CN109913602B - 高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统及方法，该系统包括热像仪、巡检小车、环形轨道和图像处理系统；环形轨道沿高炉炉体的圆周方向设置在高炉炉体的外周，巡检小车设置在环形轨道上，热像仪安装在巡检小车上实时采集高炉风口设备及其周边炉体的热成像，图像处理系统与热像仪连接，通过对获取的红外热成像进行处理以获取红外热成像采集范围内炉体不同检测区域的最高温度值以判断出是否出现异常温度实现对炉体内衬侵蚀状态的检测；该巡检系统及方法通过对高炉炉体表面温度的异常监测，即可实现对高炉风口设备及其周边炉体内衬材料的损伤情况的检测目的，有利于提前对设备进行合理预检预修。

Description

高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统及方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统及方法。

背景技术

在炼铁高炉系统中，高炉风口是十分重要设备，承担向高炉喷入热风的重任，是高炉安全生产的重要保证。由于其长期承受高温、腐蚀、热疲劳和磨粒冲蚀，风口平台设备及高炉内衬，尤其是处于风口设备之间且处于全部风口设备所在的环形带区域的高炉内衬很容易烧损，使冷却水流入高炉内部，造成炉温降低。严重时还可能导致水蒸气爆炸，造成铁水外流的重大生产事故，因此，及早发现风口破损是保证生产安全进行的重要前提条件。为此，设计一套可以及时发现风口设备表面温度变化和异常温升快速确定设备故障部位的系统，对高炉炉体表面温度的异常监测，以避免高炉发生重大的生产事故。另外，该系统技术还可通过用于监控高炉风口内衬材料损伤情况，利于提前对设备进行合理预检预修，降低人力和物力成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时检测高炉炉体表面温度变化并通过异常温升快速确定高炉炉体内衬受侵蚀部位的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统。

本发明的另一目的是提供一种利用上述高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统实现的对高炉炉体内衬受侵蚀部位进行快速准确定位的检测方法。

本发明的巡检系统基于由于风口部位破损后，炉内高温气体会进入风口冷却水中使水温上升，进而实时检测冷却水管表面温度的异常变化的原理设计而成，能够准确定位高炉炉体内衬发生破损的部位及发生破损部分的严重程度。

为此，本发明技术方案如下：

一种高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，包括图像采集设备、巡检小车、环形轨道和图像处理系统；其中，

所述环形轨道沿高炉炉体的圆周方向设置在所述高炉炉体的外周；所述巡检小车设置在所述环形轨道上，并沿所述环形轨道顺时针或逆时针运行；其中，巡检小车和环形轨道的具体结构可以采用现有任何技术手段实现；所述图像采集设备安装在所述巡检小车上，其包括间隔设置在同一轴向上的一台呈俯视角度设置的第一热像仪和一台呈仰视角度设置的第二热像仪，使图像采集设备获取的红外热成像在轴向上能够覆盖整个风口设备，这样当巡检小车沿环形轨道环绕高炉炉体行驶一周后，其上的图像采集设备采集的多张热成像能够完整拼接形成对高炉炉体上风口设备所在环形带的热成像，进而实现对高炉炉体内衬的脆弱部位的侵蚀状态的全面监测；

所述图像处理系统与所述图像采集设备连接，对获取的红外热成像进行处理以获取红外热成像采集范围内炉体不同检测区域的最高温度值并判断出是否出现异常温度。

进一步地，所述图像处理系统包括设置在所述巡检小车上的车载工控机，以及设置在中心控制室内的显示器和室内工控机；其中，所述车载工控机分别与所述第一热像仪和所述第二热像仪连接，用于将二者采集的红外热成像转换为温度数据并获取同时刻下两台热像仪采集的两张红外热成像显示出的最高温度；所述室内工控机接收所述车载工控机传输的温度数据，以绘制温度分布曲线图并判断是否出现温度异常的情况；所述显示器与所述室内工控机连接，显示由室内工控机绘制出的温度分布曲线图。

