基于火焰多光谱分析的转炉终点控制研究
发布时间：2021-06-18 16:46
转炉炼钢生产效率高、能耗低,是目前钢铁行业中最主要的炼钢生产方式之一,其吹炼终点的准确控制对降低能源消耗、节约生产成本,提高钢产品质量,提升环保能力,扩大产品范围具有决定性的影响。然而,由于转炉炼钢所采用的原料成分不稳定,吹炼过程涉及多种高温环境下复杂的物理、化学反应,吹炼终点的熔池成分受众多因素影响,使得转炉炼钢终点的在线准确控制至今难以实现,这也是全世界冶金行业亟待解决的难题。本文针对上述问题展开研究,具体内容包括以下几个方面:构建了炉口火焰多光谱辐射信息采集系统,该系统能够在炼钢现场的复杂环境下稳定地实现远距离、非接触式的炉口火焰多光谱辐射信息的采集,且采集过程不受转炉的吹炼工艺变化以及转炉炉型差异的影响;将不同吹炼阶段炉口火焰的光谱分布特征和转炉炉前操作工人的经验相结合,分析了转炉吹炼过程中炉口火焰与熔池状态之间所存在的规律。以吹炼过程中与熔池碳含量相关的炉口火焰光谱特征及吹炼参数作为模型的输入变量,分别提出了两种针对于不同的终点目标碳含量范围的基于支持向量机分类与回归混合模型的终点碳含量预报方法。提出了采用吹炼中期的炉口火焰光谱特征等作为输入变量来构建终点磷含量二分类模型的方...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
转炉结构?
在吹炼的前五分钟内，熔池中的磷、硫、锰等杂质迅速氧化，气体氧化物作为废??气排出，其他氧化产物与加入的碱性造渣辅料相结合，在熔池表面形成一层粘稠的钢??渣，为了保证吹炼的正常进行，需要在中途停止吹氧，进行倾炉倒渣的操作，如图１．２??中的ｄ所示，但无需进行取样操作；完成倒渣操作后，回正炉体，再次降下氧枪吹氧，??开始主吹阶段（亦称为一吹），这一阶段会继续辅料的添加。在吹炼耗氧量到达某个临??近终点的时刻后，一般在９分钟左右时第二次停吹。二次停吹的目的是进行倒炉取样??（图１．２?ｄ），并利用接触式热电偶测温，以获得此时熔池温度以及碳含量等成分信息的??实际值，并据此在后续的二吹步骤中进行相应的调整。二吹过程中，当熔池的成分和??温度预计达到出钢的要求时，升起氧枪停止吹炼，并转动炉体出钢（图１．２?ｅ），将钢水??注入钢包中，随后将转炉向前倾，倒出炉内的钢渣（图１．２?ｆ），准备下一炉的吹炼。至??此
在于吹炼的末期，往往会提前中止吹氧，并提枪倒炉，然后人工取样，或是利用副枪??等设备进行取样操作，分析炉内钢水的碳含量和温度等状态信息，并据此在后续的吹??炼中修正钢水的成分、温度等参数。具体的工艺一般如图１．４所示，对于低碳钢种的??吹炼过程而言，图中所示的主吹阶段的终点碳值较高，二吹或是补吹后的碳值与一吹??到底的碳值相近。??倒渣?取样取样??ｉ?ｉ吹炼时问＞??￣Ｙ￣＾?＾?Ｖ?＾?＾??造渣?主吹?二吹补吹??图１．４中途倒炉取样的转炉吹炼步骤示意图??１．３转炉炼钢终点控制技术发展与研究现状??转炉炼钢过程是一个将铁水转化为钢水的过程［５］，在这个过程中需要实现的主要??任务包括降碳升温、降低杂质含量以及调整成分，从而得到符合出钢要求的钢水。从??冶金学角度看［６＞７］，转炉炼钢过程涉及气体、液体和固体在钢液、炉渣及炉气三相间的??流动、传热、传质、熔化、熔解等复杂过程，因此转炉炼钢是一个反应速度快、影响??因素多、过程复杂的多元、多相高温物理、化学过程。在实际的生产中，转炉炼钢的??控制可以分为吹炼过程控制和吹炼终点控制两大类。??其中，转炉吹炼的过程控制是通过转炉氧气供应的控制（氧气供应流量、氧枪枪??位）以及造渣加料控制（造渣料类型、分批投料次数、投料时刻）等实现转炉冶炼过??程控制的稳定和平稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]辐射光谱法电站锅炉燃烧检测诊断研究[J]. 刘家汛,杨斌,蔡小舒. 工程热物理学报. 2015(09)
[2]150t转炉副枪与人工测温取样对比分析[J]. 关永永,苏磊,蒋兴昌. 黑龙江冶金. 2015(03)
[3]基于烟气分析的转炉连续碳温预报模型[J]. 潘玉柱,张彩军,朱新华,刘涛. 河南冶金. 2014(05)
[4]电炉炼钢与针状焦发展现状及市场分析[J]. 杨阳,付东升,郑化安,张云. 燃料与化工. 2014(05)
[5]电站锅炉炉膛温度测量技术发展[J]. 王东风,刘千. 中国测试. 2014(03)
[6]分布式光纤测温技术综述[J]. 于海鹰,李琪,索琳,袁晓宁,魏谦. 光学仪器. 2013(05)
