一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法技术

本发明专利技术公开一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法，采用置于RH精炼炉顶的红外探测器实时获取炉内待测量目标区域内包括钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的红外热像图，结合钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的辐射特性以及RH炉内情况以及钢水的波动特性理论分析，利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像，确定目标钢水红外热图像识别并确定目标正辐射区域，计算目标正辐射区域的平均灰度，并转化为目标钢水的红外光谱辐射强度，结合钢水温度测量原理模型反演迭代算法计算钢水温度。通过本发明专利技术的工程应用可以实现钢水温度实时连续测量，大幅降低资源消耗、减少工人劳动强度，有利于指导生产和实现优化控制，从而达到科学炼钢和精密炼钢的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法，采用置于RH精炼炉顶的红外探测器实时获取炉内待测量目标区域内包括钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的红外热像图，结合钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的辐射特性以及RH炉内情况以及钢水的波动特性理论分析，利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像，确定目标钢水红外热图像识别并确定目标正辐射区域，计算目标正辐射区域的平均灰度&.并转化为目标钢水的红外光谱辐射强度，结合钢水温度测量原理模型反演迭代算法计算钢水温度。通过本专利技术的工程应用可以实现钢水温度实时连续测量，大幅降低资源消耗、减少工人劳动强度，有利于指导生产和实现优化控制，从而达到科学炼钢和精密炼钢的目的。【专利说明】一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法
本专利技术涉及冶金行业钢水精炼及有色金属冶炼相关领域，具体涉及一种RH精炼 炉钢水温度实时在线监测方法。 技术背景 温度是炼钢过程中需要重点控制的工艺参数之一，合适的钢水温度是保证连铸坯 质量的重要前提。过高的钢水温度不仅易造成拉漏、溢钢等事故，而且会增加钢中夹杂物数 量，易产生铸坯的内裂，影响铸坯质量；温度过低的钢水流动性差，易堵水口，回炉率高。为 确保炼钢浇注过程中的钢水温度合适，对过程钢水温度值进行准确预测和监控显得尤为重 要，建立合理的温度制度是有效地控制钢水温度的基本对策。 RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备，而温度监测与控制 则是其生产过程中的关键参数之一，直接关系到终点温度的命中率及钢的品质。 目前，国内常用的测温技术主要有两种，一种是常用的热电偶法，另一种是黑体空 腔测温法。前者为接触式测温，是一种业界认为比较稳定可靠的测温方式，但每检测一次需 消耗一个传感探头，所以不适于连续检测，具有一定的局限性，而且测量的成功率并不是很 高，每炉按测量5次计算，平均需要7?8根热电偶，不能达到实时在线连续监测的目的；后 者是将黑体空腔置于钢水中，再用测温枪对黑体空腔进行测温，由于黑体腔需经过一定时 间的热传导才能与钢水温度达到一个动态平衡，所以这种方法具有较高的滞后性，延时最 高可达190s，即使建立相关传热模型以后，平均响应时间也滞后50s左右，因而也没有达到 实时测温的目的，另外，由于每使用40炉左右黑体空腔就会损坏，所以也存在运行成本的 问题。 近红外比色测温技术，是一种集数字成像技术、光电传感技术、以及信号处理技术 于一体的在线监测式测温技术。该技术也是目前国内发展最为迅速的测温技术之一，在很 多行业都得到了广泛应用。其基本流程是：红外探测器通过接收物体表面发出的红外辐射 形成热图像，并以数字信号的形式传输到计算机处理系统，经过模糊C均值聚类将钢水与 炉壁、钢渣等杂质区分出来，从而获得图像中钢水部分的灰度，再由反演算法计算出钢水温 度，因此具有稳定性、可靠性、实时性和连续性等优点。 本专利技术基于近红外比色测温技术对高温物体温度检测的优势，提出了一种RH精 炼炉钢水温度实时在线监测方法，温度测量结果准确、实时、连续。可与RH炉Oracle数据 库接口，可准确地指导喷粉、吹氧、加铝等操作，对提高钢水精炼终点温度预报命中率及钢 材的质量、降低生产成本、提升RH生产效率都具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术通过对炉内物质的识别和区分，并对有效的钢水目标进行提取，解决了 RH 炉钢水精炼温度实时在线监测中的难题，测量得到的钢水实时温度，及时反馈至优化控制 系统，从而指导喷粉、加铝、脱碳、脱氧等操作，克服了其它现有方法的滞后性、资源浪费、劳 动强度大、安全系数低、依赖经验判断等问题。 