基于料面温度场和布料模型的高炉煤气流分布在线检测方法及应用

摘要

煤气流分布状况直接影响高炉煤气热能和化学能的利用效率，关系到炉内温度分布、软熔带结构、炉墙热负荷、高炉热平衡状态以及高炉炉况的稳定顺行，高炉操作在很大程度上就是在于谋求合理、适宜的煤气流分布。但是，高炉是一个高温、高压、密闭的容器，高炉内煤气流分布检测问题是一个典型的“黑箱”问题，直接检测高炉内煤气流分布十分困难，在一般检测设备条件下，操作人员需要利用高炉生产过程的温度、压力、炉料分布等多种过程信息间接推断煤气流分布。因此，研究煤气流分布在线检测及其分布性能评价方法，对于协助操作人员判断高炉煤气流分布和炉况、指导高炉布料操作优化来获取合理煤气流分布、实现高炉冶炼优质、高产、低耗、长寿的生产目标，具有现实的经济和科学指导意义。 本文在分析高炉料面温度场、料层矿焦比和煤气流分布关系的基础上，研究了综合多种高炉过程信息间接推断煤气流分布、评价煤气流分布性能及其变化趋势的问题，提出了三个模型的建模方法和一个评价指数形式，探讨了高炉煤气流分布在线监测系统的关键实现技术。主要包括提出了基于红外图像处理的料面温度场建模方法、基于运动学分析的高炉布料模型建模方法、基于可拓评价理论的煤气流分布性能评价模型建模方法，以及一种表征炉料分布的矿焦比指数化形式，建立了高炉煤气流分布综合监测系统，并且得到较好的实际应用效果。 本文主要研究工作和创新点如下： (1)提出了一种基于红外图像的料面温度场建模方法。 本文在分析料面温度场分布特性基础上，提出了一种基于红外图像的料面温度场建模方法，重点研究了料面温度场模型图像特征提取和温度定标两个关键问题的解决方法。针对高炉内环境复杂、干扰较多、料面温度分布形态多样性的特点，以合理反映煤气流分布区域为图像识别原则，提出了基于时间和空间尺度的混合滤波法、基于经验知识和信息熵的最佳阈值选择策略、基于轮廓跟踪和中心定标算法的料面温度场特征提取方法，通过料面温度场间接反映高炉煤气流分布，协助操作人员判断煤气流分布的稳定性、偏心度、“管道

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第一章绪论

1.1研究背景与目的意义

1.2国内外研究现状与发展趋势分析

1.2.1基于厄根方程的煤气流分布建模方法

1.2.2基于软熔带模型的煤气分布判断方法

1.2.3基于料面温度场的煤气流分布判断方法

1.2.4基于布料模型的煤气流分布判断方法

1.2.5煤气流分布性能评测方法与炉况诊断

1.3存在的问题

1.4主要研究内容

1.5论文构成

第二章高炉炉内煤气流的形成及其分布

2.1高炉生产工艺

2.2高炉煤气流的形成

2.3煤气流分布的形态

2.4煤气流分布的影响因素

2.5煤气流分布的控制措施

2.6小结

第三章基于料面温度场的高炉煤气流分布检测方法

3.1料面温度场分布特性分析

3.2料面温度场在线检测方法的基本原理

3.2.1红外图像测温的理论依据

3.2.2料面温度场建模方法的基本思想

3.3煤气流分布的图像特征提取

3.4温度场动态定标算法

3.5小结

第四章基于布料模型的高炉煤气流分布检测方法

4.1炉顶布料设备

4.2高炉布料模型设计

4.2.1料层分布的影响因素

4.2.2模型条件假设

4.2.3模型总体设计

4.3无料钟高炉布料模型

4.3.1 Q/r料流模型

4.3.2料流轨迹模型

4.3.3炉料分布模型

4.3.4矿焦比计算模型

4.4布料模型的验证与分析

4.4.1焦层坍塌现象的验证与分析

4.4.2矿焦比分布的验证与分析

4.5小结

第五章高炉煤气流分布综合评价方法

5.1煤气流分布的目标期望

5.2煤气流分布评价指标和方法

5.2.1评价指标的选取原则

5.2.2高炉煤气流分布评价指标体系设计

5.2.3煤气流分布性能指标及其判断方法的选取

5.3高炉煤气流分布可拓评估模型

5.3.1物元与可拓集合

5.3.2煤气流分布状态与性能评价等级的关联度

5.3.3煤气流分布性能评价等级的评定

5.4实例分析

5.5 小结

第六章煤气流分布的温度场-布料模型综合监测系统

6.1系统设计

6.1.1设计要求

6.1.2系统整体框架

6.1.3软件结构设计

6.2软件实现技术

6.2.1数据库通信技术

6.2.2基于OPC的系统嵌入技术

6.2.3 OpenGL三维立体显示技术

6.3 工业应用效果

6.4小结

第七章结论与展望

7.1主要研究成果

7.2进一步工作展望

参考文献

致谢

发表的学术论文

攻读学位期间主要研究成果