格物优信短波热像仪赋能铜冶炼阳极炉高温熔液在线监测

一、引言

在火法铜冶炼产业链中，回转阳极炉承担粗铜精炼核心任务。粗铜经阳极炉氧化脱杂、还原增铜、造渣除杂之后，熔融铜液通过圆盘浇铸产出铜阳极板，供给后续电解精炼工段。阳极板的晶粒均匀性、表面气孔、内部偏析缺陷，根源大多来自阳极炉熔池温度场不均匀，氧化、还原阶段温度偏离工艺窗口。

阳极炉为可回转圆筒式炉体，作业周期分为加料、氧化、还原、保温、出铜多个阶段，单炉作业数小时。炉内熔融铜液温度维持 1100~1300℃，炉内存在天然气 / 重油燃烧火焰、大量金属氧化物烟尘、SO₂腐蚀性烟气，熔池表面漂浮动态变化的铜渣。火焰强光极易造成探测器饱和，烟尘散射衰减红外辐射，渣层时厚时薄会改变表面发射率，多重干扰叠加，使阳极炉熔池全域温度监测成为有色冶金领域长期痛点。

国内多数铜冶炼企业当前主流测温手段为一次性消耗式热电偶（测温枪 / 定氧探头），仅能在关键节点间断插入熔液获取单点温度，单次测温完成探头即烧毁，耗材成本高昂；采样数据离散，无法捕捉熔池横向、纵向温度梯度变化，工艺人员只能依靠肉眼观察火焰颜色、凭老师傅经验判断炉况，属于定性经验操作，无法实现量化闭环控制。常规长波红外热像仪在熔融金属场景存在底层缺陷：液态金属在 8~14μm 长波波段发射率低且波动剧烈，火焰与烟尘对长波红外衰减极强，测温漂移、误差大，难以用于阳极炉熔池在线连续监测。

在此背景下，短波红外（SWIR，0.9~1.7μm）技术成为熔融金属高温面阵测温优选方案。格物优信 YOSEEN-SD-640 国产化短波红外热像仪，针对阳极炉火焰强光、烟尘、浮动渣层、石英观察窗等冶金工况做软硬件定制开发，突破进口短波设备价格昂贵、交付周期长、二次开发封闭、售后响应慢的行业壁垒，为阳极炉熔融铜液提供稳定可靠的可视化在线测温方案，推动铜火法精炼工序智能制造落地。

二、阳极炉精炼工艺特点与传统测温方案痛点

2.1 回转阳极炉工艺与热环境特征

回转阳极炉采用卧式圆筒结构，炉体可旋转，粗铜、冷料从炉口加入，燃料与富氧空气通过烧嘴送入炉内加热。

氧化期：向熔池喷入富氧空气，氧化脱除粗铜中的硫、铁、砷等杂质，炉内燃烧剧烈，火焰辐射强，烟尘量大；

还原期：喷入天然气、液化石油气等还原剂，降低铜中氧含量，获得合格阳极铜，此阶段炉内气氛由氧化转为还原性，CO、烟气组分发生变化，炉温小幅回落；

保温与出铜阶段：维持熔池温度稳定，保证铜液流动性，倾动炉体进行浇铸。若温度偏低，铜液粘度上升，阳极板易产生冷隔、气孔；温度过高，会加速铜挥发、炉衬耐火材料侵蚀，提升能耗，缩短炉龄。

阳极炉熔池不是均质恒温场，熔池中心、炉壁附近、渣 - 铜交界面存在明显温度梯度。熔池表面渣层厚薄不均，会遮挡铜液真实辐射信号；炉体观察窗长期受高温烟尘、金属挥发物污染，进一步增加测温难度。工艺管控核心诉求，是连续获取整个熔融铜液面二维温度分布，识别局部热点与低温区，分阶段精准控制炉温。

2.2 传统测温手段局限性

（1）一次性消耗式热电偶（定氧测温探头）

这是国内冶炼厂当前最普遍方案。将热电偶探头插入铜熔液，瞬时读取单点温度，探头在高温金属中迅速烧损，每一次测温消耗一支探头。

缺点：间断式采样，仅能在氧化终点、还原终点等少数节点测温，两个采样间隔之间炉内温度变化无法捕捉，存在大量数据盲区；耗材成本高，单炉作业多次测温，年度探头采购费用可观；探头插入熔池存在喷溅安全风险，人工靠近炉口作业劳动强度大；仅单点数据，完全无法反映熔池全域温度梯度，无法识别局部过热、局部冷区。

