在工業(yè)環(huán)境中精準的溫度測量很重要,也很具有挑戰(zhàn)性。在加工金屬時，對溫度測量的精確控制是至關(guān)重要的，如鐵和鋼，溫度監(jiān)測就是生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在鋼鐵制造過程中，鐵水的溫度測量尤為重要，它是一個用來控制作業(yè)在煉鋼爐中的物理模型所需的參數(shù)。然而，鐵水的溫度測量并不是一件容易的事，常規(guī)使用熱電偶或高溫計的方法存在嚴重缺陷，其不僅限制了它們的適用性而且也不能提供準確的測量。

 本文中，提出使用計算機紅外成像系統(tǒng)測量鐵水被倒出時的溫度。該系統(tǒng)面臨兩大挑戰(zhàn)：一，鐵水流必須通過紅外圖像檢測，二，部分會覆蓋在鐵水流上的熔渣，必須從鐵水流中檢測出并清除掉。因此一個快速，穩(wěn)健，準確的測量方法在本文被提出，同時，一個校準鐵水的發(fā)射率和溫度高低的方法也被提出并應用。這個方法使區(qū)開分開鐵水和溶渣成為可能，從而解決下渣檢測難題。實驗表明，該結(jié)果完全滿足生產(chǎn)需求。 

索引詞

計算機紅外成像，鐵水，熔渣檢測，

溫度測量，魚雷車溫度測量。

概述

溫度測量是一個鋼鐵生產(chǎn)中強制性的要求。測量，監(jiān)測和控制整個生產(chǎn)過程中鋼水的溫度這三方面確保了材料滿足產(chǎn)品的規(guī)格，以及防止在最終產(chǎn)品中的缺陷。鋼鐵生產(chǎn)是一個多階段過程。第一階段，鐵礦石與焦炭，石灰石一起在高爐中冶煉，并生產(chǎn)出鐵水。接下來，在煉鋼車間，通過給鐵水吹氧氣去除雜質(zhì)，如硫或磷，同時也降低了碳合金的含量。此階段產(chǎn)品屬于中間產(chǎn)品，如鑄塊或面板。 最后，這些產(chǎn)品在鋼廠經(jīng)過熱軋和冷軋加工形成最終產(chǎn)品，如鋼帶。根據(jù)產(chǎn)品的最終目的每個階段都有許多不同的步驟。

所有的鋼鐵生產(chǎn)階段，加工材料的溫度測量必須精準。許多不同測量溫度的方法可分為三類：機械，電子和紅外。每種方法的特定特性或多或少的符合不同生產(chǎn)階段的溫度測量。 

煉鋼前鐵水溫度的測量特別重要同時也十分困難。高爐中的鐵水是通過魚雷車運送到煉鋼廠，這些隔熱貨車是專門裝上耳軸的罐車。魚雷車可以承受極高的溫度并長時間保持鐵水溫度，在運輸過程中，鐵水的表面會形成的一層厚厚的熔渣，當魚雷車達到煉鋼廠后，使用機械手臂打破渣層，然后魚雷車沿其縱軸旋轉(zhuǎn)，把鐵水從一個開口完全澆注到一個大型的耐火容器中（此容器稱之為 鋼包）。當鋼包盛滿時（300 噸左右）會被一個橋式起重機從工業(yè)廠房移到一個氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中，在這里鐵水會被再一次倒出并冶煉成鋼鐵。煉鋼前，鐵水的溫度測量至關(guān)重要，因為在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中，它是一個用于控制，調(diào)節(jié)和優(yōu)化過程的物理模型所需的參數(shù)。 

