溫(wen)度測(ce)量是鋼(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)制造的(de)(de)(de)強制性(xing)要(yao)求。在(zai)整個(ge)制造過(guo)程中測(ce)量，監(jian)視和(he)(he)控(kong)制鋼(gang)(gang)溫(wen)度，以(yi)確保材料(liao)符合產(chan)品(pin)(pin)規格，從而防止最(zui)終產(chan)品(pin)(pin)出現缺陷。鋼(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)制造是一(yi)(yi)(yi)個(ge)多階(jie)段的(de)(de)(de)過(guo)程。在(zai)第一(yi)(yi)(yi)階(jie)段，鐵(tie)(tie)(tie)礦石在(zai)高爐中與焦炭(tan)和(he)(he)石灰石一(yi)(yi)(yi)起(qi)冶煉(lian)，產(chan)生(sheng)熔融的(de)(de)(de)生(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)。接下(xia)來(lai)，在(zai)煉(lian)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)中，將氧(yang)氣吹入熔融的(de)(de)(de)生(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)中以(yi)除去(qu)雜(za)質，例如硫或磷，這也降(jiang)低了合金的(de)(de)(de)碳含量。最(zui)后，將這些產(chan)品(pin)(pin)在(zai)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)中進行熱軋和(he)(he)冷軋，以(yi)加(jia)工最(zui)終產(chan)品(pin)(pin)，例如鋼(gang)(gang)帶。

在(zai)所有鋼(gang)鐵(tie)(tie)制(zhi)造階段(duan)，都需(xu)要(yao)(yao)對加工(gong)材料(liao)進行精確的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)。煉(lian)鋼(gang)階段(duan)之前(qian)的(de)(de)(de)熔(rong)融(rong)(rong)(rong)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)尤其(qi)重(zhong)要(yao)(yao)，但也很困(kun)難。高爐(lu)中產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)熔(rong)融(rong)(rong)(rong)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)用魚(yu)雷(lei)車運輸(shu)到煉(lian)鋼(gang)廠。這些(xie)隔熱貨(huo)車是安裝在(zai)耳軸上的(de)(de)(de)專用坦克車。魚(yu)雷(lei)車的(de)(de)(de)設計能(neng)夠承受極(ji)高的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)，并能(neng)長時(shi)間保(bao)持熔(rong)融(rong)(rong)(rong)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。魚(yu)雷(lei)車運輸(shu)過程中，熔(rong)融(rong)(rong)(rong)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)表面會形(xing)成一層厚厚的(de)(de)(de)爐(lu)渣。魚(yu)雷(lei)車到達煉(lian)鋼(gang)廠時(shi)，將(jiang)使用機械臂將(jiang)礦渣層破碎。然后，將(jiang)魚(yu)雷(lei)車沿其(qi)縱軸樞(shu)軸倒空，將(jiang)熔(rong)化(hua)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)通(tong)過張開的(de)(de)(de)口倒入(ru)(ru)一個(ge)大的(de)(de)(de)耐火材料(liao)襯里的(de)(de)(de)容器，稱為(wei)鐵(tie)(tie)水包。鋼(gang)包裝滿后（約300噸），由高架起(qi)重(zhong)機將(jiang)其(qi)移動通(tong)過工(gong)廠，進入(ru)(ru)基(ji)本的(de)(de)(de)氧氣爐(lu)，再將(jiang)熔(rong)融(rong)(rong)(rong)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)倒出以轉化(hua)為(wei)鋼(gang)。在(zai)煉(lian)鋼(gang)過程之前(qian)測(ce)量(liang)熔(rong)融(rong)(rong)(rong)生(sheng)(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)至關重(zhong)要(yao)(yao)，因為(wei)它是用于控(kong)制(zhi)，調(diao)節和優化(hua)基(ji)本氧氣爐(lu)中過程的(de)(de)(de)物理(li)模型的(de)(de)(de)必需(xu)參(can)數。