（2）单点红外高温测温仪

非接触式，无耗材，但仅采集单一位置点温度，无二维温度场图像。阳极炉燃烧火焰强光会造成探测器饱和，读数剧烈漂移；烟尘、浮动渣层会造成读数忽高忽低，稳定性差；只能监测固定点位，熔池其余区域温度无法获知，不能完整表征熔池热场。

（3）常规长波红外热像仪

长波红外 8~14μm，适合常温、中低温固体设备巡检，不适合液态金属熔池测温。熔融铜在长波红外波段发射率低，并且随氧化状态、渣层厚度大幅波动；火焰、高温烟尘对长波红外衰减作用显著，画面易被火焰大面积饱和，无法区分火焰、渣层、熔融铜液，测温误差可达上百摄氏度，不能用于阳极炉熔池在线监测。

综上，传统测温方式均无法同时满足面阵全域测温、穿透烟尘火焰、抑制强光饱和、适应动态渣层、隔着石英观察窗稳定测温五大需求，制约阳极炉工艺精细化控制。

三、短波红外测温原理与 YOSEEN-SD-640 产品技术特性

3.1 短波红外适配阳极炉熔融铜测温的物理逻辑

短波红外波段 0.9~1.7μm，InGaAs 铟镓砷焦平面探测器，天然适配 600~1900℃高温液态金属测温，相比长波红外，三大核心优势完美匹配阳极炉工况：

熔融金属短波发射率更稳定。高温液态铜在 0.9~1.7μm 短波区间发射率数值更高，受表面氧化皮、浮动渣层局部变化的影响显著小于长波红外，大幅降低因渣层厚薄波动带来的测温漂移，提升长时间连续测量稳定性。

抗烟尘、穿透烟雾能力更强。短波红外波长更短，高温烟气、金属氧化物细颗粒烟尘对短波辐射散射衰减弱于长波红外，在阳极炉加料、氧化阶段浓烟工况下，依然可以穿透烟尘获取熔池液面热图像。

强光抑制，抵抗火焰饱和。短波波段可区分燃烧火焰与熔融铜液的辐射特征，配合格物优信自研高动态范围与强光抑制算法，避免烧嘴火焰造成画面大面积饱和，保留熔池液面温度细节，区分火焰、炉衬、熔铜、渣层不同区域温度。同时可透过炉体石英观察窗采集炉内辐射信号，无需改造炉体结构。

3.2 YOSEEN-SD-640 核心硬件与算法能力

YOSEEN-SD-640 为格物优信自研国产化非制冷短波红外热像仪，640×512 分辨率 InGaAs 探测器，0.9~1.7μm 工作波段，原生支持高温冶金场景。

测温成像性能：提供双测温量程，900~1900℃档位适配阳极炉熔融铜液，测温精度 ±1% 读数或 ±1℃（取较大值），最高帧率 139Hz，可以捕捉氧化、还原阶段熔池快速温度波动。内置熔融金属发射率动态补偿算法，针对铜液与铜渣辐射差异做区分校正，降低渣层扰动带来的测温偏差；自研火焰强光抑制算法，抑制烧嘴强光饱和，保留熔池温度细节。

工业防护设计：整机可配套水冷防护护罩 + 前端压缩空气吹扫组件。水冷护罩隔绝炉口向外辐射的巨大热量，保护相机光学与探测器组件；持续吹扫石英观察窗，防止烟尘、金属挥发物在观察窗结垢、结焦，维持窗口透光性，保障长期稳定成像，适应冶炼车间高温、粉尘、腐蚀性烟气环境，满足 7×24 小时不间断在线监测。

软件与系统集成能力：配套格物优信自研工业热成像分析软件，实时输出伪彩热图，自动计算熔池最高温、最低温、平均温度、自定义区域温度曲线、横向 / 纵向温度剖面线；可设置多级温度阈值，熔池超温、温差超标自动声光报警。设备开放 GigE Vision、TCP/IP、Modbus 工业协议与完整 SDK 开发包，可直接接入冶炼厂 DCS、PLC、MES 系统，将熔池温度场数据实时上传至中控室，熔炼全过程温度图像与数据自动存储归档，支持工艺回溯、缺陷溯源。基于热场数据，系统输出信号闭环调节烧嘴燃料流量、富氧风量、还原剂喷吹速率，实现阳极炉智能温控。

