在鋼鐵工業(yè)的許多處理過程中需要進(jìn)行溫度測(cè)量。但在大多數(shù)情況下都使用熱電偶，然而，在一些應(yīng)用中接觸式測(cè)量是不可行的，因?yàn)榇嬖谡谶\(yùn)動(dòng)著的固態(tài)鋼或者是其環(huán)境不適宜接觸式探頭的使用。這些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合將無疑會(huì)得益于用高溫?cái)z像測(cè)溫儀進(jìn)行圖像測(cè)溫的應(yīng)用。
遠(yuǎn)距離攝像和非接觸式測(cè)溫能較好地結(jié)合起來應(yīng)用在一些鋼鐵工藝中，例如加熱爐和滾軋機(jī)中。高溫?cái)z像測(cè)溫儀因?yàn)槠鋵⑻赜械囊曨l成像與紅外測(cè)溫進(jìn)行靈活結(jié)合從而為優(yōu)化監(jiān)視和測(cè)溫功能提供了極好的工具。這種結(jié)合為那些以前還沒有使用攝像機(jī)的鋼廠開辟了新途徑，尤其使得對(duì)爐子的維修更加容易。下面重點(diǎn)說明高溫?cái)z像測(cè)溫儀在鋼鐵廠的哪些地方有潛在應(yīng)用，并對(duì)測(cè)量固態(tài)、液態(tài)鋼的溫度做相關(guān)介紹。
鋼鐵行業(yè)&溫度測(cè)量
一般來說，因?yàn)殇撹F具有低幅射率的屬性，所以用紅外測(cè)溫儀測(cè)量鋼鐵的溫度是困難的。幅射率是物質(zhì)的一種屬性，它表明同一個(gè)黑色物體（它是一種輻射率為1的物體，它代表一種極好的輻射物）相比有多少紅外輻射被發(fā)射出來。輻射值越高，到達(dá)探測(cè)器的能量就越高。基本上，輻射率越高，測(cè)量物體的溫度就越容易。
對(duì)于鋼鐵產(chǎn)品來說，輻射率隨溫度、表面條件和鋼鐵的化學(xué)成分的變化而變化。對(duì)輻射率有很大影響的一個(gè)變量是表面條件。例如，未氧化的不銹鋼（如在工廠被處理時(shí)）的輻射率大約為0.4。對(duì)于高度氧化（更“黑”）的表面，這個(gè)值升為0.8。對(duì)于被刨光（很“亮”）的表面，輻射率降低到0.2。既然高溫?cái)z像測(cè)溫儀為每個(gè)終端屏幕上光標(biāo)可選區(qū)域提供了一種靈活改變輻射率的方法，那么只要我們知道被加工原材料的參數(shù)和指標(biāo)，就能得到可靠的測(cè)量溫度。
圖1 通過Spyrometer 觀看到的玻璃爐內(nèi)部
圖2 通過Spyrometer 觀看到的發(fā)電鍋爐內(nèi)部
另一個(gè)要了解的問題來自于熱爐壁對(duì)鋼鐵表面的熱反射，這對(duì)鋼鐵處于固態(tài)時(shí)的應(yīng)用更重要，例如鋼鐵在加熱爐和退火爐中。鋼鐵表面和爐墻之間有很大的溫度差別，結(jié)合鋼鐵的高反射率屬性（如同一面鏡子），使得在這些應(yīng)用中測(cè)絕對(duì)溫度很困難。然而，用相關(guān)的測(cè)量來定時(shí)觀察產(chǎn)品或其處理過程中的變化是可能的。在鋼鐵熔化的應(yīng)用中，這個(gè)問題并不重要。尤其是電爐，它不受這個(gè)問題的影響，因?yàn)闋t墻在處理過程中不是最熱的部分。下面的部分詳細(xì)描述高溫?cái)z像測(cè)溫儀在鋼鐵行業(yè)潛在的應(yīng)用和潛在的困難。
鼓風(fēng)爐
鼓風(fēng)爐是鋼鐵生產(chǎn)過程的開始也是需進(jìn)行連續(xù)操作的地方。它是一個(gè)容器，在這個(gè)容器中鐵礦石和石灰石、焦碳（從煤、瀝青、石油的殘?jiān)蝎@得的固態(tài)的物質(zhì)）相混合。這些混合物經(jīng)鼓風(fēng)爐的熱處理生成熔化的鐵，然后落在爐的底部。這些熔化的混合物被魚形鋼包移到處理過程的下一個(gè)環(huán)節(jié)。這是一個(gè)極度布滿灰塵的環(huán)境，可視性極差。在鼓風(fēng)爐區(qū)域安裝攝像機(jī)幾乎沒有價(jià)值。