鐵水的溫度測并不容易。其中的一種方法是使用配有熱電偶的管子，即電子溫度計。管子需浸泡到魚雷車內(nèi)的鐵水中，直到讀書穩(wěn)定后拿出。這種測量方式有很多缺點，根據(jù)熔融材料的粘度和讀數(shù)穩(wěn)定所需的時間，管子 有可能會卡到魚雷車中，這樣將會出現(xiàn)一種復雜的局面，還需要花時間去解決這個問題，如此一來直接導致生產(chǎn)力下降，同時，由于魚雷車內(nèi)部的高溫，熱電偶無法重復使用，造成運行成本的提高，此外，它是一個非常危險的溫度測量方式。因為它需要人直接密切干預明顯高于1000攝氏度的材料。 

最好的解決辦法是使用一種基于紅外的測溫方法。此方法主要的優(yōu)點是，使用的設備是不接觸熱源的，也就是非接觸式溫度計。這樣的話，極高溫的物體或危險品，如鐵水，就可以安全的進行測量。因此，非接觸式溫度測量技術(shù)正越來越多的取代傳統(tǒng)熱電偶的使用。 

紅外輻射是一個溫度高于絕對0度的物體表面原子和分子運動的能量發(fā)射。發(fā)射率強度是材料溫度的函數(shù)，溫度越高，發(fā)出的紅外能量強度越大。紅外熱成像儀器測量的物體發(fā)出的紅外輻射是通過輻射方程，如，普郎克定律，將其轉(zhuǎn)換為溫度的。由單一生產(chǎn)單一溫度值的傳感器測量時，該設備被稱為測溫儀。當測量傳感器產(chǎn)生矩形圖像或像素矩陣，該設備稱為紅外攝像機。這是兩種最常見的基于紅外輻射的溫度計設備。

其他類型的紅外成像設備，使用旋轉(zhuǎn)式高溫計檢測移動物體，每回合都形成一個像素或行掃描數(shù)組，在任何一個設備中，單一的傳感器測量的值代表一部分測量對象的溫度。

使用紅外技術(shù)測量鐵水溫度，設備需要一個視野清晰的目標，然而，運輸中形成的非均質(zhì)材料層熔渣覆蓋了魚雷車開口并遮住了鐵水，如圖（1）所示，這就排除了從這個位置測量魚雷車溫度，因此，唯一的測量溫度的可能就是測量鐵水流從魚雷車倒入鋼包時的溫度。鐵水流溫度的測量通常使用測溫儀，不過，在這個特定的地區(qū)使用這種設備測量是非常困難去校對的，因為測溫點必須準確的匹配鐵水流，另外，當鐵水從魚雷車倒入鋼包時，它是移動的，使得測溫儀不可能做到精確的測量。 

本文提出一種用計算機紅外成像系統(tǒng)測量澆注時鐵水的溫度。該方法面臨兩大挑戰(zhàn)，首先鐵水流必須通過紅外圖像檢測，當鐵水從魚雷車清空到鋼包時是移動的，同時魚雷車沿其縱軸旋轉(zhuǎn)的不同角度也會對鐵水流產(chǎn)生很大的影響而且會有殘留的鐵水，本文中提出了克服此類問題的方法。

第二個需要解決的問題是：覆蓋在鐵水上的熔渣，因為密度小，熔渣會漂浮覆蓋在生鐵上。見圖1b. 測量整個鐵水流的溫度，包括熔渣，如果當熔渣發(fā)出的輻射大于相同溫度下鐵水所發(fā)出的輻射時將出現(xiàn)嚴重誤差。本文中已提出一種基于鐵水和熔渣的溫度差異來區(qū)分他們的方法。

一般來說，工業(yè)溫度測量需要獲得進程狀態(tài)的信息和應用在控制線的糾正行為。因此當工業(yè)過程中需要實時糾正行為時，系統(tǒng)測量會受到時間限制。本文提出的方法已考慮到這點，同時，也提出一種可能實現(xiàn)工業(yè)實時測量的系統(tǒng)。

準確的使用此方法工作必須進行校對，這種情況下，校準就顯得尤為重要，因為紅外溫度測量系統(tǒng)的高精度依賴于調(diào)整后的正確發(fā)射率。本文提出了一種通用的方法和一個真實工業(yè)場景中的應用案例。

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