溫度測量是鋼鐵制造的強制性要求。在整個制造過程中測量，監(jiān)視和控制鋼溫度，以確保材料符合產(chǎn)品規(guī)格，從而防止最終產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷。鋼鐵制造是一個多階段的過程。在第一階段，鐵礦石在高爐中與焦炭和石灰石一起冶煉，產(chǎn)生熔融的生鐵。接下來，在煉鋼廠中，將氧氣吹入熔融的生鐵中以除去雜質(zhì)，例如硫或磷，這也降低了合金的碳含量。最后，將這些產(chǎn)品在鋼廠中進行熱軋和冷軋，以加工最終產(chǎn)品，例如鋼帶。

在所有鋼鐵制造階段，都需要對加工材料進行精確的溫度測量。煉鋼階段之前的熔融生鐵溫度測量尤其重要，但也很困難。高爐中產(chǎn)生的熔融生鐵用魚雷車運輸?shù)綗掍搹S。這些隔熱貨車是安裝在耳軸上的專用坦克車。魚雷車的設計能夠承受極高的溫度，并能長時間保持熔融生鐵的溫度。魚雷車運輸過程中，熔融生鐵表面會形成一層厚厚的爐渣。魚雷車到達煉鋼廠時，將使用機械臂將礦渣層破碎。然后，將魚雷車沿其縱軸樞軸倒空，將熔化的生鐵通過張開的口倒入一個大的耐火材料襯里的容器，稱為鐵水包。鋼包裝滿后（約300噸），由高架起重機將其移動通過工廠，進入基本的氧氣爐，再將熔融的生鐵倒出以轉(zhuǎn)化為鋼。在煉鋼過程之前測量熔融生鐵的溫度至關重要，因為它是用于控制，調(diào)節(jié)和優(yōu)化基本氧氣爐中過程的物理模型的必需參數(shù)。

圖為魚雷車上滿是融化的生鐵等

測量熔融生鐵的溫度并非易事。一種方法是使用帶有熱電偶，電子溫度計的噴槍測量溫度。噴槍浸入魚雷車內(nèi)的熔融生鐵中，直到讀數(shù)穩(wěn)定。這種測量方法有許多缺點。根據(jù)熔融材料的粘度和讀數(shù)穩(wěn)定所需的時間，噴槍可能會卡在魚雷內(nèi)部。這造成了復雜的情況，需要花費一些時間來解決，從而導致工業(yè)工廠的生產(chǎn)率下降。另外，由于魚雷內(nèi)部溫度高，熱電偶不可重復使用，從而增加了運營成本。此外，這是一種危險的溫度測量方法，因為它需要人為干預，并且要直接接近遠高于1000℃的材料。

圖為從魚雷車到鋼水包的熔融生鐵

最好的解決方案是使用基于紅外熱成像的溫度測量方法。該方法的主要優(yōu)點是所使用的設備不與熱源接觸，即它們是非接觸式溫度計。這樣，可以安全地測量極熱物體或危險產(chǎn)品（例如生鐵水）的溫度。結果，非接觸式溫度測量技術正逐漸取代傳統(tǒng)的熱電偶。

紅外熱成像輻射是通過物體表面上的原子和分子的運動輻射的能量，其中物體的溫度高于絕對零值。溫度越高，發(fā)出的紅外能量的強度越大。紅外熱成像設備測量從被測物體發(fā)出的紅外輻射，然后使用普朗克定律等輻射方程式將其轉(zhuǎn)換為溫度。當通過產(chǎn)生單個溫度值的單個傳感器進行測量時，該設備稱為高溫計。當通過傳感器矩陣進行測量，生成矩形圖像或像素矩陣時，該設備稱為紅外熱像儀。這是基于紅外線輻射的兩種最常見的溫度計設備。設計用于檢查長距離移動物體的其他類型的紅外成像設備使用旋轉(zhuǎn)高溫計，該高溫計每次轉(zhuǎn)動都會產(chǎn)生像素陣列或行掃描。

圖為熔融生鐵的紅外熱圖像

研究提出了一種基于紅外熱成像計算機視覺的程序，用于測量從魚雷車倒入鋼包時的熔融生鐵的溫度。解決了兩個主要挑戰(zhàn)：檢測紅外圖像中流的位置以及去除與部分覆蓋流的爐渣相對應的像素。提出了快速，健壯和準確的方法來處理這些問題。為了在紅外熱圖像中檢測水流的位置，使用邊緣檢測和幾何擬合來檢測魚雷車的張開嘴。測試期間獲得的結果證實了所建議程序的成功。提出的測量程序可靠，可實時應用且維護成本低。當被納入鋼鐵制造過程的煉鋼階段時，它可以實時準確地測量生鐵熔融溫度，并且比其他方法（例如熱電偶或高溫計）具有更好的一致性和效率。此外，發(fā)射率校準實驗以及爐渣溫度隨生鐵水溫度變化的特性描述，也可作為對工業(yè)環(huán)境中一般紅外溫度測量感興趣的紅外熱成像人員和技術人員的指南。

參考文獻

Rubén Usamentiaga, Julio Molleda, Daniel F. Garcia. Temperature Measurement of Molten Pig Iron With Slag Characterization and Detection Using Infrared Computer Vision. IEEE Transactions On Instrumentation And Measurement.