除非在鼓風(fēng)口，或在鋼廠用粉碎的煤作為燃料時(shí)，為了控制爐“腔”（燃燒區(qū)）內(nèi)的燃燒，帶有溫度測(cè)量功能的監(jiān)視攝像機(jī)是非常有用的。安裝在這個(gè)位置的攝像機(jī)不是用來觀察產(chǎn)品，也不看火球。因火焰里充滿了顆粒，所以測(cè)量它們的溫度是可能。知道爐“腔”的溫度和大小是很有價(jià)值的，也是一個(gè)很重要的控制工具。由于潛在的低燃料成本，并利用粉碎的煤作燃料結(jié)合噴吹氧氣促進(jìn)其燃燒已經(jīng)在歐洲社會(huì)變的非常流行。
在鼓風(fēng)爐內(nèi)有兩個(gè)（容器）部分會(huì)因?yàn)槭褂酶邷財(cái)z像測(cè)溫儀而使其維修變得容易，一個(gè)是爐體，一個(gè)是魚形鋼包。爐體是一個(gè)用來產(chǎn)生爐所需熱風(fēng)的容器。它是一個(gè)用耐熱磚砌成的高圓筒狀結(jié)構(gòu)。一個(gè)大的燃爐產(chǎn)生的熱量在將它送到用作鼓風(fēng)的空氣以前被儲(chǔ)存起來。每個(gè)鼓風(fēng)單元有3-4個(gè)爐體。耐火壽命是關(guān)鍵的，一些工廠對(duì)極微小的熱點(diǎn)用紅外成像，然后用黑白照片來定位爐體中實(shí)際的位置點(diǎn)。高溫?cái)z像測(cè)溫儀在這個(gè)應(yīng)用中是很有用的，它通過建立熱點(diǎn)的位置，（用紅紫色-黃色調(diào)色板），然后將光標(biāo)區(qū)域設(shè)置到最大的溫度模式來識(shí)別此點(diǎn)的溫度。魚形鋼包用來將熱的金屬產(chǎn)品從鼓風(fēng)爐送到鋼鐵生產(chǎn)爐。一般來說，它是一個(gè)大的由耐火材料砌成的圓筒狀的物體，安裝在輪子上。在這個(gè)階段沒有燃燒發(fā)生，假如很長(zhǎng)一段時(shí)間它一直不是空的，熱金屬的出現(xiàn)也足以為使用攝像機(jī)提供了足夠的亮度。對(duì)耐火磚的連續(xù)監(jiān)視是很正常的，但觀察里面全部的內(nèi)容是困難的。然而，配有78″垂直鏡頭的高溫?cái)z像測(cè)溫儀能成功地看到它的每個(gè)角落。高溫?cái)z像測(cè)溫儀帶可視圖像的溫度測(cè)量功能可以幫助你決定哪一塊磚需要更換。耐火磚的穩(wěn)定性和完整性是關(guān)鍵的。在運(yùn)輸過程中的失敗可能引起嚴(yán)重的損壞，例如，容器，鐵軌，工作區(qū)域等的徹底損壞，導(dǎo)致昂貴的停工期——它們當(dāng)中任何軋鋼機(jī)都是支付不起的。
鋼鐵生產(chǎn)的過程
常用的鋼鐵生產(chǎn)過程有三個(gè)：氧化，平爐和電爐。在這一階段，來自于鼓風(fēng)爐的鐵被轉(zhuǎn)化成低級(jí)鋼，然后形成錠或鋼坯。
(1) 氧化過程
氧化過程包括將鼓風(fēng)爐的液態(tài)熱金屬和助熔劑混合起來，然后和大量的氧氣一起傳送到大的隔熱的鑄勺中。在工業(yè)中，這通常被標(biāo)識(shí)為基本氧化爐（Basic Oxygen Furnace或BOF）?；旧?，這個(gè)批處理過程中沒有燃燒在進(jìn)行。盡管缺少火焰，高溫?cái)z像測(cè)溫儀能有效地測(cè)量爐料的溫度，它是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，由它和另一個(gè)監(jiān)視鑄勺內(nèi)液面高度的關(guān)鍵參數(shù)來決定什么時(shí)候?qū)⑷刍慕饘俜懦?。目前，將熱電偶插入池鐵漿（bath）中測(cè)量爐料（charge）溫度是最普通的方法。我們?cè)?jīng)收到過關(guān)于在這個(gè)過程中如何使用高溫?cái)z像測(cè)溫儀的問詢。在這里，有潛力，但我們不能做一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的演示來證明這個(gè)理論。除了關(guān)于維護(hù)和重新砌磚以外，與這個(gè)過程相對(duì)應(yīng)的反饋結(jié)果更難確定。
