如今，水泥在建筑業(yè)中起著中流砥柱的重要作用。作為砌筑砂漿與混凝土至關(guān)重要的一部分，水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用使水泥成為世界上最寶貴、最實用的礦產(chǎn)之一。水泥生產(chǎn)是一個十分復(fù)雜的過程，在該過程中其中一步是將水泥的主要成分石灰?guī)r與其他成分置于旋轉(zhuǎn)爐中混合。這些旋轉(zhuǎn)爐或水泥窯是水泥廠至為關(guān)鍵的資產(chǎn)，能將內(nèi)含物加熱至高達(dá)1,500°C。然而也存在過熱風(fēng)險，可對水泥窯外殼造成重大損害。為監(jiān)測細(xì)微的加熱過程以防對水泥窯造成潛在損壞，F(xiàn)LIR Systems紅外熱像儀可用于24/7全天候測量溫度。

個高級計算機系統(tǒng)IRT KilnMonitor®，該系統(tǒng)使水泥生產(chǎn)操作員能夠及時監(jiān)測、處理并跟蹤來自若干水泥窯的數(shù)據(jù)。第一家公司INPROTEC IRT是FLIR Systems在意大利的官方經(jīng)銷商。該公司總部位于米蘭（意大利），在面向工業(yè)安全應(yīng)用的高科技設(shè)備領(lǐng)域具有廣泛的專業(yè)技術(shù)。第二家公司Grayess是專門定制紅外熱像儀解決方案與軟件方面的設(shè)計、生產(chǎn)與市場營銷領(lǐng)導(dǎo)者，面向各種廣泛應(yīng)用。Grayess總部設(shè)在美國佛羅里達(dá)州布雷登頓。

IRT KilnMonitor®系統(tǒng)包括FLIR A系列紅外熱像儀，可實時監(jiān)測水泥窯溫度。除此此外，該系統(tǒng)還包括一個水泥窯可視化模塊（2D與3D）及一個熱像分析模塊。INPROTEC IRT銷售總監(jiān)Roberto Ricca對FLIR紅外熱像儀的質(zhì)量十分滿意，因此感到非常高興。“我們設(shè)計了該系統(tǒng)，旨在與FLIR A315和/或A615紅外熱像儀相集成。這些產(chǎn)品提供準(zhǔn)確的紅外細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，對此類應(yīng)用十分必要。”

水泥生產(chǎn)

為了解水泥生產(chǎn)過程中旋轉(zhuǎn)水泥窯的重要性以及該過程中熱像儀的使用方法，首先我們先看一下水泥是如何生產(chǎn)的。水泥廠通常選址在靠近市場熱點或原材料充足的區(qū)域。水泥（石灰石與粘土）的基本成分從上述采石場取得。一般而言，水泥的生產(chǎn)分為兩步：首先，原材料生產(chǎn)出熔塊。下一步是使用水泥熔塊生產(chǎn)水泥。

散裝原材料交付后軋碎并均勻混合，然后喂入旋轉(zhuǎn)水泥窯。水泥窯是一個巨大的旋轉(zhuǎn)管，長達(dá)60至90m，直徑達(dá)5m。這座巨大的水泥窯通過其內(nèi)部1,500°C的火焰加熱。該水泥窯允許其材料緩慢到達(dá)另一端，材料在這一邊迅速冷卻至100-200°C。

四種氧化物以合理的比例生成水泥熔塊：氧化鈣（65%）、二氧化硅（20%）、氧化鋁（10%）與氧化鐵（5%）。上述成分均勻混合，在1,450°C高溫火焰的加熱下將結(jié)合起來形成最終產(chǎn)物，即“熔塊”。隨后這些固體顆粒存入大貯倉。

第二階段是在水泥磨碎機中進(jìn)行，水泥磨碎機位置可能有別于熔塊廠。石膏（硫酸鈣）與其它的水泥狀惰性材料（石灰石）加入熔塊中。研磨所有的成分，形成優(yōu)良均勻的粉末：水泥。

