目前，回转窑是我国冶金、建材、化工厂和硅酸盐工业的重要设备。据有关统计表明，60%以上的停窑是由于窑内衬损坏造成的。回转窑内衬主要是耐火砖组成耐火砖长期与物料摩擦并处于高温状态，将导致耐火砖变形、磨损严重甚至掉砖。这样不仅影响正常生产，而且浪费能源，增加了生产成本。回转窑表面温度在线监控技术使现场工作人员能及时了解窑内的温度和耐火材料的变化情况，并根据实际情况安排检修人员进行维修，大大提高生产设备故障检测效率和准确率。

回转窑由筒体、传动装置，托轮、转轮等支撑装置，窑头、窑尾密封装置，窑头罩以及燃烧装置等部分组成。回转窑筒体是受热的回转部件，筒体上设置有测温和取样孔装置，有的窑还需要专门配置红外测温仪对筒体表面进行温度监控。红外成像技术已经应用在回转窑窑内物料温度测量和回转窑表面温度检测中。

对回转窑的检修，目前采用的做法是严格地执行定期大修制度。操作规程上规定，耐火砖每运行150天要更换一次，而实际运行可达210天左右。回转窑的两次中修之间的检测，常规做法是检测工人利用手持式测温仪器，结合其检测经验，对可能出现的损坏的回转窑局部进行温度测量，然后对有温度异常的回转窑进行记录、检修。这种方法主要是依靠检测工人的经验，对有限的点进行温度测量，而不是对回转窑整体测量，因此有一定的局限性、随意性，容易漏检。

回转窑的体积较大，并且在一直旋转。而且检修工人的检测工作量大，一次检测的时间也比较长。同样，有时因为存在故障没能及时检修，也会导致事故发生，造成严重的后果。鉴于这种现状，目前正在加强各种在线监测手段，改革定期大修制度，逐步向预知性维修制度过渡，红外热成像是其中的一种重要的在线监测手段。

红外热像仪可以快速方便地获取回转窑外壁的二维热像图，即外壁表面温度场。由于回转窑外层的金属与内层的非金属材料的导热有明显的差异，衬里损伤的程度、类型和分布状况是造成回转窑外壁表面温度场分布不同的直接原因，因此内部衬里的主要缺陷在红外图像中均能得到不同程度的反应。

回转窑衬里的损伤类型大致分为减薄、裂纹、鼓包和脱落等类型。虽然每类损伤与红外热像图的严格的理论关系尚未建立，但通过红外热像图的分析与衬里检查的对照，每类缺陷的红外图谱都有各自的特征。例如，从形状上讲，对一般长条形或细长型的超温区对应的裂纹型损伤，当超温区的最高温度大于一定值时，可诊断为贯穿裂纹损伤；当温度适中时，则可能是一般的裂纹。超温区的平均温度超过一定值，则一般可诊断为脱落损伤；超温区的平均温度低于一定值，且温度梯度较小时，一般可诊断为减薄。

利用红外热像，通过对回转窑外表面温度场的在线非接触的红外热像测试，从而分析、判断、考察其内部衬里工作状态是科学有效的手段，对保证回转窑长周期运行能提供切实可行的依据。

目前，手持式热像仪在钢铁行业已得到了广泛的应用。例如利用手持式热像仪来判别蒸汽管道、热水管道的堵塞状况，寻找堵塞点；对高压电气设备进行定期检修，检测此类设备的触点是否过热；还可以检测某些转动（运动）设备因磨擦而发热的部位。钢铁企业中的生产设备，包括高炉、热风炉、热风管道、加热炉、均热炉、各类炼钢炉等，与回转窑一样，都是带耐火内衬的高温服役设备。手持式热像仪也已大量用于此类设备的检修，用于判断耐火材料的损坏程度，起到预防性维护的作用。

手持式热像仪拍摄的红外和可见光图片利用手持式红外热像仪对回转窑进行检测，主要是针对回转窑的定期性维护。检修人员定期到现场对回转窑进行观测，先将热像图存储在热像仪自带的存储卡中，然后利用电脑读取和分析采集的图片，形成报告。此报告也主要用于回转窑中修时的辅助性定位。因此，利用手持式热像仪对回转窑进行定期检测具有限性：

1) 分析回转窑红外热像时，采用的是通用的分析软件，没有结合回转窑内衬 损坏的红外图谱特征，对缺陷点的判断主要凭借检修人员的经验。因此，检修人员能确认的缺陷往往是较为严重的损伤，通常也无法给出更具体的，有关损伤类型和程度的信息；

2) 由于是周期性检测，因此对缺陷的发现也具有一定的偶然性，不能完全避免重大事故的发生；

3) 人工检修的工作复杂，要利用红外热像仪对所有处于使用期的回转窑，进行 一次检修的工作量非常大。如果分期分批检修，检修间隔就会延长，不利于回转窑内衬重大损伤的及时处理。

红外热像仪安装在回转窑两侧的轨道上，红外扫描仪在扫描过程中同时在X轴方向往复运动。从扫描成像的工作原理可以看出，红外扫描仪需要往复运动，此系统才能检测到回转窑的完整成像。而且当回转窑和红外扫描仪尽可能匀速运动时，获取的红外热像比例才与回转窑的物理比例相符，即成像不发生畸变。