国产化自主可控：探测器选型、光学镜头设计、图像降噪、高温测温标定、嵌入式固件全部自主研发，支持冶金行业定制化算法迭代，摆脱进口短波设备固件封闭、二次开发困难、海外售后响应慢的痛点，满足有色冶金国产化替代、信创项目采购需求。

四、YOSEEN-SD-640 阳极炉现场部署系统方案

4.1 整套系统硬件构成

整套阳极炉熔融铜液在线测温系统包含：YOSEEN-SD-640 短波红外热像仪、专用水冷保护护罩、压缩空气吹扫装置、炉体石英观察窗、工业千兆光纤 / 网线、工控机、声光报警终端。 热像仪安装在阳极炉炉口侧面观察窗外侧，镜头对准炉内熔融铜熔池，光轴覆盖熔池大部分液面区域；水冷护罩持续通入循环冷却水，隔离炉口辐射高温，防止相机过热；压缩空气吹扫持续吹洗石英观察窗内表面，清除烟尘沉积，避免窗口污染造成信号衰减。根据炉体尺寸，可选长焦镜头，适配远距离观测大尺寸回转阳极炉熔池。

4.2 现场标定与参数校准

设备安装完成后，结合阳极炉冶炼工况开展现场辐射标定。根据熔融铜、铜渣在 0.9~1.7μm 波段的辐射特性，设置分段发射率参数，扣除石英观察窗透射损耗、环境背景辐射、烟尘衰减带来的系统偏差；使用高温黑体炉完成现场温度校准，降低系统测量误差。标定完成后，在软件中划定熔融铜液感兴趣区域 ROI，区分熔铜区域、浮渣区域、炉衬耐火材料区域，分别计算温度。设置分级报警阈值：熔池局部超温预警、熔池整体温度偏低预警、熔池温差过大预警。

4.3 工艺闭环控制逻辑

中控操作人员实时查看熔池二维热图像，直观判断氧化、还原阶段熔池温度均匀状态。

氧化期：监测富氧喷吹区域热点，判断氧化反应剧烈程度；识别熔池低温区，判断脱杂反应是否充分，及时调整富氧流量与烧嘴功率；

还原期：监测熔池整体温度变化，根据温度场动态调整还原剂喷吹量，防止温度大幅跌落导致铜液流动性变差，同时避免局部过热造成铜大量挥发；

出铜浇铸阶段：监测熔池整体温度，保障铜液温度稳定在浇铸工艺窗口，减少阳极板气孔、冷隔缺陷。

系统可连续记录整炉从加料、氧化、还原到出铜全周期温度场录像与数据。研发人员调取历史热场数据，开展工艺正交试验，优化燃料配比、富氧制度、还原剂工艺参数，将老师傅的经验转化为可量化、可复制数字化工艺模型。同时可同步识别炉衬内壁高温热点，预判耐火材料侵蚀破损风险，提前安排检修，避免炉衬烧穿安全事故。

五、现场应用价值与效益分析

国内多家铜冶炼企业将格物优信 YOSEEN-SD-640 短波红外在线测温系统部署于回转阳极炉精炼工序，长期连续现场验证，在产品良率、能耗、运维、安全、工艺数字化层面获得显著收益。

第一，稳定阳极板品质，降低浇铸缺陷报废率。依靠熔池全域连续温度场监测，实时识别熔池局部冷热不均，及时干预调整燃烧与还原剂参数，稳定熔融铜液温度梯度，减少阳极板气孔、内部偏析、冷隔等缺陷，提升阳极板板面合格率，降低后续电解工段残极率，减少金属损失。

第二，降低燃料消耗，节约冶炼能耗。传统操作依靠人工经验，为防止温度不足通常过量燃烧，燃料浪费。在线热成像实时反馈熔池真实温度，实现精准控温，按需调节天然气 / 重油与富氧配比，稳定维持在工艺温度区间，减少过度加热，多家现场实测可实现吨阳极铜燃料消耗下降，降低冶炼生产成本。

