本发明专利技术公开了基于火焰图像特征的转炉钢水碳含量在线测量方法，取相邻三帧图像Harris角点数量的平均值作为判断炼钢三个阶段的依据，计算图像中每个像素的熵，提取熵大于阈值的点作为轮廓位置，计算火焰右侧轮廓倾斜角度，获得火焰图像的轮廓之后，计算在窗口边缘的两个像素连线与水平之间的夹角，统计所有轮廓处的角度，取平均值后作为火焰的轮廓倾斜角度；在离线状态下，测量火焰末期多个时刻的钢水碳含量，同时获得与之对应的火焰右侧轮廓倾斜角度，将多个钢水碳含量数据，火焰右侧轮廓倾斜角度数据保存为二元关系表；通过插值方式实时测量钢水碳含量。本发明专利技术的有益效果是能通过火焰图像精确判断钢水含碳量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金
，涉及基于火焰图像特征的转炉钢水碳含量在线测量方 法。
技术介绍
"十二五"时期是深入推进科学发展、加快转变发展方式的攻坚阶段。以钢铁工业 结构调整、转型升级为主攻方向，以自主创新和技术改造为核心，提高质量，扩大高性能钢 材品种，实现量化用钢，推进节能降耗，加快实现由注重规模扩张发展向注重品种质量效益 的转变成为钢铁行业结构转型的重点。炼钢过程中对钢水质量影响最大的就是碳含量，炼 钢过程中对碳含量进行在线测量是全世界冶金行业普遍面临的一个重要难题，也是决定转 炉炼钢终点的重要依据之一。 近年来，对钢水碳含量的判断主要有三种方式，分别是：1)副枪取样与烟气分析 技术。副枪是一种在氧枪上配置有专门探头的检测装置。当需要对吹炼数据判断时，可以 将副枪浸入到溶池内，检测钢水的碳含量，根据得到的数据判断吹炼所处的阶段。但副枪 探测属于间断性检测，不能实现对整个吹炼过程数据的实时连续测量。另外，副枪的探头 长期工作在具有高温和腐蚀的环境中且设备价格昂贵，因此使用的成本也较高，同时对炉 容要求严格，不能在中小型的转炉中推广使用，一般要120吨以上，而我国钢铁生产的主体 是中小型转炉，其产量占到了转炉总产量的75%左右，因此，副枪取样技术难以满足我国 以中小钢厂为主的现状。烟气分析技术是指利用烟气分析仪或质谱仪等设备，检测从炉口 排除的气体成分，通过仪器分析得到溶池内的脱碳速度，并将数值反馈给控制系统，根据 偏差及时调整供氧量，进而达到对终点的准确控制。烟气分析技术虽然不受炉容限制，但 是对原材料要求比较严，对钢厂自动化要求高，同时其价格昂贵，且质谱仪属于精密仪器， 在钢厂炼钢环境下，气体标定周期短，采样头更换频繁，维护量大。2)人工判断方式。碳的 氧化速度发生变化时，必然会从火焰上表现出来。从炉口观察碳氧化产生的火焰边界长 短、形状、颜色、纹理等信息判断钢水含碳量的多少并进行拉碳或增碳控制终点，是炼钢工 人在长期生产中积累的经验。但人工经验判断不够精确，而且判断的结果与人员的经验、当 时的情绪以及状态等因素有关，使得判断存在主观性，进而影响终点判断的准确性。另外， 近距离面对高温环境不利工人的身体健康与人身安全。3)光学法。光学法是指采用红外 激光穿透炉口炉气来测量炉气成分控制终点控制的方式。红外激光穿透炉气时会发生变 化，间接反映烟气中的化学成分，对冶金过程的在线监控提供了依据。美国伯利恒钢铁公 司研制了一种光学探头，根据测定吹入转炉中的氧气、以及转炉炉口排出的炉气中波长为 560nm的光强度，计算光强度的变化量和吹入氧气的总量，得到钢水中碳的含量，但这种 方法仅对于低碳时的终点控制有效，而且此设备适用于200吨以上的大型转炉，对转炉的 要求也比较高，难以在中小型转炉中使用。目前国内大多数的转炉炼钢生产采用人工经验 进行终点判断，难以保证比较高的终点命中率，造成资源浪费，效益低下。而其他方法并 不适合目前国内钢铁生产的主体是中小型转炉的现状。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于火焰图像特征的转炉钢水碳含量在线测量，解决了现 有的方法没有充分利用火焰本身提供的信息，提取的特征有限，容易受到噪声的干扰，会影 响结果的正确性与稳定性的问题。 本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行： 步骤1 :取相邻三帧图像Harris角点数量的平均值作为判断炼钢三个阶段的依 据，当角点数量为0-50时，炼钢进入末期，启动下一阶段的碳含量在线检测； 步骤2 :计算图像中每个像素的熵，提取熵大于阈值的点作为轮廓位置，以图像的 每个像素为中心，统计7*7的方形窗口熵，当该值大于0. 