由此可以看出扫描成像的局限性，没有焦平面成像的直观和真实，图像细节不够清晰，即温度的分辨能力不够。

经过现场测量现场尺寸如下：

回转窑尺寸：70000×Φ4200mm；

现场安装距离：15000mm；

红外热像仪参数如下：

计算出红外热像仪观测对象的最大长度为17000mm，回转窑需要监测的长度大约为62000mm。要对整个回转窑监测至少需要在4个预置位上对回转窑进行周期性红外拍照。该检测系统有两种方案，下面详细介绍。

方案1 安装一台红外热像仪，并对红外热像仪配置轨道，利用轨道控制系统使红外热像仪在指定的位置停止并周期性拍照。现场安装示意图、系统结构图如下页所示。

安装示意图

系统结构图

若采用此方案，整个系统由红外图像采集系统、滑轨运动控制系统、红外后端分析系统构成。其中红外图像采集系统由一台红外热像仪及网络接入系统构成，实现回转窑红外图像采集和传输功能；滑轨运动运动控制系统由电机、电机驱动器、传感器、滑轨、运动控制器构成，实现轨道车的定位功能；红外后端分析系统由服务器和分析软件构成，完成回转窑表面温度场场数据的存储、分析功能。

方案2安装三台带云台的红外热像仪，每台红外热像仪分别设置3个预制位，三台红外热像仪对整个回转窑的表面监测。现场安装示意图、系统结构图如下。

若采用此方案，整个系统由红外图像采集系统、云台控制系统、红外后端分析系统构成。其中红外图像采集系统共由三台红外热像仪和云台以及网络接入系统构成。红外图像采集系统和红外后端分析系统功能和方案一相同。

两种方案的热像仪均安装在回转窑一侧。由于回转窑本身不断旋转（一般转速为转速0.5~2 rpm），热像仪定时（如每5~10秒）采集回转窑温度场数据即可覆盖回转窑全部区域。

另外红外热像仪安装在回转窑附近，要经受风、雨、雪等恶劣气候，以及高温和粉尘的考验。因此，红外热像仪的防护性外壳必须具备防尘、防雨的能力， 在环境温度较高时，还要能对热像仪进行降温，以保证工作的可靠性。额外配置镜头防护组件、探测器防护组件、防尘保护装置。

方案1现场安装难度较大，需要新安装滑轨，另外轨道车长时间运行，使用寿命有限，需要定期维护。此外滑轨稳定性也会影响这个回转窑红外监测系统的精确度；方案2可以利用回转窑周边现有支架固定安装，施工安装方便可靠，回转窑与云台之间的通讯控制技术也相对成熟，我们推荐使用方案二。

红外热像仪采用的是先进的非制冷焦平面探测器，像元数为384×288，热像仪对目标每次成像的采样点为110592个。因此，热像仪可以将整个回转窑表面的温度特性形成一个平面图像。探测器灵敏度高，温度分辨率为0.12℃，回转窑表面微小的温度变化也可反应出来。此外采用焦平面成像，热像图无任何畸变，热像比例与回转窑实体的比例完全一致，可以直接根据热像上的温度异常点，找到回转窑体上的对应点，便于损伤点定位。

红外热像采用计算机计算技术，根据红外原始数据计算出对象表面的温度数据。并将温度数据存储统计分析。

结合宝钢钢包监测项目经验，针对回转窑监测系统设置如下功能：根据统计的温度场数据按回转窑分区建立最高温度趋势分析图表，结合检修经验建立回转窑表面不同区块的报警值阈值，通过预警分析，使回转窑安全使用的前提下延长使用寿面，节约耐材；根据平均温度判断煤渣堵塞故障，及时发现煤渣堵塞的故障。

下图为回转某个区块多次表面温度场数据采集的最高温度历史记录曲线，根据统计钢包表面温度场数据和经验值设定合理的报警值，当钢包表面最高温度达到报警值时实时提醒工作人员安排检修工作，使回转窑在保证安全生产的前提下延长使用寿命，从而降低生产成本。红外成像系统本身采用的是焦平面成像技术，当发现故障时能根据报警点的红外图片推算出故障点的实际位置。

回转窑长时间运行后可能局部区域有煤渣附着在内壁，不及时清理将可能造成煤渣堵塞。而该区域与其它区域由于耐热层不同会导致表面温度不同。利用此特点，我们在试运行期间多次测量回转窑各区块表面温度，并对这些温度数据的平均温度、最高温度进行记录统计。对此历史记录曲线进行统计并根据经验可推断出煤渣堵塞平均温度报警阀值。再对回转窑表面温度实时测量并与煤渣堵塞平均温度报警阀值比较，进而可判断出回转窑内有煤渣堵塞故障。

武汉华景康光电科技有限公司是一家专业提供红外热像仪产品及行业应用解决方案的高科技公司。公司红外热像仪产品系列目前主要覆盖电力系统、钢铁冶金、安防监控等领域。因公司产品具有在线实时监测、测温精度高、定制客户应用功能等特点，成功中标国家电网某变电站电力监控系统，该系统中我们成功运用云台控制系统、热像仪成像及精确测温。

在钢铁冶金应用方面，我们的钢包红外热像检测系统成功应用于宝钢某炼铁厂。该系统中我们积累了钢包的红外热像数据，并对高温冶金测温精度有所提高。在该系统中我们针对冶金行业特定应用定制开发出丰富的功能，方便操作工人使用。回转窑红外热像检测系统将集成变电站电力监控系统中的云台控制系统、热像仪成像系统和钢包红外热像检测系统的用户界面功能，主要系统部件均经过成功应用和客户体验，因此方案具有很高的可行性。