(2) 平爐處理過程
平爐是最高效的鋼鐵生產(chǎn)過程（主要表現(xiàn)在有關(guān)處理碎塊/廢物的原材料的能力上）?；旧?，這個(gè)過程負(fù)責(zé)批處理過程中鐵、碎塊/廢物石灰石爐料一起和不同的助熔劑進(jìn)行熔化。這個(gè)過程在一個(gè)有傾斜底板的大絕緣矩形爐內(nèi)進(jìn)行。爐料上的火焰從爐的一個(gè)末端到另一末端被點(diǎn)燃，從而熔化所有的成分。在這樣的爐內(nèi)爐料是一個(gè)具有不同溫度的固態(tài)和熔化的金屬的混合物，因此有必要設(shè)置不同的發(fā)射率來達(dá)到精確測(cè)量溫度的目的。
在這個(gè)過程中安裝在火焰發(fā)生器下面的高溫?cái)z像測(cè)溫儀將為操作者提供：
熔化過程的視點(diǎn)
爐壁的溫度測(cè)量——它對(duì)評(píng)定磚的壽命是有用的
內(nèi)容物的多個(gè)溫度測(cè)量
末端批溫度——在控制和獲得所希望的冶金學(xué)屬性方面和一旦鋼鐵準(zhǔn)備好并且被倒入后確保排除掉在爐內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的冷卻處理過程方面是重要的。
(3) 電爐
在這個(gè)過程中電流用來產(chǎn)生從電焊條到爐料的電弧從而產(chǎn)生強(qiáng)大的熱量并使它迅速熔化。沒有必要借助氧氣來燃燒，但是熱量卻很強(qiáng)烈并能嚴(yán)格得到控制。這樣就提供了最靈活的方法來生產(chǎn)鋼鐵并且大部分的鋼鐵也只能在電爐中生產(chǎn)，例如，（1）高錳鋼，（2）大量不銹鋼合金，（3）用于高溫中的超級(jí)合金鋼。
我們成功地在不含鐵的合金電弧熔化爐中-類似于鋼鐵生產(chǎn)爐中安裝了一套S高溫?cái)z像測(cè)溫儀。此系統(tǒng)用來監(jiān)視熔化區(qū)域，它既可用來監(jiān)視熔化區(qū)的尺寸也可監(jiān)視耐火磚的磨損情況。在這個(gè)應(yīng)用中熱反射沒有問題，也沒有因?yàn)檠趸邪l(fā)射率的改變。至于視頻圖像，在明亮的條件下，在電焊條滿功率和起動(dòng)功率時(shí)有很大的區(qū)別。如果高溫?cái)z像測(cè)溫儀攝像機(jī)光圈不可變，很難在某些條件下看到產(chǎn)品。為了解決這個(gè)問題，我們開發(fā)出了帶遙控自動(dòng)光圈的產(chǎn)品。因?yàn)樵谶@個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，在控制室這樣的環(huán)境里安裝視頻監(jiān)視器就成為一個(gè)很好的想法。因?yàn)槿绻O(jiān)視器接近電弧，圖像很可能會(huì)被影響。
均熱爐
均熱爐用來使鋼錠的溫度變均勻。像前面討論的，錠在爐的出口處被鑄造。這對(duì)在擊穿（損壞）的滾軋機(jī)中進(jìn)行熱加工和進(jìn)一步的處理以前確保整個(gè)產(chǎn)品和“膨松”的本質(zhì)結(jié)構(gòu)等冶金學(xué)屬性方面是必要的。
這個(gè)過程必需一打左右的錠和耐火磚對(duì)齊放在大槽（pit）里，然后整體被加熱。在爐內(nèi)沒有連續(xù)的移動(dòng)，因此，不太需要攝像機(jī)的監(jiān)視。然而，如果將攝像機(jī)安裝來觀察火焰，那么高溫?cái)z像測(cè)溫儀對(duì)燃料的控制是很有幫助的。
