行业领域

新一代信息技术产业,高端装备制造产业,智能制造装备产业

需求背景

电解槽火眼是直接观察槽内电解质液面、炭渣漂浮、阳极工作状态、火苗、结壳、电解质翻滚、阳极效应的唯一直观观测窗口。当前行业槽面管控存在明显数字化短板，各类电气、温度、物料监测数据均为间接参数，缺少槽内实景可视化视频流支撑，无法直观佐证各类异常数据的根源。

在铝电解生产过程中，维持适度过热度对提高电流效率、延长槽寿命具有重要意义。过热度过低会导致氧化铝溶解度下降、阳极效应增加和电流损失；过热度过高则会降低电流效率、影响铝质量和电解槽寿命。火眼视频直观反映了电解质的液面波动、颜色变化等动态特征，是识别过热度状态的关键视觉信息来源。

然而，当前行业火眼观测手段存在以下突出痛点：

人工观测局限大。操作工每班次定点开盖查看火眼，单次观测时间短、间隔久，夜间、换极、电流波动等关键时段槽内异常无法及时捕捉。人工观测具有主观性，不同工人对同一槽同一时刻的观测结果不一致，火眼信息的完整保留困难，导致异常槽况溯因不准。

环境因素制约明显。火眼区域存在烟尘、残渣、高温等干扰因素，人工难以实现连续监测，容易造成识别遗漏或延迟。

极端工况下常规摄像头无法长期运行。火眼区域长期高温辐射、强氟化氢腐蚀、氧化铝粉尘持续飞溅、强电磁干扰。常规摄像头对工作环境温度十分挑剔，外加保护装置难以保证恒定工作温度，无法适应现代铝电解槽的使用要求。

海量视频流缺少AI自动分析。即使安装基础摄像设备，仅能实现视频录像存储，缺少实时智能识别算法，无法自动识别阳极效应、炭渣堆积、火苗异常、液面剧烈翻滚等典型槽内病害，视频数据价值无法充分释放。

多源数据与视频流缺少时序联动。前期开发的阳极电流、阴极电流、三钢温度、懵温、炉底压降等监测系统均为独立数据流，无法与火眼视频流时间戳精准对齐，电气温度参数报警时无法同步调取对应时段槽内实景画面。

1.2 行业已有探索与现存差距

近年来，行业已在火眼视觉监测方面取得初步探索成果。中南大学陈晓方团队长期从事火眼视频智能识别研究，已形成包含"一种铝电解槽火眼视频动态特征识别方法及系统"、"火眼视频自适应检测方法"、"基于深度卷积生成对抗网络的铝电解火眼图像修补方法"等多项核心专利，并于2025年将相关专利技术许可给湖南省潇湘智控科技有限公司进行产业化转化。该团队提出的基于改进YOLO模型的火眼视频自适应检测方案，采用DBSCAN聚类算法剔除坐标异常值、三西格马定律剔除规格异常值、滑动指数平均填补缺失值、递归最小二乘滤波器进行自适应滤波，专门解决单一模型在不同铝厂迁移时出现的错检、误检、结果波动大问题。

中国铝业郑州有色金属研究院有限公司已研发出铝电解槽火眼防卡堵系统，基于"一种铝电解槽打壳监控报警装置"专利技术，突破监控火眼堵卡瓶颈，系统堵卡预报准确率达到85%，操作工在办公室通过一台电脑即可观察到每一台电解槽、每一个火眼的状况。

在学术研究方面，基于火眼视频的过热度识别已取得重要进展。最新研究采用VideoMamba增强模型进行火眼视频过热度识别，测试集识别准确率达到85.7%。基于特征引导深度变分自编码器的多模态数据融合方法，综合利用过程数据和火眼图像进行过热度识别，准确率可达93.2%。多源异构数据融合模型通过深度残差网络提取火眼视频过热度特征，结合槽电压特征和阳极电流特征，实现了电解槽状态的有效评估。

中国铝业股份有限公司的专利"一种铝电解槽火眼视频的自动化采集方法和装置"提出了基于巡检小车的火眼视频自动化采集方案，采用广角摄像机与定长焦工业摄像机互补，可在强磁场环境下稳定工作，采集的火眼视频供后续槽温预测、槽况分析和下料决策等分析利用。

然而，上述成果仍存在明显局限：火眼防卡堵系统主要解决堵卡问题而非视觉AI识别；巡检小车方案侧重于视频采集而非连续在线监测；AI识别模型主要针对过热度单一指标，对阳极效应、炭渣堆积、液面翻滚等多目标综合识别能力有待提升；火眼视频与电气、温度等多源数据的时序同步融合尚未形成标准化方案。火眼视频数据属于非结构化数据，而生产参数属于结构化时序数据，两者在采集频率、数据格式和时间基准上存在天然的异构性，需要专门的时序同步融合机制。多数铝企不具备工业视觉AI自主研发能力，难以独立实现工程化攻关。

1.3 建设目标

构建覆盖电解槽火眼全域的耐高温防爆视觉采集与AI智能识别成套系统，实现火眼高清视频7×24小时不间断在线采集，槽内阳极效应、炭渣堆积、液面翻滚等典型槽况自动识别准确率达到行业领先水平，视频流与电气、温度等多源监测数据实现时序同步联动，补齐电解铝数字孪生可视化核心短板，满足安全生产、节能降耗、环保达标与数字化政策合规要求