9时就判断是轮廓； 步骤3 :计算火焰右侧轮廓倾斜角度，获得火焰图像的轮廓之后，对轮廓上的每个 像素加窗，窗口大小为7*7个像素，计算在窗口边缘的两个像素连线与水平之间的夹角，统 计所有轮廓处的角度，角度在之间的像素点为右侧轮廓像素，取平均值后作 为火焰的轮廓倾斜角度； 步骤4 :绘制角度-碳含量关系表，在离线状态下，测量火焰末期多个时刻的钢水 碳含量，同时获得与之对应的火焰右侧轮廓倾斜角度，将多个钢水碳含量数据，火焰右侧轮 廓倾斜角度数据保存为二元关系表； 步骤5 :通过插值方式实时测量钢水碳含量，实时测量过程中，通过步骤3测得火 焰右侧轮廓倾斜角度，参考步骤4获得的二元关系表，通过线性插值方法获得对应的钢水 碳含量。 进一步，所述步骤2中，图像的熵定义为【主权项】1. ，其特征在于按照以下步骤进 行： 步骤1 :取相邻三帧图像Harris角点数量的平均值作为判断炼钢三个阶段的依据，当 角点数量为0-50时，炼钢进入末期，启动下一阶段的碳含量在线检测； 步骤2 :计算图像中每个像素的熵，提取熵大于阈值的点作为轮廓位置，以图像的每个 像素为中心，统计7*7的方形窗口熵，当该值大于0. 9时就判断是轮廓； 步骤3 :计算火焰右侧轮廓倾斜角度，获得火焰图像的轮廓之后，对轮廓上的每个像素 加窗，窗口大小为7*7个像素，计算在窗口边缘的两个像素连线与水平之间的夹角，统计所 有轮廓处的角度，角度在之间的像素点为右侧轮廓像素，取平均值后作为火 焰的轮廓倾斜角度； 步骤4 :绘制角度-碳含量关系表，在离线状态下，测量火焰末期多个时刻的钢水碳含 量，同时获得与之对应的火焰右侧轮廓倾斜角度，将多个钢水碳含量数据，火焰右侧轮廓倾 斜角度数据保存为二元关系表； 步骤5 :通过插值方式实时测量钢水碳含量，实时测量过程中，通过步骤3测得火焰右 侧轮廓倾斜角度，参考步骤4获得的二元关系表，通过线性插值方法获得对应的钢水碳含 量。2. 按照权利要求1所述，其特征在 于：所述步骤2中，图像的熵定义为其中，s为像素灰度值量化的级数，值为64, pk表示象素点落入区间k的概率。3. 按照权利要求1所述，其特征在 于：所述步骤5中线性插值方法如下： 设有数据对（a i，X1)，（ α 2, X2)，求α 3对应的X 3值： X3= (x 2-X!) / ( α 2- a j) * ( α 3- a j) 从而获得数据对（α3, χ3)。【专利摘要】本专利技术公开了，取相邻三帧图像Harris角点数量的平均值作为判断炼钢三个阶段的依据，计算图像中每个像素的熵，提取熵大于阈值的点作为轮廓位置，计算火焰右侧轮廓倾斜角度，获得火焰图像的轮廓之后，计算在窗口边缘的两个像素连线与水平之间的夹角，统计所有轮廓处的角度，取平均值后作为火焰的轮廓倾斜角度；在离线状态下，测量火焰末期多个时刻的钢水碳含量，同时获得与之对应的火焰右侧轮廓倾斜角度，将多个钢水碳含量数据，火焰右侧轮廓倾斜角度数据保存为二元关系表；通过插值方式实时测量钢水碳含量。本专利技术的有益效果是能通过火焰图像精确判断钢水含碳量。【IPC分类】C21C5-28, G06T7-00, G01N21-00【公开号】CN104531936【申请号】CN201410718774【专利技术人】刘立, 万亚平, 罗扬, 李悛, 刘芳菊, 汪琳霞 【申请人】南华大学【公开日】2015年4月22日【申请日】2014年12月1日本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于火焰图像特征的转炉钢水碳含量在线测量方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：取相邻三帧图像Harris角点数量的平均值作为判断炼钢三个阶段的依据，当角点数量为0‑50时，炼钢进入末期，启动下一阶段的碳含量在线检测；步骤2：计算图像中每个像素的熵，提取熵大于阈值的点作为轮廓位置，以图像的每个像素为中心，统计7*7的方形窗口熵，当该值大于0.9时就判断是轮廓；步骤3：计算火焰右侧轮廓倾斜角度，获得火焰图像的轮廓之后，对轮廓上的每个像素加窗，窗口大小为7*7个像素，计算在窗口边缘的两个像素连线与水平之间的夹角，统计所有轮廓处的角度，角度在[20°‑90°]之间的像素点为右侧轮廓像素，取平均值后作为火焰的轮廓倾斜角度；步骤4：绘制角度‑碳含量关系表，在离线状态下，测量火焰末期多个时刻的钢水碳含量，同时获得与之对应的火焰右侧轮廓倾斜角度，将多个钢水碳含量数据，火焰右侧轮廓倾斜角度数据保存为二元关系表；步骤5：通过插值方式实时测量钢水碳含量，实时测量过程中，通过步骤3测得火焰右侧轮廓倾斜角度，参考步骤4获得的二元关系表，通过线性插值方法获得对应的钢水碳含量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘立，万亚平，罗扬，李悛，刘芳菊，汪琳霞，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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