加熱錠的正常溫度范圍是1175℃和1345℃之間。確切的溫度依賴于鋼鐵的等級(jí)和滾軋機(jī)的特性。為了保存這里的燃料，測(cè)量錠的溫度是重要的，它可避免其表面過熱。目前，溫度測(cè)量大部分由熱電偶來完成。錠每次大約花8-12小時(shí)進(jìn)行“均熱處理/煨透（soaking）”。這個(gè)過程導(dǎo)致錠表面大量的氧化并且由于在操作時(shí)間內(nèi)發(fā)射率的本質(zhì)的改變，所以紅外測(cè)溫儀很難獲得一個(gè)好的視角。
再加熱爐
鋼板就是來自擊穿（損壞）的滾軋機(jī)的生產(chǎn)結(jié)果。典型的鋼板生產(chǎn)出來為25英尺長(zhǎng)度和4”厚度。在鋼板通過擊穿（損壞）的滾軋機(jī)的過程中，原材料失去了大量的熱量，從而變得易碎和柔韌性變差?；谶@一點(diǎn)，鋼板需要再加熱進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理。至少需要1200℃的鋼板溫度并且可在再加熱爐內(nèi)達(dá)到這一溫度。
對(duì)連續(xù)爐的設(shè)計(jì)隨著鋼板行進(jìn)機(jī)構(gòu)，例如，簡(jiǎn)單的機(jī)械推進(jìn)器，旋轉(zhuǎn)爐床或行走傳送器，而有一些變化。這些機(jī)構(gòu)提升鋼板通過爐膛。爐膛（噴燈）被指向鋼板運(yùn)動(dòng)的相反方向。再加熱爐位于滾軋機(jī)原料行進(jìn)的路徑中。因?yàn)樵偌訜釥t可能變成生產(chǎn)瓶頸，所以必需對(duì)鋼板進(jìn)行持續(xù)的溫度測(cè)量。鋼板總在爐內(nèi)行進(jìn)（有時(shí)很慢）并且通過熱電偶進(jìn)行接觸式溫度測(cè)量是很困難的。
由于這些困難，紅外測(cè)溫儀經(jīng)常被用在這些應(yīng)用中。紅外測(cè)溫儀的要求是從鋼鐵表面到測(cè)溫儀的輻射發(fā)射補(bǔ)償，（由特別熱的周圍的物體所產(chǎn)生）。爐墻和鋼板之間100℃或更少的差別使得單色測(cè)溫儀以0.8mm讀出的值比實(shí)際的高30℃。爐墻和鋼板之間200℃的溫度差別使得單色測(cè)溫儀讀出的值比實(shí)際的高120℃。具體的數(shù)據(jù)將隨爐的變化而變化。如果鋼板的相關(guān)溫度或加熱的均勻性是重要的，既然絕對(duì)溫度不是這個(gè)行業(yè)的主要參數(shù)，那么高溫?cái)z像測(cè)溫儀能提供有用的信息。鋼板在爐內(nèi)的行進(jìn)只能被攝像機(jī)監(jiān)視器觀測(cè)到。一些地方每個(gè)爐用多達(dá)三個(gè)攝像機(jī)來達(dá)到對(duì)鋼板運(yùn)動(dòng)的完整觀測(cè)。
滾軋機(jī)中的應(yīng)用
鋼板生產(chǎn)的最后處理是制軋過程，熱軋和冷軋。首先，加熱的鋼板通過熱軋機(jī)，在這里基本作用就是將鋼板厚度減少40%。其次，鋼板前進(jìn)到鋼片生產(chǎn)的最后一步——冷軋?zhí)幚怼纱硕妹驗(yàn)槲醇訜岬慕饘偻ㄟ^滾軋機(jī)。通過這個(gè)過程可得到鋼片產(chǎn)品，例如汽車用鋼板，飲料容器用的鋼板，建筑材料等所要求的最終的厚度。攝像機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在滾軋機(jī)中(熱軋和冷軋)，在滾軋機(jī)間作監(jiān)視用。