旋轉(zhuǎn)水泥窯

旋轉(zhuǎn)水泥窯內(nèi)裝有耐火襯里，可將鋼制爐體與水泥窯內(nèi)的高溫隔離，從而保護(hù)鋼制爐體免遭加工材料的腐蝕。該耐火襯里由耐火磚塊或澆鑄的耐火混凝土組成，襯里磨損時則需定期更換。耐火襯里的壽命可通過保養(yǎng)耐火襯里表面加工水泥材料的涂層來延長。襯里的厚度通常在80至300mm之間。典型的耐火層將能夠承受1,000°C或更大的溫度落差。爐體溫度需要維持在低于350°C左右，旨在保護(hù)鋼制爐體免遭損壞。這就是紅外熱像儀的用處所在。紅外熱像儀能夠持續(xù)監(jiān)測水泥窯，必要時，能針對潛在的耐火材料故障發(fā)出“熱點”早期預(yù)警。

保護(hù)水泥窯爐體

爐體對水泥窯的工作性能尤為關(guān)鍵。紅外熱像儀可至少檢測兩種不同的爐體故障點。  

首先，在運轉(zhuǎn)中，一圈水泥涂層在耐火磚表面的爐體內(nèi)不斷堆積。一方面，這種堆積是有利的，因為水泥涂層的堆積可降低爐體溫度，從而減少熱流失，保護(hù)耐火材料。另一方面，熔爐操作員需要意識到該涂層不能堆積太厚，因為如果涂層堆積過后將減小熔爐內(nèi)徑，從而降低熔爐的生產(chǎn)性能。通過檢測水泥窯殼體上的低溫，紅外熱像儀可使操作員發(fā)現(xiàn)該故障。

第二，不穩(wěn)定的水泥涂層或涂層材料的突然脫落容易導(dǎo)致耐火材料發(fā)生故障，引發(fā)耐火磚掉落。隨后保護(hù)層受損，厚度降低，爐體內(nèi)形成熱點，從而導(dǎo)致能量損失，干擾水泥窯運作。為保護(hù)鋼制爐體免遭損壞，其溫度應(yīng)維持在350°C以下。該溫度可由紅外熱像儀輕而易舉進(jìn)行監(jiān)測。

水泥窯監(jiān)測系統(tǒng)

IRT KilnMonitor®由INPROTEC IRT與Grayess聯(lián)合開發(fā)，使用三臺A315紅外熱像儀，每臺熱像儀各監(jiān)測20m長的旋轉(zhuǎn)水泥窯。這些視頻流發(fā)送至中央控制室內(nèi)的可視化系統(tǒng)，為操作員提供24/7全天候?qū)崟r的水泥窯運行與性能狀況。水泥窯的旋轉(zhuǎn)時間為約30秒，IRT KilnMonitor®與旋轉(zhuǎn)時間同步，生成熱圖像。

無論何時只要水泥窯達(dá)到不理想的溫度，操作員就能接收到細(xì)微的軟件警示，使他們采取合理的補救措施。比如，熔爐熱圖像中的熱點能夠說明耐火磚已與耐火襯里分離，水泥窯保護(hù)層正越來越薄。這種情況可能需要熔爐操作員降低熔爐溫度或甚至關(guān)閉系統(tǒng)，以預(yù)防嚴(yán)重?fù)p壞，避免巨大損失。

IRT KilnMonitor®為操作員提供水泥窯運轉(zhuǎn)與性能的24/7實時視圖。

精確的熱視圖

為向控制室操作員提供情況的最佳可能試圖，IRT KilnMonitor®根據(jù)FLIR紅外熱像儀提供的信息生成若干不同的視圖模式。

二維紅外視圖（溫度圖2D） 

IRT KilnMonitor®允許操作員選擇其自己的調(diào)色板與感興趣的溫度區(qū)。操作員可讀取特定點、特定的位置、耐火磚厚度、涂層厚度等信息。該軟件還能使操作員在獨立的窗口模式下在特定的區(qū)域進(jìn)行電子變焦。