进一步地，在所述中心控制室内还设置有报警装置，其与所述室内工控机连接，以在所述室内工控机判断出出现温度异常的情况时发出警报信号。

进一步地，所述车载工控机设置在固定于所述巡检小车上的车载控制箱内，所述车载控制箱内还设置有用于向所述热像仪、所述巡检小车和所述车载工控机供电的充电电池，以及用于控制所述热像仪和所述巡检小车的运行状态的控制器。

进一步地，还包括现场中继箱，其设置在所述环形轨道上；所述现场中继箱内设置有用于向所述充电电池充电的充电装置和用于向所述热像仪和所述巡检小车吹扫冷却气体的吹扫装置。

进一步地，所述第一热像仪和所述第二热像仪均通过网线与所述车载工控机连接；所述车载控制箱内设置有与所述车载工控机通过数据线连接的第一数据传输器，所述现场中继箱内设置有第二数据传输器和第一光纤收发器，所述中心控制室内设置有与所述室内工控机通过数据线连接的第二光纤接收器，使所述车载工控机接收到的红外热成像和经过处理得到的温度数据通过第一数据传输器和第二数据传输器实现无线传输至第一光纤收发器上，然后再通过第一光纤收发器和第二光纤收发器有线传输中室内工控机上。

进一步地，在每个风口设备上均设置有一个RFID电子标签，对应在所述巡检小车上设置有RFID读取器，使所述巡检小车在所述环形轨道运行的过程中依次读取每个风口设备上RFID电子标签并记录读取时间；所述RFID读取器与所述车载工控机连接，并由充电电池供电；所述车载工控机对所述RFID读取器读取得到的电子标签信息及读取时间进行存储并依次通过数据传输器和光纤收发器传输至室内工控机上。

进一步地，在所述中心控制室内还设置有用于为设置于现场的所述控制器和所述第一数据传输器，设置在所述现场中继箱内的所述充电装置、所述吹扫装置、所述第二数据传输器和所述第一光纤收发器，以及设置于中心控制室内的所述室内工控机、所述显示器、所述第二光纤收发器和所述报警装置供电的总电气控制器。

一种利用上述高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统实现的检测方法，步骤如下：

S1、所述巡检小车沿所述环形轨道匀速行驶，并采用相同的间隔时间获取热像仪实时采集的红外热成像；

在上述步骤S1中，获取红外热成像的间隔时间满足同一热像仪连续采集的两张炉体红外热成像之间的图像重叠率优选≤50％；

S2、根据所述巡检小车沿所述环形轨道环绕高炉炉体一周的时间内同一台热像仪采集到的红外热成像的数量N，将位于高炉风口设备及其周边的炉体沿圆周方向等分为N个检测区块并进行编号，使两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像对应一个检测区块；

在上述步骤S2中，N的取值优选为≥100；

S3、将两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像转换为温度数据集，并将其中的最高温度数值与对应检测区块的编号进行储存；

S4、当所述巡检小车环绕一周后，根据步骤S3得到的数据以检测区块的编号为横坐标、以每个检测区块对应的最高温度数值为纵坐标绘制温度分布曲线图，并对其中超过正常温度阈值的温度进行标记并发出警报。

进一步地，考虑到巡检小车在沿环形轨道的运行过程中，可能因为二者之间可能会出现打滑、运行位移与理论计算存在偏差的问题，本申请还同时利用机械定位方式二次确认出现异常温度值的炉壁的位置，具体地，在所述步骤S1中，在所述巡检小车沿所述环形轨道的运行过程中，由设置在所述巡检小车上的RFID读取器依次读取设置在每个高炉风口设备上的RFID电子标签，并记录下读取相应RFID电子标签的读取时间；进而在所述步骤S4中，当所述热像仪检测出异常温度值时，根据出现异常温度值的热成像的采集时间与所述RFID读取器读取的RFID电子标签的读取时间相比较，再次确认出现异常温度值的热成像对应于哪一个风口设备处或哪两个风口设备之间的炉壁处。

与现有技术相比，该高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统及检测方法通过对高炉炉体表面温度的异常监测，即可实现对高炉风口设备及其周边炉体内衬材料的损伤情况的监测目的，又有利于提前对设备进行合理预检预修，提升生产作业的安全系数并有效降低人力和物力成本。