[7]基于炉气分析的转炉冶炼过程仿真系统及应用[J]. 陈红生,郑忠,陈开,刘春阳. 冶金自动化. 2013(03)
[8]基于差分链码曲率的转炉火焰边界弯曲度计算[J]. 刘辉,张云生,张印辉,何自芬. 计算机工程与应用. 2013(07)
[9]基于灰度差分统计的火焰图像纹理特征提取[J]. 刘辉,张云生,张印辉,何自芬. 控制工程. 2013(02)
[10]基于DLL技术和COM组件技术实现LabVIEW和MATLAB混合编程[J]. 宋广东,王昌,王金玉,路璐,魏玉宾. 计算机应用与软件. 2013(01)
博士论文
[1]基于光谱分析和图像处理的火焰温度及辐射特性检测[D]. 闫伟杰.华中科技大学 2014
[2]基于粗糙集的转炉炼钢知识发现及终点控制模型研究[D]. 胡燕.重庆大学 2013
[3]微型光谱仪关键技术及其应用研究[D]. 刘康.浙江大学 2013
[4]BP神经网络分类器优化技术研究[D]. 高鹏毅.华中科技大学 2012
[5]SVM和CBR的建模研究及其在转炉炼钢过程的应用[D]. 王心哲.大连理工大学 2012
[6]转炉炼钢吹炼数据预测中火焰图像多特征提取方法研究[D]. 刘辉.昆明理工大学 2012
[7]基于多光谱分析的火焰温度及烟黑浓度分布检测[D]. 孙亦鹏.华中科技大学 2011
[8]炉口辐射信息用于转炉终点判定的建模及预测研究[D]. 温宏愿.南京理工大学 2009
[9]微型光谱仪系统的研究及其应用[D]. 程梁.浙江大学 2008
[10]基于辐射成像的扩散火焰温度和烟黑浓度分布研究[D]. 艾育华.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于神经网络的转炉炼钢碳温控制模型及智能专家系统[D]. 姚应东.天津理工大学 2014
[2]210t转炉副枪自动炼钢技术的开发与应用[D]. 林文辉.西安建筑科技大学 2013
[3]转炉双联脱磷工艺过程成渣路线的理论及实验研究[D]. 邱鑫.重庆大学 2013
[4]基于图像处理和光谱分析的铝电解质温度检测研究[D]. 程胜.华中科技大学 2012
[5]基于Labview和Modbus总线的燃气轮机故障诊断系统研究与设计[D]. 徐艳雷.上海交通大学 2012
[6]转炉冶炼静态控制模型的研究[D]. 薛月凯.河北联合大学 2012
[7]迁钢210吨转炉自动化炼钢控制系统研究与设计[D]. 于新乐.东北大学 2011
[8]基于CCD的微型光谱仪的设计与研究[D]. 张晓鹏.哈尔滨工程大学 2011
[9]基于自适应神经网络模糊推理系统的转炉终点预测研究[D]. 陈中华.南京理工大学 2010
[10]基于LabVIEW的风力发电监控系统的研究与应用[D]. 李迺璐.华北电力大学（北京） 2010
本文编号：3237023
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
转炉结构?
在吹炼的前五分钟内，熔池中的磷、硫、锰等杂质迅速氧化，气体氧化物作为废??气排出，其他氧化产物与加入的碱性造渣辅料相结合，在熔池表面形成一层粘稠的钢??渣，为了保证吹炼的正常进行，需要在中途停止吹氧，进行倾炉倒渣的操作，如图１．２??中的ｄ所示，但无需进行取样操作；完成倒渣操作后，回正炉体，再次降下氧枪吹氧，??开始主吹阶段（亦称为一吹），这一阶段会继续辅料的添加。在吹炼耗氧量到达某个临??近终点的时刻后，一般在９分钟左右时第二次停吹。二次停吹的目的是进行倒炉取样??（图１．２?ｄ），并利用接触式热电偶测温，以获得此时熔池温度以及碳含量等成分信息的??实际值，并据此在后续的二吹步骤中进行相应的调整。二吹过程中，当熔池的成分和??温度预计达到出钢的要求时，升起氧枪停止吹炼，并转动炉体出钢（图１．２?ｅ），将钢水??注入钢包中，随后将转炉向前倾，倒出炉内的钢渣（图１．２?ｆ），准备下一炉的吹炼。至??此