圖為魚(yu)雷車上滿是融(rong)化的生鐵等

測(ce)(ce)量熔融(rong)(rong)生(sheng)鐵的溫(wen)度(du)(du)并非易事。一種方(fang)法(fa)是使用帶有熱電(dian)偶(ou)，電(dian)子溫(wen)度(du)(du)計的噴(pen)(pen)槍測(ce)(ce)量溫(wen)度(du)(du)。噴(pen)(pen)槍浸入魚(yu)雷(lei)車內(nei)(nei)的熔融(rong)(rong)生(sheng)鐵中(zhong)，直到讀數穩定。這(zhe)種測(ce)(ce)量方(fang)法(fa)有許多缺點。根據熔融(rong)(rong)材料的粘度(du)(du)和讀數穩定所需的時(shi)間，噴(pen)(pen)槍可能會卡在魚(yu)雷(lei)內(nei)(nei)部。這(zhe)造成(cheng)(cheng)了(le)復(fu)雜(za)的情況，需要花費(fei)一些時(shi)間來解決(jue)，從而導(dao)致(zhi)工業工廠的生(sheng)產率下(xia)降(jiang)。另外，由(you)于魚(yu)雷(lei)內(nei)(nei)部溫(wen)度(du)(du)高(gao)，熱電(dian)偶(ou)不可重復(fu)使用，從而增加(jia)了(le)運營成(cheng)(cheng)本。此外，這(zhe)是一種危險的溫(wen)度(du)(du)測(ce)(ce)量方(fang)法(fa)，因為(wei)它需要人(ren)為(wei)干(gan)預，并且(qie)要直接(jie)接(jie)近遠高(gao)于1000℃的材料。

圖為從魚雷車(che)到鋼(gang)水包的熔融生鐵

最好的(de)解決方案是(shi)使用(yong)基于(yu)紅(hong)外熱成(cheng)像(xiang)的(de)溫度(du)(du)測量方法。該方法的(de)主要(yao)優點是(shi)所(suo)使用(yong)的(de)設備不與熱源(yuan)接觸(chu)(chu)，即它們是(shi)非(fei)接觸(chu)(chu)式(shi)(shi)溫度(du)(du)計。這樣，可以安全地測量極熱物(wu)體或危險產品（例如生鐵(tie)水）的(de)溫度(du)(du)。結果，非(fei)接觸(chu)(chu)式(shi)(shi)溫度(du)(du)測量技術(shu)正(zheng)逐漸(jian)取代傳統的(de)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出的紅外輻射，然后使用普朗克定律等輻射方程式將其轉換為溫度。當通過產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(yu)紅(hong)外線輻射的兩種最(zui)常見的溫(wen)度計設備。設計用(yong)于(yu)檢查長距離移(yi)動(dong)物體的其(qi)他(ta)類(lei)型的紅(hong)外成(cheng)像設備使用(yong)旋轉高溫(wen)計，該高溫(wen)計每次轉動(dong)都會產生像素陣列或(huo)行掃描。

圖為熔融生鐵(tie)的紅外熱圖像

研究(jiu)提出(chu)了一種基于紅外(wai)熱(re)成(cheng)像(xiang)計(ji)算機視(shi)覺的程(cheng)(cheng)序，用于測(ce)量(liang)從魚(yu)(yu)雷車(che)(che)倒入(ru)(ru)鋼(gang)(gang)包(bao)時的熔融生(sheng)鐵(tie)的溫(wen)度(du)。解決了兩個主要挑戰：檢測(ce)紅外(wai)圖(tu)像(xiang)中流的位置以(yi)及去除與部(bu)分覆蓋(gai)流的爐渣(zha)(zha)相對應的像(xiang)素(su)。提出(chu)了快速，健壯和(he)準確的方(fang)法來處理這些問題(ti)。為了在紅外(wai)熱(re)圖(tu)像(xiang)中檢測(ce)水流的位置，使用邊緣(yuan)檢測(ce)和(he)幾何(he)擬合(he)來檢測(ce)魚(yu)(yu)雷車(che)(che)的張開(kai)嘴(zui)。測(ce)試(shi)期間獲得的結果證實(shi)(shi)了所建(jian)議程(cheng)(cheng)序的成(cheng)功。提出(chu)的測(ce)量(liang)程(cheng)(cheng)序可(ke)靠，可(ke)實(shi)(shi)時應用且(qie)維護(hu)成(cheng)本低(di)。當(dang)被納入(ru)(ru)鋼(gang)(gang)鐵(tie)制造過程(cheng)(cheng)的煉鋼(gang)(gang)階段(duan)時，它可(ke)以(yi)實(shi)(shi)時準確地(di)測(ce)量(liang)生(sheng)鐵(tie)熔融溫(wen)度(du)，并且(qie)比其他方(fang)法（例如熱(re)電偶或高溫(wen)計(ji)）具有(you)更好的一致性(xing)和(he)效率(lv)(lv)。此外(wai)，發射率(lv)(lv)校準實(shi)(shi)驗以(yi)及爐渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)隨生(sheng)鐵(tie)水溫(wen)度(du)變化的特(te)性(xing)描述，也可(ke)作為對工業(ye)環境(jing)中一般紅外(wai)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)感興趣的紅外(wai)熱(re)成(cheng)像(xiang)人員(yuan)(yuan)和(he)技術人員(yuan)(yuan)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.