附图说明

图1为本发明的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统的俯视图；

图3为本发明的实施例1的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统的侧视图；

图4为本发明采用实施例2的高炉炉体内衬侵蚀状态检测方法绘制的温度变化曲线图；

图5为本发明的实施例2高炉炉体内衬侵蚀状态检测方法检测出某检测区块出现异常温度对应在热成像上勾勒的异常温度区的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1

如图1所示为针对一台其上设置有16个风口设备4的高炉炉体安装的对其风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统包括图像采集系统和图像处理系统。

图像采集系统设置在高炉作业现场，其包括图像采集设备、巡检小车7、环形轨道6和设置在环形轨道6上的现场中继箱10；其中，

环形轨道6沿高炉炉体1的圆周方向设置在高炉炉体1的外周；巡检小车7设置在环形轨道6上，并沿环形轨道6顺时针或逆时针运行；在高炉炉体外周且位于风口设备4上方的风口平台顶棚2上沿圆周方向间隔设置有多根环形轨道支架3，使环形轨道6固定在多根环形轨道支架3的底端，并位于高炉原有轨道5的外侧，巡检小车7通过安装在其顶部的滑动轮可移动地设置在环形轨道6上；

图像采集设备安装在巡检小车7上，其包括间隔设置在同一轴向上的一台呈俯视角度设置的第一热像仪11和一台呈仰视角度设置的第二热像仪12，保证两台热像仪采集的红外热成像组合能够覆盖高炉炉体上的风口及位于风口区的炉体；为了便于对第一热像仪11和第二热像仪12的视角的调整，第一热像仪11和第二热像仪12通过可转动调节装置安装在巡检小车7上，使现场人员根据需要调整台热像仪俯视和仰视的具体角度；

在巡检小车7上还设置有一台RFID读取器，对应地，在每台风口设备4上还设置有一个按1～16的顺序标识有数字的RFID电子标签，使巡检小车7沿环形轨道6运行过程中，利用RFID读取器持续读取其经过的风口设备4上的RFID电子标签，便于后续出现异常温度状况时定位出现异常状况的炉壁位置；

现场中继箱10内设置有用于向充电电池充电的充电装置和用于向热像仪和巡检小车7吹扫冷却气体的吹扫装置；其中，充电装置采用现有的无线电能传输技术实现巡检小车7每次运行至现场中继箱10处，充电装置向充电电池充电，使其满足巡检小车7下一次环绕高炉炉体运行一周以及热像仪同时保持持续工作的电量需要；吹扫装置与外接的冷却气气源连接，向热像仪和巡检小车7吹扫冷却气体，使其降温的同时保持热像仪镜头无灰尘覆盖。

此外，在邻近中继箱设置的位置处还设置有一个与巡检小车7等高的检修平台和连接在地面和检修平台8之间的检修楼梯9，以便于对设置在巡检小车上的各装置进行维修。

图像处理系统包括设置在巡检小车7上的车载现场箱和设置在中心控制室内的显示器、室内工控机和报警器；其中，

车载现场箱固定在巡检小车7上，其内置有车载工控机、充电电池和控制器；具体地，载工控机分别与第一热像仪11和第二热像仪12连接，用于将二者采集的红外热成像转换为温度数据并获取同时刻下两台热像仪采集的两张红外热成像显示出的最高温度；充电电池分别与车载工控机、两台热像仪和巡检小车7连接，用于向热像仪、巡检小车7和车载工控机供电；控制器分别与两台热像仪和巡检小车7连接，用于控制两台热像仪和巡检小车7的运行状态，如热像仪截取红外热成像并发送至车载工控机的时间间隔，巡检小车7的运行方向和运行速度等；

室内工控机接收车载工控机传输的温度数据，以绘制温度分布曲线图并判断是否出现温度异常的情况；显示器与室内工控机连接，显示温度分布曲线图；报警器与室内工控机连接，以在室内工控机判断出出现温度异常的情况时发出警报信号。