需解决的主要技术难题

1 火眼高温腐蚀粉尘工况耐高温防爆视觉采集硬件研发

技术难点方面，火眼区域长期处于180-280℃热辐射环境，氟化氢酸性气体持续腐蚀，氧化铝粉尘频繁飞溅，车间存在强直流磁场干扰。常规摄像头镜头易积灰雾化、内部电路温漂严重、镜头腐蚀模糊，短期即出现画面失真甚至黑屏。火眼区域属于可能存在可燃气体的工业场所，摄像终端需满足防爆要求。

性能目标设定为摄像终端长期耐受火眼180-280℃热辐射，具备持续气幕吹扫自清洁功能，镜头长期无积灰雾化。抗车间强直流磁场、氟化氢腐蚀、粉尘冲击，防爆防尘防护等级达标，无故障连续运行不低于3000小时。高清视频分辨率不低于1080P，支持可见光加红外双模式成像。单台设备安装无需长时间停槽。

2 电解槽火眼多目标槽况AI实时识别算法开发

技术难点方面，火眼视频图像受烟尘、噪声干扰严重，单一AI模型在不同铝厂迁移时容易出现错检、误检、结果波动大问题。火眼视频具有时变表观时空特征，存在采集成本高、数据量小、人工标注、标注类别少等问题。过热度识别任务中，火眼视频颜色纹理特征、光流运动信息、深层图像特征等多维度信息需要有效融合。

性能目标设定为阳极效应、炭渣堆积、液面翻滚等典型槽况识别准确率不低于95%，预警延迟不超过3秒。实现火苗长度、炭渣覆盖占比、电解质浑浊度数字化量化输出。针对不同识别任务可分层设定准确率目标：效应识别准确率不低于95%，过热度状态识别准确率不低于85%，并在模型迭代中持续优化。

3 视频流与电气、温度、物料参数时序同步融合技术

技术难点方面，火眼视频帧率通常为25-30帧每秒，每帧间隔约33-40毫秒，属非结构化数据。电气参数如槽电压、阳极电流等采样周期多为秒级，温度参数如三钢温度采样周期为分钟级，属结构化时序数据。三类数据在采集频率、数据格式和时间基准上存在先天的不匹配性，需解决异构数据的时间对齐问题。

性能目标设定为视频流与全部电气、温度监测数据实现秒级时序同步，报警自动联动回放对应时段画面。

4 轻量化边缘端视频处理与低带宽传输方案

技术难点方面，电解车间点位密集，若将所有摄像终端原始视频流全部上传至中心服务器，将占用大量带宽和存储资源。常规视频编码H.264格式压缩率有限，需采用更高压缩率的编码方案。

性能目标设定为边缘本地AI计算，异常自动截图留存，支持按槽号、时间、故障类型快速检索历史视频。

5 标准化视频存储、检索与一体化平台集成技术

技术难点方面，火眼视频数据量巨大，需建立高效的存储和检索机制。火眼视频数据需与槽控系统、能源管理系统、智能运维平台实现无缝对接。

性能目标设定为标准化通讯接口，可对接工厂MES、能源管控、智能运维总平台。

期望实现的主要技术目标

1 视觉采集硬件性能指标

摄像终端长期耐受火眼180-280℃热辐射，具备持续气幕吹扫自清洁功能，镜头长期无积灰雾化。抗车间强直流磁场、氟化氢腐蚀、粉尘冲击，防爆防尘防护等级达标，无故障连续运行不低于3000小时。高清视频分辨率不低于1080P，支持可见光加红外双模式成像，昼夜画面清晰无频闪失真。单台设备安装无需长时间停槽，火眼旁轻量化固定，不影响正常打壳、换极、出铝作业。

2 AI识别与系统功能指标

阳极效应、炭渣堆积、液面翻滚等典型槽况识别准确率不低于95%，预警延迟不超过3秒。实现火苗长度、炭渣覆盖占比、电解质浑浊度数字化量化输出。视频流与全部电气、温度监测数据实现秒级时序同步，报警自动联动回放对应时段画面。边缘本地AI计算，异常自动截图留存，支持按槽号、时间、故障类型快速检索历史视频。标准化通讯接口，可对接工厂MES、能源管控、智能运维总平台。

预期效益

1 安全效益

实现电解槽火眼二十四小时不间断可视化在线监控，取消人工频繁开盖巡检，降低高温槽面烫伤、烟气吸入安全风险。阳极效应、槽内病害提前自动预警，效应系数大幅下降，氟化物无组织排放得到有效管控，降低环保超标风险。

2 管理效益

所有电气、温度异常均可同步调取实景画面，故障溯源、工艺复盘效率提升80%以上，精准指导工艺优化持续降低吨铝电耗。补齐电解铝数字孪生可视化短板，形成电气参数加热场数据加物料数据加实景视频完整全维度数字化管控体系。

3 政策合规效益

满足绿色工厂、智能冶炼、能耗双控、环保在线监管工况可视化、全过程可追溯硬性评审要求。为环保无组织排放、阳极效应管控、高温槽面安全隐患排查提供可视化证据支撑，大幅提升数字化技改项目、行业示范项目申报竞争力。

4 行业示范效益

突破电解槽火眼高温粉尘腐蚀工况长效视觉监测工程化瓶颈，形成适配全国存量300-600kA电解槽可复制推广的槽面智能视觉成套解决方案。