[发明专利]一种基于热图像处理的转炉出钢监测控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金自动化控制领域，尤其是涉及一种基于热图像处理的转炉出钢监测控制系统。

背景技术

在炼钢生产过程中，必须严格控制转炉出钢时的下渣量，如果转炉出钢挡渣失效或效果不理想时，会导致钢包顶渣增加，在后步的精炼工序中，将消耗较多的脱氧剂对钢包渣进行脱氧改性，增加精炼成本。同时，下渣量过大，在精炼过程中钢水极易发生回磷、回锰和回硅，钢水成份控制困难。钢水精炼时，钢包渣中的氧扩散到钢水中，造成钢水中Al、Si等成分烧损和钢水二次氧化，在钢中形成新的夹杂物，污染钢水、恶化钢水质量。因此，炼钢过程应尽量减少出钢时的下渣量。目前一般要求吨钢的下渣量控制在4～6kg以下为宜。

减少出钢下渣可带来如下好处：直接减少下渣量；减少脱氧剂和合金用量，节约材料成本；提高钢水纯净度，减少回磷硫，降低钢包内钢水的氧化程度，提高产品质量；减少对耐火炉衬的侵蚀，延长炉衬使用寿命；减少出钢口、内水口磨损，延长出钢口、内水口使用寿命。

目前全国各大钢厂主要采用的转炉下渣检测方式有三种：人工目测法、线圈检测、红外热像检测。

人工目测法是使用最多的一种检测方法，但由于灵敏度低，结果受操作人员的经验及情绪影响较大，所以在提高钢品质和节约钢成本的角度考量需要更为准确和稳定的检测方式以代替人工。

线圈检测法采用高温材料将初级、次级两个线圈隔离，根据注流中钢渣的电导率远低于钢水的电导率，测量电磁场的差别检测下渣。此种方法检测灵敏度较人工高，但为消耗式测量，线圈工作在高温环境寿命不稳定，备件费用高。

红外检测法是根据钢水与钢渣的红外发射率不同，通过红外热像仪在出钢末期对钢流进行照射得到钢水钢渣混流图像，通过视频处理算法得出钢渣占钢流的比例而判断下渣的方法。红外检测技术近年来越来越多地在工业现场获得广泛应用，由于红外检测有非接触特性，针对钢铁冶炼的高温场合具有明显的优势。红外检测法具有灵敏度高，安装操作简单，维护容易，运行成本低等特点，已逐步成为转炉出钢下渣检测的主要手段。

红外法转炉下渣检测是基于在特定波长范围内，钢水和钢渣的红外辐射特性具有较大差异这一特点来设计的，所以钢水中加入不同的合金以及不同的冶炼工艺，都会导致钢水及钢渣的红外辐射特性的显著差异。在检测系统方面，红外热像仪的不同参数配置，特别是红外滤光镜的选型直接影响到钢水及钢渣的区分效果；另外，检测软件的图像分析算法部分也需要针对被摄物体的红外线辐射特征情况进行定制。此外，现有的红外下渣检测系统还存在下述问题：系统构架为非结构化设计，难于根据不同的连铸工作条件以及工艺需求进行重构优化；在图像动态处理过程中，分辨率不可调，从而造成其识别率难以得到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于热图像处理的转炉出钢监测控制系统。

为解决其技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种基于热图像处理的转炉出钢监测控制系统，包括接于远红外热像仪的远红外数据采集模块(IVS)，还包括工业现场控制单元(IFCU)、工业现场辅助单元(IFAU)和系统控制单元(IMCU)；

其中，工业现场控制单元(IFCU)是系统的前端控制构件，用于实现图形用户接口在现场的远程显示、控制现场报警装置和提供现场操作开关；工业现场辅助单元(IFAU)，用于接受来自系统控制单元(IMCU)4的控制指令，并实现远红外数据采集模块(IVS)的控制信号和图像数据传递；系统控制单元(IMCU)包括一个拼装式室内控制柜，其内部集成了下述功能装置：工业级液晶显示器件(ILCD)、工业级个人计算机(IPC)、工业现场处理控制单元(IPCU)、电源管理单元(IPMU)及电气控制单元(IECU)；

其中，工业现场处理控制单元(IPCU)，用于接受工业现场辅助单元(IFAU)上传的实时图像信号，并实现信号预处理、输出控制信号以及与工业级个人计算机(IPC)通讯；电源管理单元(IPMU)，用于为系统中各模块提供电源；电气控制单元(IECU)，用于系统的电气控制以及电缆连接；

所述工业现场处理控制单元(IPCU)分别连接至下述功能装置：通过电缆连接至工业现场控制单元(IFCU)，实现开关量信号和视频信号的传递；通过电缆依次连接工业现场辅助单元(IFAU)、远红外数据采集模块(IVS)1和远红外热像仪，实现图像数据和控制信号的传递；通过电缆连接至工业级个人计算机(IPC)，实现开关量与模拟信号、控制信号的传递；