксирование более высокой температуры газов и пыли, а не поверхности засыпи);
- неполнота предоставляемой информации;
- высокая стоимость оборудования, его монтажа;
- невозможность обслуживания без остановки доменной печи;
- опасность для персонала (например, использование рентген-излучения).
2. Суть метода инфракрасной термографии
Метод инфракрасной термографии позволяет с достаточно высокой точностью определять температуру поверхности с минимальными потерями времени. При этом используется свойство нагретых тел излучать энергию в инфракрасном диапазоне. Существует зависимость между длиной инфракрасной волны и температурой тела. Например, спектр тела, имеющего температуру до 500°C, содержит волны длиной от 0,74 мкм до 1,9 мкм, а при температуре от 500°C до 1300°C — 1,9-3,7мкм. [2]
Для получения изображения поверхности засыпи доменной печи в инфракрасном спектре используется специальная видеокамера, чувствительная к инфракрасному диапазону волн, устанавливаемая в стенке колошника в защитном корпусе, который обеспечивает сохранность камеры в условиях высоких температур. Также камера снабжается системой охлаждения с использованием жидкого азота и воздушным обдувом с внутренней стороны колошника для недопущения попадания пыли на объектив камеры.
Основной проблемой, которую необходимо решить для качественной работы данной системы, заключается в том, что потоки восходящих газов и пыли имеют температуру значительно выше (достигает 1100-1300°C), чем температура самой засыпи (100-300°C). Таким образом изображение «засвечивается» более высокими температурами. Для избежания этого используется специальная система оптических фильтров, а также программная обработка получаемого видеосигнала. Конечное изображение практически содержит только излучение поверхности засыпи.
Следующим шагом является обработка получаемого изображения. Для этого в соответствие градациям серого цвета ставится температура. Например, чёрный цвет соответствует температуре менее 50°C.
Такой анализ позволяет получать температурное распределение по поверхности, которое в дальнейшем служит для управления технологическим процессом плавки.
Дополнительной трудностью при использовании данного метода, препятствовавшей его широкому распространению, является непостоянность уровня засыпи, т.к. происходит сход шихты. Решение данной проблемы возможно благодаря использованию современных методов распознавания образов, что даёт возможность программно находить, где в настоящий момент находится поверхность засыпи.
Таким образом, использование современной вычислительной техники и новых подходов позволяет эффективно использовать сравнительно простой способ для определения некоторых важных параметров процессов, протекающих в домне, что в свою очередь даёт возможность повысить качество и экономичность производства.
3. Преимущества использования термографии инфракрасного излучения
Итак, преимущества метода заключаются в следующем:
- получение температурного распределения непосредственно на поверхности засыпи шихтовых материалов;
- приём и обработка информации происходит в режиме реального времени, что позволяет оперативно контролировать и корректировать технологический процесс;
- получения визуального изображения внутри печи (для контроля процесса засыпи, состояния лотка подачи шихты и т.д.);
- сравнительная простота установки оборудования, отсутствие необходимости полной остановки доменной печи;
- низкая стоимость по сравнению с другими специализированными системами.
К недостаткам метода можно отнести сложные алгоритмы программной обработки, а также некоторых ключевых узлов аппаратного обеспечения.
4.Перспективы развития инфракрасного термического измерения
Данный метод позволяет рассчитывать на то, что в дальнейшем станет возможным:
- определение температур газов и пыли, а также их распределения над засыпью;
- теоретическая возможность получения параметров профиля засыпи (возможно даже трёхмерного изображения) и скорости схода шихтовых материалов.
Список использованной литературы
- Информационные системы в металлургии: Конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) / Н.А.Спирин, В.В.Лавров. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет – УПИ, 2004. – 495 с.
- Mobley R. K. An introduction to predictive maintenance. Butterworth-Heinemann: Elsevier Science, 2002, - 459 p.