本发明专利技术公开了一种炉口辐射信息融合用于炼钢在线终点控制的系统及其方法，包括炉口辐射获取分系统、光纤谱分复用分系统、多光谱复合探测分系统、炉口火焰视频获取分系统和综合判定分系统；炉口辐射获取分系统连接光纤谱分复用分系统，该光纤谱分复用分系统连接多光谱复合探测分系统，该多光谱复合探测分系统通过串口与综合判定分系统相连接；炉口火焰视频获取分系统包括配备着光学镜头的ＣＣＤ摄像机和视频采集卡，ＣＣＤ摄像机架设在炉口辐射获取分系统上，该摄像机连接视频采集卡，该视频采集卡连接综合判定分系统。本发明专利技术实现了远距离探测（２０ｍ），这样就实现了不用繁琐的冷却装置和除尘装置就可以在炼钢的恶劣环境下正常工作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于用于转炉(Basic Oxygen Furnace,简称BOF)炼钢吹炼过程的终点控 制技术，特别是一种。
技术介绍
现在关于转炉终点判定的传统方法主要有静态控制模型和动态控制模型的方法。 静态模型依据物料平衡原理和热平衡原理，对吹炼过程的初始条件进行定量计算，但是，由 于未考虑吹炼过程的信息，不能进行在线跟踪实时修正。动态控制主要是副枪设备，副枪可 以通过把在转炉的吹炼过程中副枪测得的结果与预定的吹炼目标相比较后，按照两者的偏 差来修正吹炼操作，但是，受副枪的尺寸及副枪投资成本高的限制，现在仅使用在大型的转 炉钢厂，还无法推广到中小型转炉厂。 因而，目前，国内炼钢中占主体的中小型转炉钢厂仍主要使用以单一静态模型为 基础，以操作台仪表显示和人工经验为依据的终点判定方法。在实际操作中，倒炉测温定碳 后再进行下一步操作，但是一般情况下，受吹炼过程的复杂程度和工人的精神状态的影响， 一次拉碳的命中率往往比较低，常常需要进行补吹操作，这就降低生产率，影响钢水质量， 加大了工人的劳动强度。 由于传统方法或者对终点判断不准确，或者成本高适用性不广，逐渐出现了一些 对转炉终点进行判断的新型终点控制方法，其中一种光学方法授予沙润 阿洛克的中国专 利96197034中。 该专利设计了一种带冷却系统和除尘空气刷的光传感器测量设备，该设备在距 离290吨大型转炉30英尺的较近距离下采集转炉炉口可见光的560nm波长段的光强度， 通过把测得转炉吹炼过程的最大光强度差和同一时刻的吹氧量作为模型输入变量送给专 用的可编程控制器进行计算，来得到此刻钢水的在吹碳含量。该专利认为该技术适用于含 0. 06%或更少的低碳钢的含碳量及一次拉碳的含碳量的预测。 但是该专利所涉及的装置本身造成了成本的提高，前期每次采样时间为60s，后期 每次采样时间为4s，这都对数据样本的连续性带来了一定的影B向，并会丢失有效数据，尤其 是在吹炼关键后期阶段。 在该专利中，所用方法目前只适用于供氧稳定的、200t以上大型转炉、含碳量低于 0. 05%范围内的钢水终点碳含量的控制，而且装置中有繁琐的冷却装置和除尘装置，在判 定中高碳钢转炉时，使用该专利有着较大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于转炉炼钢现场的准确、低成本、非接触远距离、易 操作、使用可靠的转炉炼钢终点在线测量控制的系统和用于转炉终点预测的模型及方法， 从而能解决当前转炉炼钢吹炼终点难以准确预测的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种炉口辐射信息融合用于炼钢在线终点控制的系统，包括炉口辐射获取分系统、光纤谱分复用分系统、多光谱复合探测分系统、炉口 火焰视频获取分系统和综合判定分系统；炉口辐射获取分系统连接光纤谱分复用分系统， 该光纤谱分复用分系统连接多光谱复合探测分系统，该多光谱复合探测分系统通过串口与 综合判定分系统相连接；炉口火焰视频获取分系统包括配备着光学镜头的CCD摄像机和视 频采集卡，CCD摄像机架设在炉口辐射获取分系统上，该摄像机连接视频采集卡，该视频采 集卡连接综合判定分系统； 炉口辐射获取分系统把转炉炉口火焰辐射的光谱能量信息采集下来，并成像到焦 平面上，光纤谱分复用分系统的一端与炉口辐射获取分系统的焦平面耦合，另一端把采集 到的光谱能量信息等分成四路或四路以上通道，并分别传输到配备着不同波长干涉滤光片 的与通道相对应的光电探测器中去，这些光电探测器位于多光谱复合探测分系统的接收 端，通过该多光谱复合探测分系统将光信号转变成电信号并通过串口传送给综合判定分系 统的串口接收软件，进行炉口辐射的光谱光强信息的接收、存储和绘图操作；将炉口火焰视 频获取分系统的CCD摄像机调整与炉口辐射获取分系统的采集视觉吻合，该CCD摄像机采 集到转炉炉口火焰视频图像的RGB颜色模型信息后，通过视频输入端传输到视频采集卡， 该视频采集卡利用综合判定分系统的图像采集处理软件，把该RGB颜色模型信息通过 颜色模型转换后的HSV颜色模型中的色度信息存储，得到的该色度信息作为炉口火焰图像 的特征信息数据，根据该数据进行绘图操作；最终，综合判定分系统的BP神经网络终点预 测模型利用得到光谱光强信息和炉口火焰图像信息这两部分数据进行转炉炼钢的在线终 点预测控制。 —种炉口辐射信息融合用于炼钢在线终点控制的方法，步骤如下 第一步，获取光谱光强信息，把转炉炉口火焰辐射的光谱能量信息采集下来，通过光纤谱分复用分系统把采集到的光谱能量信息等分成四路或四路以上通道，通过多光谱复合探测分系统将光信号转变成电信号并通过串口接收软件接收，得到炉口辐射处的光谱光强信息数据，根据该数据进行绘图操作； 第二步，获取炉口火焰图像信息，采集的转炉炉口火焰视频图像的RGB颜色模型 信息，通过视频输入端传输到视频采集卡，该视频采集卡利用图像采集处理软件，把该RGB 颜色模型信息通过颜色模型转换后的HSV颜色模型中的色度信息存储，得到的该色度信息 作为炉口火焰图像的特征信息数据，根据该数据进行绘图操作； 第三步，把光谱光强信息和炉口火焰图像信息进行基准调整，将相对较小的光谱 光强值的放大倍数进行调整，即把吹炼末期图像最高值对应时刻所对应的光谱光强值调整 为同样大小的图像值，以此得到的放大倍数作为全局变量的调整基数；同时利用等权中心 滑动滤波方法对上述数据进行滤波平滑及去噪声处理，最终得到转炉吹炼中的光谱光强和 图像特征变化曲线图； 第四步，构建的BP神经网络模型对终点时刻进行定量的判断，首先选择BP神经 网络预测模型中输入变量，假定选定全部变量个数为m，隐含层的神经元数为h， z为网络 输出，则hr为隐含层各节点的输入，Hr为隐含层各节点的输出，定义G = Cov(hr， x》wj Var (h》为输入节点s对隐节点r的影响值，gr = Cov(Hr， z)w乂Var (H》为隐节点r对输出 的影响值，Qs =E Gfsgr为输入变量对总体输出的影响值；若总体变量中的n个变量的影响 之和占总体影响值的90X以上，则选取这n个变量为网络模型的输入变量； 其次，最终所选用的模型的输入输出参量为 (l)BP网络模型的输出量考虑到整个模型是实现炼钢终点时间的预测，所以选 择为转炉炼钢吹炼终点时间T(单位秒)作为模型的输出； (2)BP网络模型的输入量由于将转炉炼钢吹炼终点时间T作为模型的输出，考虑 到整个过程中后期的值相对稳定，所以比较分析后，选定400-500秒时间段的光谱光强均 值、图像均值、两者间的比值，吹炼末期图像值最大点所对应的时间，该最大点对应的图像 值、光谱光强值以及两者间比值以上七个变量作为输入参量； 最后，基于光谱光强和图像特征变化曲线图和模型的输入输出变量建立BP神经 网络终点预测模型，利用现场采集的大量的转炉炼钢吹炼数据，经BP神经网络终点预测模 型的训练后，对现场吹炼炉次的终点进行网络模型的实时预测，利用该模型得到的终点预 测值和终点实际值的现场对比结果，实现转炉的终点预测控制。 本专利技术与现有技术相比，其显著优点 (1)通过使用望远系统与光纤谱分复用系统相结合，实现了远距离探测(20m)，这 样就实现了不用繁琐的冷却装置和除尘装置就可以在炼钢的恶劣环境下正常工作； (2)提出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种炉口辐射信息融合用于炼钢在线终点控制的系统，其特征在于包括炉口辐射获取分系统［１］、光纤谱分复用分系统［３］、多光谱复合探测分系统［４］、炉口火焰视频获取分系统［２］和综合判定分系统［５］；炉口辐射获取分系统［１］连接光纤谱分复用分系统［３］，该光纤谱分复用分系统［３］连接多光谱复合探测分系统［４］，该多光谱复合探测分系统［４］通过串口与综合判定分系统［５］相连接；炉口火焰视频获取分系统［２］包括配备着光学镜头的ＣＣＤ摄像机和视频采集卡，ＣＣＤ摄像机架设在炉口辐射获取分系统［１］上，该摄像机连接视频采集卡，该视频采集卡连接综合判定分系统［５］； 炉口辐射获取分系统［１］把转炉炉口火焰辐射的光谱能量信息采集下来，并成像到焦平面上，光纤谱分复用分系统［３］的一端与炉口辐射获取分系统［１］的焦平面耦合，另一端把采集到的光谱能量信息等分成四路或四路以上通道，并分别传输到配备着不同波长干涉滤光片的与通道相对应的光电探测器中去，这些光电探测器位于多光谱复合探测分系统［４］的接收端，通过该多光谱复合探测分系统［４］将光信号转变成电信号并通过串口传送给综合判定分系统［５］的串口接收软件，进行炉口辐射的光谱光强信息的接收、存储和绘图操作；将炉口火焰视频获取分系统［２］的ＣＣＤ摄像机调整与炉口辐射获取分系统［１］的采集视觉吻合，该ＣＣＤ摄像机采集到转炉炉口火焰视频图像的ＲＧＢ颜色模型信息后，通过视频输入端传输到视频采集卡，该视频采集卡利用综合判定分系统［５］的图像采集处理软件，把该ＲＧＢ颜色模型信息通过颜色模型转换后的ＨＳＶ颜色模型中的色度信息存储，得到的该色度信息作为炉口火焰图像的特征信息数据，根据该数据进行绘图操作；最终，综合判定分系统［５］的ＢＰ神经网络终点预测模型利用得到光谱光强信息和炉口火焰图像信息这两部分数据进行转炉炼钢的在线终点预测控制。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈延如，赵琦，张文宣，周木春，李武森，陈文建，刁岳川，胡道峰，李翔，翟卫江，温宏愿，张猛，许凌飞，王勇青，辛煜，徐实学，李伽，陈晶晶，
申请(专利权)人：南京理工大学，南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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