红外成像在铜冶炼圆盘浇铸机上的智能化应用

崔平

（金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244021）

圆盘浇铸机是目前国内外铜冶炼火法炼铜工艺中用于连续定量浇铸阳极板的主要设备。在阳极板浇铸的过程中，铜模温度控制显得非常重要：1)圆盘浇铸机使用铜模寿命的长短主要取决于铜模温度的高低。伴随着高温铜水的注入，铜模温度随之上升。长时间高温极易使铜模产生变形、开裂，缩短寿命。2）铜模表面温度是决定阳极板质量的重要因素之一。铜模表面温度过高，阳极板容易变形、有条纹；铜模表面温度过低，阳极板容易产生毛边等问题；铜模表面温度分布不均衡，会导致阳极板厚薄不均匀。阳极板质量的提高对提高电铜质量、降低电解故障率至关重要，不合格的阳极板还需要回炉，降低了劳动效率、增加了能耗及造成低空污染。因此，实时掌握铜模表面温度的分布规律，及时调整控制铜模的温度，对延长铜模寿命、提高阳极板质量、提高产能都十分有意义。本文以金隆铜业公司为例，介绍红外测温+图像分析处理技术在铜模温度监控上的应用。

1 圆盘浇铸机系统现状

金隆铜业公司从芬兰奥图泰公司引进双18模圆盘浇铸机，已于2008年投用至今。双圆盘浇铸机设计浇铸能力为110 t/h[1]，主要包括18模圆盘浇铸机、自动浇铸系统、阳极板称重系统、圆盘双伺服驱动、阳极板收集系统等。控制系统是奥图泰公司配套西门子300系列的PLC并采用了Profibus-DP现场总线技术，没有配套铜模测温装置。

2 红外测温+图像分析处理系统组成

为了提高铜冶炼圆盘浇铸系统的智能化水平，该厂新增“红外测温+图像分析处理”系统（以下简称“GS-IRT系统”）。GS-IRT系统前端主要为双视红外成像测温仪。通过对红外测温成像技术的应用，对检测目标进行全方位监控，收集、汇集信息，并对信息进行分支处理。后端主要包括基于C/S构架的数据查询及分析功能的红外应用服务器、各控制室网络工作站、视频图形及红外热图数据存储设备（NVR）。技术人员通过安装于红外应用服务器的分析与处理软件对采集的信号进行分析处理，查找隐患点，还可通过各控制室网络工作站实时调阅相关结果和状态，并进行自动、手动远程的温度测量和红外图像采集与控制。系统组成如图1所示。

图1 系统组成示意

该系统利用红外测温[2]+图像分析处理技术，通过现场的双视红外测温仪对铜模表面的温度分布情况进行监测与分析，研究铜模温度分布规律，建立检测算法模型，实现智能温度在线监控，同时提供红外DDE增强的红外热图供操作人员进行实时监测。系统还预留报警及控制信号接口（4～20 mA、TCP/IP、开关量），用于提供指导喷淋冷却水系统中相关阀门开度的控制。

3 红外测温成像技术的应用

基于现场实际情况，选用能够实现可见光视频信息、红外成像热图信息采集，并实时监测的探测器以及一体化双光谱测温仪，以保证同时获取一块铜模的视频及温度分布数据。

3.1 设备的选择

选用红外双视双光谱成像测温仪，仪器型号为GS-LCP。另外，在设备的选择上应注意：1）选择高分辨率(分辨率640×512)的红外成像探测器，可以保证远距离监测的同时，铜模上每个的温度信息都能够精确定位和精准测温。2）可见光传感器应选择1 080 P(分辨率1 920×1 080)高清晰的网络摄像机。此像素的摄像机能够透过水汽、浓雾的干扰，保证成像清晰。3）测温精度为±0.5%。4）搭载电动转台，为现场安装位置的确定提供便利。监测时，系统能够自动捕捉最佳监测视角，工作时固定观测，操作人员也可以通过系统软件实时控制测温仪转动，监测其他区域。

3.2 测温仪安装注意事项

测温仪安装注意事项：1）为了实时捕捉铜模表面的可见光、红外光，监控铜模表面温度分布，测温仪应采用从高处向下俯视的方式进行安装；2）结合铜模实际尺寸及安装高度，测温仪采用两种焦距可调，并配套开发满足监测需要的视场角镜头，重点锁定待浇铸的铜模区域；3）保证在较远距离下能够避免周围水汽区域、高温熔体区域对于系统测温造成的影响。

3.3 测温探头安装位置

根据现场情况将双视红外测温探头安装在圆盘浇铸区附近（图2），以避开生产运输通道。通过双视红外测温仪对视场范围内检测目标进行定点分区检测，避免视觉遮挡和出现死角。

图2 红外测温探头现场安装位置示意

4 系统软件

安装于红外应用服务器的分析与处理软件对采集的信号进行图像分析及处理，把两种波段的光谱进行综合展示。图像分析与处理软件实现了以下功能：1）全屏幕多点同时扫描测温显示；2）自动全屏扫描捕捉最高温与最低温；3）对图像上任一直线进行温度分析；4）对图像上的相关区域进行温度扫描分析，且区域可任意移动和改变大小，同时可有多个不同的区域进行分析；5）对多个区域同时进行分析比较；6）对图像内任意点、线的温度进行扫描，对变化趋势进行记录分析；7）对图像内任意区域内的温度扫描，对变化趋势进行记录分析；8）自动计算被测点与设置温度的温差；9）自动跟踪屏幕上最高/最低/或符合设定温度范围的多个目标点，并同时测量出上述目标点的温度值，当监测温度达到或超过设定值后，发出报警信号；10）铜模位号进行在线识别。铜模温度成像显示，如图3所示。

图3 铜模温度成像显示

5 应用情况及效果

GS-IRT系统在该厂实施后，技术人员能够实时掌握铜模温度分布信息，并对铜模使用、寿命情况做到可视化及可追溯性掌控。相关数据分析如图4。

图4 相关数据分析画面

由于对铜模的温度实现了红外测温成像技术进行在线实时检测、成像，操作人员可根据温度的实时变化，及时调整铜模温度，避免了阳极板发生变形、出现飞边毛刺、厚薄不均匀等现象的发生，从而有效提高了阳极板质量，减少了废板率，同时也延长了铜模寿命。

6 结语

通过近1年的使用，操作人员在生产过程中能实时、全面地掌握铜模表面温度的分布，及时、方便地调整控制铜模的温度，延长铜模寿命，提高阳极板质量，有效提高产能，杜绝安全隐患，实现了冶炼厂实现节能、减排与环保，同时提高企业的智能化水平。红外测温成像技术在铜冶炼圆盘浇铸机智能化成功应用在国内尚属首例，可在其他冶炼企业应用推广。