本专利技术所采用的技术方案是： 一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法，其特征在于：采用置于RH精炼炉顶 的红外探测器实时获取炉内待测量目标区域内包括钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的红外热图 像，结合钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的辐射特性以及RH炉内情况以及钢水的波动特性理论 分析，利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像，进行目标钢水红外热图像识 别并确定目标正辐射区域，计算目标正辐射区域的平均灰度并转化为目标钢水的红外 光谱辐射强度，结合钢水温度测量原理模型，利用比色温度反演迭代算法计算钢水温度，并 通过数据接口与RH炉自动控制系统连接，提供关键数据，实现闭环控制。 因为钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的辐射率ε特性为ε钢垢< ε炉壁< ε钢渣< ε钢水，所 以其对应红外热图像的灰度等级有低到高依次为钢垢、炉壁、钢渣、钢水，确定钢水的红外 热图像具有最大亮度；而到钢渣离散地分布在钢水中，而翻滚的钢水则成片地大面积聚积； 同时RH炉内钢水是不停翻滚的，根据RH炉的结构特征，可视为喷泉形式，钢水由上升浸渍 管涌出，由下降浸渍管回落，并不断循环；而红外探测器在RH炉顶的位置是固定不变的，红 外探测器获取钢水红外辐射图像的角度具有较大的随机性和变化范围；所示在采集到的红 外热图像中，提取钢水的正向辐射区域（钢水液面与视线垂直，入射角约等于零度）即可得 到合适的钢水目标。 所述的利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像进行目标区域钢水 红外热图像的识别如下： a)、确定最佳分类数 采用混合F统计量与经验相结合的方法来完成，最佳分类数的正确性用模糊划分 熵来检验；F统计的主要思想如下： 给定有限样本集U= {Ul，u2, Λ，ι〇，υ中每个元素特征个数为m，可写为： 屮={un，ui2, A，uJ，i = 1，2, Λ，η (2) 欲将数集υ划分成C类，要求2 < C < η，Αη Α2, Λ，Α。表示划分所得的C个类别， 聚类中心给定为：V = ν2, Λ, v。}，另外，Vi = (Vil，Vi2, Λ, vj， 令： 【权利要求】1. 一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法，其特征在于：采用置于RH精炼炉顶的 红外探测器实时获取炉内包括钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的红外热图像，结合钢水、钢渣、炉 壁、钢垢的辐射特性、RH炉内情况以及对钢水波动特性的理论分析，利用模糊C均值聚类和 阈值分割法处理红外热图像，进行钢水红外热图像识别并确定目标钢水正辐射区域，计算 目标正辐射区域的平均灰度I，并转化为目标钢水的红外光谱辐射强度。依据该光谱辐射 强度，结合钢水温度测量模型反演计算目标钢水温度。2. 根据权利要求1所述的RH精炼炉钢水实时温度在线监测方法，其特征在于：利用模 糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像进行钢水红外热图像的识别及目标正辐射 区域的确定，其过程如下： (1)、利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理该红外热图像： a)、确定最佳分类数 采用混合F统计量与经验相结合的方法来完成，最佳分类数的正确性用模糊划分熵来 检验；F统计的主要思想如下： 给定有限样本集U = {up u2, Λ，un}，U中每个元素特征个数为m,可写为： Ui = {un, ui2, A , uj , i = 1, 2, Λ , n (2) 欲将数集U划分成C类，要求2彡C彡n，Ap A2, Λ，A。表示划分所得的C个类别，聚类 中心给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RH精炼炉钢水温度实时在线监测方法，其特征在于：采用置于RH精炼炉顶的红外探测器实时获取炉内包括钢水、钢渣、炉壁以及钢垢的红外热图像，结合钢水、钢渣、炉壁、钢垢的辐射特性、RH炉内情况以及对钢水波动特性的理论分析，利用模糊C均值聚类和阈值分割法处理红外热图像，进行钢水红外热图像识别并确定目标钢水正辐射区域，计算目标正辐射区域的平均灰度并转化为目标钢水的红外光谱辐射强度。依据该光谱辐射强度，结合钢水温度测量模型反演计算目标钢水温度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海滨，唐磊，陈新兵，刘纯红，郭刘虎，仓亚军，李梓霂，项龙飞，钟核俊，
申请(专利权)人：合肥瑞石测控工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34