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转炉炼钢炉口光谱分析用于终点温度控制的研究

王勇青  
【摘要】:转炉炼钢是现代钢铁生产中重要方式,我国86%的钢产量出自转炉炼钢。转炉炼钢终点控制是其关键工艺之一。所谓转炉炼钢终点控制是指在炼钢过程中,准确地控制冶炼终点钢水温度和碳含量,对控制钢水质量,节能降耗,提高劳动生产率有着及其重要的意义。在转炉冶炼过程中,由于加入原材料的不稳定性和吹炼过程中复杂的化学反应,对终点碳、温度进行准确地在线检测,一直是全世界冶金行业亟待解决的难题。本文针对这一问题,基于转炉炼钢炉口的光谱辐射信息特征分析,开展转炉炼钢钢水温度在线非接触测量研究,从而实现终点温度准确的在线控制。通过对炉口 345nm到1045nm波段的光谱数据分析,炉口光谱为特征谱线叠加在连续辐射上,在可见光波段有明显的辐射能力。依据所获得的炉口辐射光谱信息,根据黑体辐射理论采用双色法、三色法(灰体模型和Hottel-Broughton模型)及多光谱分析方法分别计算了辐射的平均温度。以彩色CCD为探测器件测量了转炉口光谱辐射投影温度,并进行了伪彩色编码;对转炉口辐射光谱图像进行预处理,包括灰度增强处理、去噪处理、大津(OTSU)阈值分割等;将RGB彩色图像变换到其他彩色空间进行灰度处理;统计了转炉辐射光谱图像ROI区域内的灰度平均值,统计了图像灰度共生矩阵和灰度差分矩阵,提取出图像的角二阶矩、熵、惯性矩、相关性、逆差矩、均值等纹理特征量。统计的灰度平均值及纹理特征量都将作为建立钢水温度预测模型的输入参量。针对实际炼钢现场的各种干扰,以特征波长的强度信号、反映整体辐射强度的信号、反映冶炼时间参量的帧数序号、反映光谱辐射面强度信号的平均灰度值、以及实际炼钢现场的各种干扰,辐射图像的一些纹理特征作为网络的输入参量,首次成功设计了能够排除多种实际现场干扰的终点温度预测模型。本文测试的千余炉数据均采集于实际的转炉吹炼过程。现场试验结果表明,本文构建的终点钢水温度预测模型,完全满足了实际转炉炼钢现场要求。在国内外首次成功实现了采用转炉炼钢炉口的光谱辐射信息特征分析,进行转炉吹炼终点温度的在线实时地准确预测。对世界转炉炼钢终点控制技术的发展具有开创性的意义和广泛的应用价值。


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