邸林锁 曹阳辉 李建民
（北京信兆科技有限公司）
摘要：连铸生产中中间包（中包）长期处于高温、强辐射、设备遮挡的恶劣工况，传统人工接触式测温与间断检查存在监测盲区大、响应滞后、漏检率高等问题，极易引发穿包等恶性生产事故。为突破该技术瓶颈，本文融合冶金学、数据采集技术、智能感知理论与 AI 数据分析方法，设计了一套红外测温与热电偶测温相结合的复合监测型连铸中包安全监测预警系统。系统通过大范围非接触式红外温度场成像与关键部位精准连续热电偶测温的技术融合，实现中包包壳温度的全面、实时、在线监控，结合多级预警机制与精细化数据管理功能，完成中包安全管理从被动应对向主动预防的转变。实践表明，该系统可有效辨识耐火材料异常侵蚀状态，提前预警穿包风险，在保障生产安全、优化生产流程、延长设备寿命、降低生产成本等方面具备显著应用价值，为炼钢连铸行业的智能化、安全化发展提供了重要技术支撑。
关键词：连铸；中间包；安全监测；红外测温；热电偶测温；预警系统
引言
连铸中间包作为炼钢生产中承接钢水、稳定流场、去除夹杂的核心冶金容器，其服役状态直接决定连铸生产的安全性与连续性 [1]。中包采用钢质外壳与耐火材料内衬的复合结构，在服役过程中持续承受 1500℃以上高温钢水的热冲击、化学侵蚀与机械冲刷，内衬的磨损与侵蚀具有隐蔽性、渐进性特征 [2]。而中包包底、包壁下部及靠近结晶器的辐射区域，因设备遮挡、高温辐射等因素，成为常规监测的盲区，传统人工接触式测温方法受空间可达性差、辐射危害高、无法连续监测等限制，难以实时捕捉包壳温度的异常变化；依赖人工间断检查的方式，极易漏检耐火材料损伤的早期信号，是引发穿包事故的重要诱因。
穿包事故的发生将造成高温钢水泄漏，对现场操作人员的人身安全构成严重威胁，同时会损毁结晶器、拉矫机等关键连铸设备，导致生产线非计划性停机，产生巨额的设备维修、停产损失等成本 [3]。为解决连铸中包安全监测的技术痛点，满足工业生产对连续、可靠、精准监测的需求，本文提出红外测温全面监测结合热电偶重点监测的复合监测方案，构建多维一体化的连铸中包安全监测预警系统。系统整合红外测温的大范围、可视化优势与热电偶测温的高精度、连续性优势，适配中包周边的恶劣工况，实现包壳温度数据的实时采集、传输、分析与异常预警，为操作人员预留充足的应急响应时间，从技术层面消除穿包事故的隐患，推动连铸生产过程的安全化与智能化升级。
图1 连铸中包生产工艺流程图
1 系统构建的必要性分析
炼钢连铸中包包壳温度是反映内部耐火材料内衬状态的核心外部表征，包壳温度的异常升高与梯度变化，直接对应内衬厚度减薄、结构性损伤等问题 [4]。构建中包安全监测预警系统，对包壳温度进行全维度、实时化监测，是保障生产安全、优化生产流程、延长设备寿命、降低生产成本的关键举措，其必要性主要体现在四个方面：
1.1 保障生产安全，规避恶性事故
中包的结构完整性是连铸生产安全的基础，包壳温度异常是耐火材料内衬失效的首要信号，当内衬侵蚀发展至临界状态时，将引发穿包事故。辛集澳森钢铁、酒泉钢铁、纵横钢铁等企业的生产实践表明，通过对包壳温度的实时连续监测，可提前辨识耐火材料的异常侵蚀状态，精准捕捉穿包事故的前兆信号，实现风险的早期预警，最大限度避免高温钢水泄漏、设备损毁、人员伤亡等恶性生产事故的发生，筑牢连铸生产的安全防线。
1.2 优化生产流程，提升作业效率
包壳温度作为间接参数，可直观反映中包的热状态、内部钢水流场与温度场变化，同时关联中包烘烤效果、热平衡状态、耐材消耗进程等关键生产信息。通过对包壳温度变化趋势的分析，结合连浇炉数、拉速、钢种等工艺参数，可建立基于数据驱动的耐材寿命评估模型，为生产组织优化提供科学依据。依托模型可合理规划连浇序列、动态调整生产节奏，有效提升连铸作业的连续性，解决因耐材失效导致的非计划性停机问题，推动整体生产效率的提升。
1.3 评估耐材状态，延长设备寿命
中包耐火材料内衬在热、力、化学耦合作用下的损耗具有渐进性特征，包壳温度的梯度分布与上升速率，是评估内衬残余厚度和损伤程度的核心指标。通过为系统设置基于冶金学理论与生产实践的温度预警阈值，可精准判断耐火材料的损耗状况，确保在耐材性能临近失效前及时安排更换或下线维修，避免内衬完全失效导致的包壳烧穿、变形等永久性损坏，显著提升中包本体的重复使用次数，有效延长设备的整体使用寿命。
1.4 降低生产成本，提升经济效益
系统从事故成本规避与生产效率优化两个维度实现生产成本的降低：一方面，通过早期预警与及时干预，大幅降低穿包等恶性事故的发生概率，避免事故引发的设备损毁、停产损失、维修费用等高额非计划性支出；另一方面，实时监测可及时发现耐材异常，防止局部过热或钢水渗漏导致的铸坯夹杂、皮下气泡等质量缺陷，提升金属收得率与铸坯合格率；同时基于温度数据优化耐材更换时机，有效减少过度维护或维护不足造成的资源浪费，降低单位产品的耐材消耗与停机维护成本，实现生产成本的精细化管控。
2 系统整体组成
本系统基于 “全面监测 + 重点把控”的设计理念，融合红外热成像技术、热电偶测温技术、无线温度传感器技术、数据传输技术与智能数据分析技术，由计算机及软件系统、耐高温热像仪及配套供电采集设备、热电偶、无线温度传感器及配套供电采集设备三部分组成，各模块协同运行，形成