RH精炼炉钢水温度实时监测系统的优化设计

摘要

在冶金、石化等行业中，首要目标就是提高其生产率和生产质量。这就需要控制好生产过程中的各个工序和相应参数，其中最关键的莫过于加热工件的表面温度，准确而又及时地获取工件的表面温度至关重要。例如在冶炼中，钢铁表面温度的高低就决定了它是否拥有良好的金相性能。
　　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，另一种是东北大学提出的黑体空腔法。前者是接触法测温，是一种业界认为比较可靠的测温方式，但其局限性很大，而且测量的成功率并不是很高。后者虽然也属于接触测温，但是将测温探头置于黑体空腔中再插入钢水内部，测得的温度也具有较高的滞后性，通常情况下，平均响应时间在50s左右，因此也没有达到实时测温的目的。
　　炉外精炼技术已经得到空前发展，在先进的自动化控制和完备的模型控制系统下，初步实现了对精炼工艺过程的精确控制。但是，RH精炼过程中的钢水温度检测目前还没有实现实时连续，依然是通过现场的热电偶探头对钢包内钢水进行多次接触式测量的方式获取。这种方式需要人工配合，并且缺乏相应的温度控制模型，完全依赖经验指引，因而存在测温时间滞后、测温不连续、劳动强度大等问题。
　　本项目采用近红外比色测温技术，它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身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。红外CCD摄像机通过接收物体表面发出的红外辐射使其成像，并以数字信号的形式传输到计算机处理系统，再根据接收到辐射图像的分析结果准确判断物体表面的温度分布情况，具有可靠性、实时性和准确性等优点。
　　基于近红外比色测温技术众多的优越性，我们通过研究，设计开发了一套RH精炼炉钢水温度实时监测系统，并对相关装置和软件参数进行优化，使得设备稳定性更高、测温结果更准确、系统功能更齐全，而后将其应用到马钢RH精炼炉现场，通过图像采集和软件分析及时获取炉内钢水的真实温度，从而准确地指导喷粉、吹氧、加铝等操作，对提高钢材的质量、降低生产成本、提升RH生产效率都具有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状和进展

1．2．1 比色测温法

1．2．2 多波长法

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本论文的创新部分

第二章 近红外图像比色测温的基本理论

2．1 经典测温理论

2．1．1 普朗克(Planck)辐射定律

2．1．2 斯蒂凡—玻尔兹曼定律

2．1．3 基尔霍夫(Kirchhoff)定律

2．1．4 维恩(Wien)位移定律

2．2 近红外图像比色测温原理

2．2．1 比色测温原理

2．2．2 比色测温法的优点

第三章 RH真空槽内钢水温度测量的关键技术优化

3．1 关键技术优化1--最优红外工作波段的选取

3．2 关键技术优化2--双波长的选择设计

3．3 关键技术优化3--钢水与炉体、钢渣等物质的精确区分

3．3．1 最佳分类数的确定

3．3．2 处理流程及结果

3．4 关键技术优化4--钢水液面的波动性计算

3．5 关键技术优化5—系统参数优化

3．6 关键技术优化6--灰度值修正

3．7 关键技术优化7--系统误差分析及校正

3．7．1 误差分析

3．7．2 误差修正

3．8 本章结论

第四章 近红外图像比色测温装置的系统优化

4．1 测温装置的系统构成

4．1．1 核心部件——双红外面阵探测器

4．1．2 主要技术指标

4．1．3 主要功能及其特点

4．2 测温装置工作流程

4．3 测温装置的优化设计

4．3．1 监测探头的二次改进

4．3．2 核心部件的防护优化

4．3．3 信号传输与抗干扰优化

4．3．4 筒体外壁结露问题的解决

4．4 测温软件系统构成及工作流程

4．5 测温软件优化

4．5．1 界面优化

4．5．2 工业监控与温度检测的自动切换

4．5．3 数据库及历史查询

4．5．4 温度预报模型的建立

4．6 本章结论

第五章 RH精炼炉应用结果及分析

5．1 RH精炼炉简介

5．2 工业试验结果

5．3 正式应用结果

5．3．1 典型炉次的连续测温结果

5．3．2 连续测温装置的测温精度

5．4 本章结论

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文