第三，大幅减少耗材成本，降低人工作业风险。系统属于非接触在线测温，不再大量消耗一次性热电偶探头，消除持续耗材采购成本；人员无需频繁靠近高温炉口进行测温作业，从源头降低炉口喷溅、高温灼伤安全风险，改善冶炼车间工作环境。同时，通过监测炉衬温度热点，预判耐火材料侵蚀，科学规划停炉检修周期，延长阳极炉炉衬使用寿命，减少大修成本与停机损失。

第四，工艺数字化沉淀，实现知识固化。阳极炉全炉次温度场数据自动归档，建立工艺数据库。研发人员可以对比不同燃料、富氧、还原剂参数对应的熔池热场变化，持续迭代精炼工艺，把依赖少数资深操作工 “看火” 的经验，转变为标准化、可复现的数字化工艺模型，降低人员流动带来的工艺波动风险。

第五，安全生产预警。系统实时监测炉衬局部异常高温，预警耐火材料烧蚀风险；识别熔池异常过热、局部喷溅前兆，多级声光报警，规避炉体破损、烟气泄漏等重大安全事故，提升冶炼车间本质安全水平。

六、国产化方案对比进口短波设备优势

过去国内大型铜冶炼企业如需实现阳极炉熔池短波红外在线监测，多选择进口品牌短波红外设备，存在明显短板：设备采购造价高昂，交付周期长达数月；底层固件封闭，无法针对阳极炉火焰、浮动铜渣工况定制图像算法；工业协议适配难度高，对接 DCS/MES 系统需要高额二次开发费用；海外厂商现场技术支持响应周期长，一旦设备故障，长时间停机造成巨大冶炼产能损失。

格物优信 YOSEEN-SD-640 国产化短波红外热像仪有效解决上述痛点。整机自研，交付周期可控；可针对阳极炉火焰抑制、铜渣发射率补偿进行定制算法迭代；开放完整 SDK 与主流工业通讯协议，方便工厂自动化系统集成；国内本地化技术团队，提供现场安装、标定调试、售后维保全周期技术支持，现场问题快速响应。在核心测温、成像指标对标进口产品前提下，显著降低项目整体投入与后期运维成本。

七、场景拓展与技术展望

YOSEEN-SD-640 短波红外热像仪除阳极炉熔融铜液监测外，还可拓展应用于铜冶炼倾动炉、保温炉、连铸铜水包、再生铜熔炼炉，也可延伸至镍、铅、锌等其他有色液态金属熔池测温场景。随着有色冶炼行业持续推进节能降碳、智能制造、环保管控升级，熔融金属短波红外可视化在线监测，将逐步成为大型铜冶炼阳极精炼炉的标准配置。

未来格物优信将持续迭代短波红外探测器、光学系统与 AI 智能图像识别算法，在基础温度场测温之外，增加 AI 智能识别能力，基于热图像自动识别渣层厚度、熔池液面轮廓、炉衬侵蚀区域，实现多参数一体化感知。依托国产化红外核心技术持续突破，助力国内有色冶金行业高端高温监测装备自主可控，推动铜冶炼产业向绿色、智能、高效方向升级。

八、结语

回转阳极炉熔融铜液温度场的精准连续感知，是铜火法精炼提质、节能、稳产的核心瓶颈。一次性热电偶、单点测温仪、长波红外热像仪，受物理原理限制，无法应对阳极炉火焰强光、烟尘、动态浮渣等恶劣工况。格物优信 YOSEEN-SD-640 短波红外热像仪，依托 0.9~1.7μm 短波红外波段优势、InGaAs 面阵探测器与自研火焰抑制、熔融金属发射率补偿算法，隔着炉体石英观察窗，实现阳极炉熔融铜液二维温度场 7×24 小时在线可视化监测，将传统人工凭经验看火调控升级为数字化闭环温控。

这套国产化短波红外监测方案，不仅解决阳极炉熔池长期测温难题，稳定阳极板产品质量、降低燃料消耗与耗材成本，同时打破进口短波红外设备在有色冶金高温监测领域的技术垄断，为铜、镍、铅锌等有色液态金属冶炼场景，提供一套自主可控、稳定可靠的高温可视化监测装备，支撑我国有色冶金行业数字化、绿色化转型升级。