在滾軋機(jī)（熱軋和冷軋）的入口和出口處都需要測(cè)量溫度。入口處的鋼板溫度決定了“間隙”（隔離的力量），這個(gè)溫度在滾軋中對(duì)操作者來說是很有用的。出口處的溫度決定鋼最終產(chǎn)品的機(jī)械特性。紅外測(cè)溫儀已經(jīng)被使用在這兩個(gè)地方。入口處的高溫?cái)z像測(cè)溫儀通過提供一幅鋼板進(jìn)入滾軋機(jī)時(shí)的圖像完成輔助監(jiān)視功能；它對(duì)跟蹤是很必要的。當(dāng)鋼板在進(jìn)入第一臺(tái)階（stand）前停留幾乎30秒的時(shí)間之內(nèi)，高溫?cái)z像測(cè)溫儀的六個(gè)溫度測(cè)量區(qū)域會(huì)將在其進(jìn)入滾軋機(jī)前測(cè)出沿鋼板長(zhǎng)度的溫度差別。這對(duì)高溫?cái)z像測(cè)溫儀來說是一個(gè)潛在的大的應(yīng)用，因?yàn)榇藭r(shí)觀察和測(cè)溫是同等重要的。
這個(gè)行業(yè)中其他地方可能是需連續(xù)鑄造——比如用在一些工廠的滾軋機(jī)中。在這些應(yīng)用中，在鋼鐵被倒入之前，有一個(gè)很大的爐子來融化鋼鐵（這些爐子可能也傾斜）。倒入物流入一系列的槽中并將融化的金屬分配到一個(gè)可移動(dòng)的傳送帶上直接生產(chǎn)鋼板。有這樣一種必要就是需要看見沿加工路徑的原材料流，紅外測(cè)溫儀已經(jīng)被用來監(jiān)視傳送帶末端的鋼鐵的凝固過程。
退火（韌化）爐
在冷軋過程中強(qiáng)加于原材料上的結(jié)構(gòu)變化使得它在被形成以前必需“退火（韌化）”（放松）鋼鐵結(jié)構(gòu)。如果沒有退火這一步，鋼片產(chǎn)品在任何成形的過程中都是易碎的。有兩種類型的爐子：封閉退火和連續(xù)帶鋼退火。封閉退火是用熱空氣加熱一組冷軋機(jī)線圈的一個(gè)批處理過程。沒有原材料的移動(dòng)也沒有關(guān)鍵溫度的要求。在這里應(yīng)用我們的產(chǎn)品不會(huì)帶來太大價(jià)值。
另一方面，在連續(xù)帶鋼退火爐內(nèi)加熱和冷卻單元被建成塔，所以可能有潛在的應(yīng)用，因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)會(huì)為軋鋼機(jī)的操作者們帶來真正的好處。鋼鐵在一個(gè)連續(xù)的路徑上移動(dòng)并快速地穿過加熱和冷卻塔（一些有5層樓高）。鋼鐵在塔的頂部和底部繞著滾軸前后穿行以便增加鋼鐵自身在爐內(nèi)的時(shí)間。最后，鋼鐵被“冷卻”（凍結(jié)此時(shí)鋼鐵的分子結(jié)構(gòu)）到它的最終溫度。
至于合金，鋼鐵需要達(dá)到730℃～1050℃之間的溫度。鋼片寬度上溫度的均勻性決定了鋼鐵的機(jī)械特性，它是一個(gè)很重要的參數(shù)。因?yàn)樵牧系乃俣仍诟淖儯ㄗ疃?米/秒），而從高溫?cái)z像測(cè)溫儀得來的溫度信息可設(shè)置在不同的點(diǎn)，所以高溫?cái)z像測(cè)溫儀也能觀看大型退火線上的鋼板。目前，沒有方法可以判斷帶鋼的邊緣到底在哪里與滾軸相關(guān)。只要有足夠的光線，這種觀察對(duì)操作者控制鋼板的運(yùn)動(dòng)來說是很有利的。
然而，一些爐子的鏡頭管處于被控制的空氣和使用無自動(dòng)力的氣體之下，所以在這些退火爐的應(yīng)用中對(duì)攝像機(jī)的冷卻是很有必要的。
總結(jié)
上面的描述談到了很多攝像機(jī)和高溫?cái)z像測(cè)溫儀在綜合性的鋼鐵廠的傳統(tǒng)應(yīng)用。也有一些附屬的應(yīng)用例如廢物的融化爐，電鍍線，擠壓線和涂敷線，在這些地方攝像機(jī)的應(yīng)用對(duì)操作者和軋鋼機(jī)都有好處。這些處理過程不存在于每個(gè)鋼鐵廠。它們一般在那些生產(chǎn)特殊產(chǎn)品的工廠里。