第一热像仪11和第二热像仪12均通过网线与车载工控机连接；车载控制箱内设置有与车载工控机通过数据线连接的第一数据传输器，现场中继箱10内设置有第二数据传输器和第一光纤收发器，中心控制室内设置有与室内工控机通过数据线连接的第二光纤接收器，使车载工控机接收到的红外热成像和经过处理得到的温度数据通过第一数据传输器和第二数据传输器实现无线传输至第一光纤收发器上，然后再通过第一光纤收发器和第二光纤收发器有线传输中室内工控机上。

在中心控制室内还设置有用于为设置于现场的控制器和第一数据传输器，设置在现场中继箱10内的充电装置、吹扫装置、第二数据传输器和第一光纤收发器，以及设置于中心控制室内的室内工控机、显示器、第二光纤收发器和报警装置供电的总电气控制器。

实施例2

一种利用上述实施例1的高炉风口设备4及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统实现的高炉炉体内衬侵蚀状态的检测方法，步骤如下：

S1、巡检小车7沿环形轨道6匀速行驶的，并采用相同的间隔时间获取热像仪实时采集的红外热成像；其中，获取红外热成像的间隔时间满足同一热像仪连续采集的两张炉体红外热成像之间的图像略有重叠；

与此同时，巡检小车7在沿所述环形轨道6的运行过程中，其上的RFID读取器依次读取设置在每个高炉风口设备上的RFID电子标签，并记录下读取相应RFID电子标签的读取时间；

S2、由于巡检小车7沿环形轨道6环绕高炉炉体一周的时间内同一台热像仪采集到的红外热成像的数量为100张，因此对因地将位于高炉风口区的炉体沿圆周方向等分为100个检测区块并依次编号为1、2、3、……、100，此时，两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像即对应一个检测区块；该检测区块的划分有利于后续出现异常温度状况时能够迅速根据热成像的采集时间定为至特定的检测区块处；

S3、将两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像转换为温度数据集，并将其中的最高温度数值、红外热成像的采集时间与对应检测区块的编号进行储存；其中，每张红外热成像同时以其采集时间和对应的检测区块的标号命名；

S4、当巡检小车7环绕一周后，根据步骤S3得到的数据以检测区块的编号为横坐标、以每个检测区块对应的最高温度数值为纵坐标绘制温度分布曲线图，如图4所示；

当在绘制的温度分布曲线上出现将超过正常温度阈值的温度数值时，采用红色标记框标记为异常温度，并向警报装置发出警报信号，提示现场人员及时处理；与此同时，调取出出现异常温度对应的红外热成像并对其中高温值出现位置采用如图5所示的红色标记框进行标记，利用该红外热成像的采集时间、小车的运行速度计算出该热成像对应于步骤S2中划分的哪一个检测区块，并利用该红外热成像的采集时间与RFID读取器读取的RFID电子标签的读取时间相比较，二次确认出现异常温度值的热成像对应于哪一个风口设备处或哪两个风口设备之间的炉壁处，以便现场人员后续维修使用。

Claims (8)

1.一种高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，包括图像采集设备、巡检小车(7)、环形轨道(6)和图像处理系统；其中，所述环形轨道(6)沿高炉炉体(1)的圆周方向设置在所述高炉炉体(1)的外周；所述巡检小车(7)设置在所述环形轨道(6)上，并沿所述环形轨道(6)顺时针或逆时针运行；所述图像采集设备安装在所述巡检小车(7)上，其包括间隔设置在同一轴向上的一台呈俯视角度设置的第一热像仪(11)和一台呈仰视角度设置的第二热像仪(12)，使图像采集设备获取的红外热成像能够覆盖高炉炉体上的整个风口设备以及位于相邻两个风口设备之间的高炉炉体外壁；所述图像处理系统与所述图像采集设备连接，对获取的红外热成像进行处理以获取红外热成像采集范围内炉体不同检测区域的最高温度值并判断出是否出现异常温度；

在每个风口设备上均设置有一个RFID电子标签，对应在所述巡检小车(7)上设置有RFID读取器，使所述巡检小车(7)在所述环形轨道(6)运行的过程中依次读取每个风口设备上RFID电子标签并记录读取时间；所述RFID读取器与车载工控机连接；