在于吹炼的末期，往往会提前中止吹氧，并提枪倒炉，然后人工取样，或是利用副枪??等设备进行取样操作，分析炉内钢水的碳含量和温度等状态信息，并据此在后续的吹??炼中修正钢水的成分、温度等参数。具体的工艺一般如图１．４所示，对于低碳钢种的??吹炼过程而言，图中所示的主吹阶段的终点碳值较高，二吹或是补吹后的碳值与一吹??到底的碳值相近。??倒渣?取样取样??ｉ?ｉ吹炼时问＞??￣Ｙ￣＾?＾?Ｖ?＾?＾??造渣?主吹?二吹补吹??图１．４中途倒炉取样的转炉吹炼步骤示意图??１．３转炉炼钢终点控制技术发展与研究现状??转炉炼钢过程是一个将铁水转化为钢水的过程［５］，在这个过程中需要实现的主要??任务包括降碳升温、降低杂质含量以及调整成分，从而得到符合出钢要求的钢水。从??冶金学角度看［６＞７］，转炉炼钢过程涉及气体、液体和固体在钢液、炉渣及炉气三相间的??流动、传热、传质、熔化、熔解等复杂过程，因此转炉炼钢是一个反应速度快、影响??因素多、过程复杂的多元、多相高温物理、化学过程。在实际的生产中，转炉炼钢的??控制可以分为吹炼过程控制和吹炼终点控制两大类。??其中，转炉吹炼的过程控制是通过转炉氧气供应的控制（氧气供应流量、氧枪枪??位）以及造渣加料控制（造渣料类型、分批投料次数、投料时刻）等实现转炉冶炼过??程控制的稳定和平稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]辐射光谱法电站锅炉燃烧检测诊断研究[J]. 刘家汛,杨斌,蔡小舒. 工程热物理学报. 2015(09)
[2]150t转炉副枪与人工测温取样对比分析[J]. 关永永,苏磊,蒋兴昌. 黑龙江冶金. 2015(03)
[3]基于烟气分析的转炉连续碳温预报模型[J]. 潘玉柱,张彩军,朱新华,刘涛. 河南冶金. 2014(05)
[4]电炉炼钢与针状焦发展现状及市场分析[J]. 杨阳,付东升,郑化安,张云. 燃料与化工. 2014(05)
[5]电站锅炉炉膛温度测量技术发展[J]. 王东风,刘千. 中国测试. 2014(03)
[6]分布式光纤测温技术综述[J]. 于海鹰,李琪,索琳,袁晓宁,魏谦. 光学仪器. 2013(05)
[7]基于炉气分析的转炉冶炼过程仿真系统及应用[J]. 陈红生,郑忠,陈开,刘春阳. 冶金自动化. 2013(03)
[8]基于差分链码曲率的转炉火焰边界弯曲度计算[J]. 刘辉,张云生,张印辉,何自芬. 计算机工程与应用. 2013(07)
[9]基于灰度差分统计的火焰图像纹理特征提取[J]. 刘辉,张云生,张印辉,何自芬. 控制工程. 2013(02)
[10]基于DLL技术和COM组件技术实现LabVIEW和MATLAB混合编程[J]. 宋广东,王昌,王金玉,路璐,魏玉宾. 计算机应用与软件. 2013(01)
博士论文
[1]基于光谱分析和图像处理的火焰温度及辐射特性检测[D]. 闫伟杰.华中科技大学 2014
[2]基于粗糙集的转炉炼钢知识发现及终点控制模型研究[D]. 胡燕.重庆大学 2013
[3]微型光谱仪关键技术及其应用研究[D]. 刘康.浙江大学 2013
[4]BP神经网络分类器优化技术研究[D]. 高鹏毅.华中科技大学 2012
[5]SVM和CBR的建模研究及其在转炉炼钢过程的应用[D]. 王心哲.大连理工大学 2012
[6]转炉炼钢吹炼数据预测中火焰图像多特征提取方法研究[D]. 刘辉.昆明理工大学 2012
[7]基于多光谱分析的火焰温度及烟黑浓度分布检测[D]. 孙亦鹏.华中科技大学 2011
[8]炉口辐射信息用于转炉终点判定的建模及预测研究[D]. 温宏愿.南京理工大学 2009
[9]微型光谱仪系统的研究及其应用[D]. 程梁.浙江大学 2008
[10]基于辐射成像的扩散火焰温度和烟黑浓度分布研究[D]. 艾育华.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于神经网络的转炉炼钢碳温控制模型及智能专家系统[D]. 姚应东.天津理工大学 2014
[2]210t转炉副枪自动炼钢技术的开发与应用[D]. 林文辉.西安建筑科技大学 2013
[3]转炉双联脱磷工艺过程成渣路线的理论及实验研究[D]. 邱鑫.重庆大学 2013
[4]基于图像处理和光谱分析的铝电解质温度检测研究[D]. 程胜.华中科技大学 2012
[5]基于Labview和Modbus总线的燃气轮机故障诊断系统研究与设计[D]. 徐艳雷.上海交通大学 2012
[6]转炉冶炼静态控制模型的研究[D]. 薛月凯.河北联合大学 2012
[7]迁钢210吨转炉自动化炼钢控制系统研究与设计[D]. 于新乐.东北大学 2011
[8]基于CCD的微型光谱仪的设计与研究[D]. 张晓鹏.哈尔滨工程大学 2011
[9]基于自适应神经网络模糊推理系统的转炉终点预测研究[D]. 陈中华.南京理工大学 2010
[10]基于LabVIEW的风力发电监控系统的研究与应用[D]. 李迺璐.华北电力大学（北京） 2010
本文编号：3237023
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