紅外熱像儀與掃描儀

INPROTEC IRT的Roberto Ricca極其熱衷于FLIR A315紅外熱像儀的圖片質(zhì)量。當(dāng)把紅外熱圖像與水泥窯爐體監(jiān)測的另一大常用技術(shù)熱成像掃描儀對比時，熱像儀為終端用戶提供一項更優(yōu)惠的解決方案，這點顯而易見。

Roberto Ricca評論道：“使用掃描儀時，理論上一臺掃描機足以監(jiān)測整個60米長的旋轉(zhuǎn)水泥窯。然而，使用掃描儀時，掃描機需要放置在特定的距離內(nèi)，旋轉(zhuǎn)水泥窯 應(yīng)該完全可視才行。事實上，這種方法并非總是可行。熱掃描儀體積龐大，在安裝時不是十分靈活。大多數(shù)情況下，旋轉(zhuǎn)水泥窯安裝在專門的生產(chǎn)車間內(nèi)。考慮到熱 成像掃描儀的最大可視角為120°，通常無法把熱成像掃描儀安裝在距離旋轉(zhuǎn)水泥窯的恰當(dāng)位置從而避免障礙物遮擋其視野。比如，眾多旋轉(zhuǎn)水泥窯的安裝都有一 個二級空氣管，該空氣管將空氣導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)水泥窯之外用作能源。該二級空氣管通常就會成為熱成像掃描儀的障礙物。”

Roberto Ricca繼續(xù)表示道：“相反，紅外熱像儀在放置和安裝方面更小、更輕、更靈活。事實上，紅外熱像儀是在空間受限時更受青睞的安裝解決方案之一。在我們的 系統(tǒng)設(shè)計中，我們使用了帶90°鏡頭的FLIR紅外A315熱像儀。在這種情況下，需要三臺紅外熱像儀覆蓋整個60米長的旋轉(zhuǎn)管，盡管如此，還是比一臺熱 成像掃描儀實惠。”

運轉(zhuǎn)水泥窯的整體三維視圖（模擬3D）

該視圖為水泥窯“管”表面溫度的熱圖像。水泥窯正以一定的實際速度旋轉(zhuǎn)。

水泥窯槽內(nèi)的三維視圖（水泥窯截面3D）

該視圖模式實際是在某個位置切斷水泥窯顯示其內(nèi)槽（耐火磚與涂層）。

水泥窯終端的三維視圖（水泥窯終端視圖）

水泥窯終端視圖是“水泥窯截面3D視圖”的特殊情況。

高分辨率

FLIR A315與A615紅外熱像儀均設(shè)計緊湊，價格實惠，可由一臺PC完全控制。熱靈敏度<50mK，可捕捉最佳圖像細(xì)節(jié)和溫差信息。Roberto Ricca繼續(xù)道：“我們絕對需要高分辨率。理想的安裝中，我們通常選擇90°鏡片，因為這樣只需要兩至三臺熱像儀就能覆蓋整個水泥窯長度。對德國客戶，我們集成了帶90°鏡頭的FLIR A315，我們對該熱像儀的承諾是：高圖像質(zhì)量，高精確細(xì)節(jié)！”

“我們對未來將安裝在IRT Kilnmonitor®系統(tǒng)上的FLIR A615紅外熱像儀充滿興趣，因為該熱像儀將為我們提供更高的分辨率。FLIR A615紅外熱像儀的分辨率為640x480像素，能提供更精確的信息，在更遠(yuǎn)的距離也能顯示更多細(xì)節(jié)。事實上，考慮到60米之長的旋轉(zhuǎn)水泥窯，該熱像儀為我們提供的圖像中，每個像素代表10厘米管長。”

熱像儀的可能位置

IRT Kilnmonitor®所提供若干有價值的總結(jié)報告與水泥窯歷史視圖，操作員可用來評估旋轉(zhuǎn)水泥窯的性能。

可能用于界定水泥窯不同區(qū)域個別溫度限制的允許溫度范圍分布圖

該圖像代表水泥窯的歷史信息。每條線代表一條歷史記錄。

該“最糟圖像”是由眾多水泥窯歷史熱圖像組成的熱圖像。每個點表示自顯示時間起該點的最大測量溫度。