红外热像及比色测温技术在RH炉钢水温度检测中的应用

摘要

炉外精炼早已经成为现代化大型炼钢企业的不可缺少的工序，如今，炉外精炼技术也向高效化方向发展。而借助于先进的自动化控制系统及完备实用的模型控制系统是炉外实现对精炼处理工艺的过程精确控制与智能化控制的重要条件之一。
　　 对于RH精炼而言，精炼过程钢水温度的控制是重要的控制环节之一。目前对RH钢水温度的监测都还没有实现实时自动化监测，都是通过操作工人利用热电偶测温探头对钢水的温度多次进行接触式测量，属于“经验型控制”，存在测温次数多、劳动强度大，不能连续及时获得温度值等问题，导致RH吹氧升温操作滞后、终点温度控制不稳定等问题。开发RH钢水温度实时监控技术，变“粗放式精炼”为“精细化精炼”，有利于更加精确地对RH过程温度进行控制，提高处理终点的控制精度与命中率，满足连铸工序对钢水温度窄范围、稳定控制的要求，对稳定连铸过程和钢材的质量、降低生产成本、提高RH生产效率都具有重要的现实意义。近年来，随着计算机技术和光学技术的发展，红外热像及比色测温技术在各个领域中得到广泛应用。
　　 本课题详细研究了CCD的工作原理及性能参数，提出了一种基于红外热像及比色测温技术的RH炉钢水温度的检测方法，设计开发了一套基于红外热像及比色测温技术的测温装置。利用近红外面阵探测器获取两幅不同中心波长的红外图像，通过图像处理技术对两幅红外图像进行处理，区分炉壁和钢水。通过对红外热像的灰度分布特性、波动规律等测算正向辐射概率排除钢水液面中的钢渣等非钢水物质并降低钢水液面的镜面效应所带来的测量误差。在红外图像中找到钢水温度的最佳采样区域，从而准确获取钢水温度。测量采样区域内的钢水温度并取其平均值作为钢水温度，从而有效克服测量某个点而引起的误差，提高温度测量的准确性。同时提高钢水温度数据测量的稳定性和连续性。
　　 本文研究的红外热像及比色测温技术是以普朗克黑体辐射定理为基本理论，利用了数字图像处理技术、通过双波长图像的灰度比来确定待测物体温度。目前，该技术成功应用于RH炉钢水温度的检测，可以实现对钢水液面进行大面积、高精度、连续、实时的温度测量，并能给出温度的变化曲线。连续测量的温度与现场热电偶实测温度具有良好的吻合性。红外热像及比色测温技术在RH炉钢水温度检测中的应用不仅有利于精密炼钢的实现，而且在提高工作效率、经济效益、生产安全和产品质量方面的应用前景更加广阔。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 热电偶测温法

1．2．2 黑体空腔钢水连续测温传感器

1．2．3 单色法

1．2．4 比色法

1．2．5 多波长法

1．2．6 全辐射法

1．3 本论文的主要研究内容

1．4 本论文的创新点

第2章 红外热像及比色测温原理

2．1 红外测温的基本理论

2．1．1 基本概念

2．1．2 基尔霍夫辐射定律

2．1．3 普朗克定律

2．1．4 维恩定律

2．1．5 斯特藩-波尔兹曼定律

2．2 比色测温

2．2．1 比色测温原理

2．2．2 比色测温中双波长的选择

2．2．4 比色测温法的优点

第3章 红外热像及比色测温装置的设计研发

3．1 红外热像及比色测温装置设计

3．2 红外热像及比色测温系统构成

3．2．1 图像传感器

3．2．2 图像采集卡

3．3 红外热像及比色测温技术在RH炉上的应用

3．3．1 光学镜头简体设计制作及系统保护装置的改进

3．3．2 光学系统的调试与改进

3．4 测温系统软件设计与开发

3．4．1 系统软件的总体设计

3．4．2 数据采集与处理程序

3．5 红外热像及比色测温装置的功能

3．5．1 图像采集

3．5．2 监视功能

3．5．3 连续测温功能

第4章 工业应用试验及结果分析

4．1 RH精炼炉简介

4．2 工业应用试验条件

4．3 试验结果

4．3．1 监视功能

4．3．2 图像采集与处理

4．3．3 温度检测

4．4 应用效果

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表的学术论文