在所述巡检小车(7)沿所述环形轨道(6)的运行过程中，由设置在所述巡检小车(7)上的RFID读取器依次读取设置在每个高炉风口设备上的RFID电子标签，并记录下读取相应RFID电子标签的读取时间；当所述热像仪检测出异常温度值时，根据出现异常温度值的热成像的采集时间与所述RFID读取器读取的RFID电子标签的读取时间相比较，再次确认出现异常温度值的热成像对应于哪一个风口设备处或哪两个风口设备之间的炉壁处。

2.根据权利要求1所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，所述图像处理系统包括设置在所述巡检小车(7)上的车载工控机，以及设置在中心控制室内的显示器和室内工控机；其中，所述车载工控机分别与所述第一热像仪(11)和所述第二热像仪(12)连接，用于将二者采集的红外热成像转换为温度数据并获取同时刻下两台热像仪采集的两张红外热成像显示出的最高温度；所述室内工控机接收所述车载工控机传输的温度数据，以绘制温度分布曲线图并判断是否出现温度异常的情况；所述显示器与所述室内工控机连接，显示温度分布曲线图。

3.根据权利要求2所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，在所述中心控制室内还设置有报警装置，其与所述室内工控机连接，以在所述室内工控机判断出出现温度异常的情况时发出警报信号。

4.根据权利要求3所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，所述车载工控机设置在固定于所述巡检小车(7)上的车载控制箱内，所述车载控制箱内还设置有用于向所述热像仪、所述巡检小车(7)和所述车载工控机供电的充电电池，以及用于控制所述热像仪和所述巡检小车(7)的运行状态的控制器。

5.根据权利要求4所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，还包括现场中继箱(10)，其设置在所述环形轨道(6)上；所述现场中继箱(10)内设置有用于向所述充电电池充电的充电装置和用于向所述热像仪和所述巡检小车(7)吹扫冷却气体的吹扫装置。

6.根据权利要求5所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，所述第一热像仪(11)和所述第二热像仪(12)均通过网线与所述车载工控机连接；所述车载控制箱内设置有与所述车载工控机通过数据线连接的第一数据传输器，所述现场中继箱(10)内设置有第二数据传输器和第一光纤收发器，所述中心控制室内设置有与所述室内工控机通过数据线连接的第二光纤接收器，使所述车载工控机接收到的红外热成像和经过处理得到的温度数据通过第一数据传输器和第二数据传输器实现无线传输至第一光纤收发器上，然后再通过第一光纤收发器和第二光纤收发器有线传输中室内工控机上。

7.根据权利要求6所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统，其特征在于，在所述中心控制室内还设置有用于为设置于现场的所述控制器和所述第一数据传输器，设置在所述现场中继箱(10)内的所述充电装置、所述吹扫装置、所述第二数据传输器和所述第一光纤收发器，以及设置于中心控制室内的所述室内工控机、所述显示器、所述第二光纤收发器和所述报警装置供电的总电气控制器。

8.一种利用如权利要求1所述的高炉风口设备及其周边炉体内衬侵蚀状态巡检系统实现的检测方法，其特征在于，步骤如下：

S1、所述巡检小车(7)沿所述环形轨道(6)匀速行驶的，并采用相同的间隔时间获取热像仪实时采集的红外热成像；

S2、根据所述巡检小车(7)沿所述环形轨道(6)环绕高炉炉体一周的时间内同一台热像仪采集到的红外热成像的数量N，将位于全部高炉风口设备所在的环形带区域沿圆周方向等分为N个检测区块并进行编号，使两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像对应一个检测区块；

S3、将两台热像仪在同时刻下采集的两张红外热成像转换为温度数据集，并将其中的最高温度数值与对应检测区块的编号进行储存；

S4、当所述巡检小车(7)环绕一周后，根据步骤S3得到的数据以检测区块的编号为横坐标、以每个检测区块对应的最高温度数值为纵坐标绘制温度分布曲线图，并对其中超过正常温度阈值的温度进行标记并发出警报。