權(quán)利要求

1.用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 多臺(tái)熱成像單元，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)； 成像測(cè)距單元，用于采集可見(jiàn)光圖像和熱像儀圖像，采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包殘留渣鋼質(zhì)量、出鋼后液渣溫度、鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 質(zhì)量單元，用于采集出鋼過(guò)程中質(zhì)量數(shù)據(jù)； 終端數(shù)據(jù)處理及控制單元，與以上部件連接并控制調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識(shí)別并存儲(chǔ)鋼包動(dòng)態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多臺(tái)熱成像單元包括結(jié)構(gòu)相同的第一熱成像單元和第二熱成像單元，結(jié)構(gòu)為： 第一/第二紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)； 第一/第二云臺(tái)，其上設(shè)置有第一/第二紅外熱像儀； 第一/第二滑臺(tái)，設(shè)置于所述第一/第二云臺(tái)下部。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述成像測(cè)距單元包括： 高清工業(yè)相機(jī)，用于采集可見(jiàn)光圖像，確定鋼包到達(dá)/離開(kāi)情況； 第三紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像，并采集鋼包內(nèi)襯溫度、出鋼后液渣溫度； 激光測(cè)距掃描儀，用于鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 第三云臺(tái)，其上設(shè)置有所述高清工業(yè)相機(jī)、第三紅外熱像儀以及激光測(cè)距掃描儀； 第三滑臺(tái)，設(shè)置于所述第三云臺(tái)下部。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別鋼包包括：確定鋼包到達(dá)/離開(kāi)情況以及識(shí)別鋼包編號(hào)。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別鋼包編號(hào)的方法如下： 通過(guò)成像測(cè)距單元采集第一可見(jiàn)光圖像和第一熱像儀圖像，對(duì)二者進(jìn)行融合形成第一融合圖像； 從所述第一融合圖像中切割出鋼包編號(hào)區(qū)域； 通過(guò)已訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識(shí)別出鋼包編號(hào)。 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元確定鋼包內(nèi)襯渣鋼液殘留量的方法如下： 通過(guò)成像測(cè)距單元采集第二可見(jiàn)光圖像和第二熱像儀圖像，預(yù)處理后分別進(jìn)行基于形態(tài)學(xué)的圖像分割，分別得到可見(jiàn)光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域； 對(duì)可見(jiàn)光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域進(jìn)行圖像特征配準(zhǔn)，形成第二融合圖像，結(jié)合第二融合圖像的圖像坐標(biāo)和真實(shí)三維坐標(biāo)確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個(gè)疑似區(qū)域及三維坐標(biāo)，由此獲得數(shù)個(gè)疑似區(qū)域各自的面積； 通過(guò)成像測(cè)距單元依次測(cè)量采集所述數(shù)個(gè)疑似區(qū)域厚度； 根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度，確定各疑似區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)量單元包括： 稱重裝置，用于測(cè)量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量； 采集裝置，用于采集出鋼過(guò)程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多臺(tái)熱成像單元和成像測(cè)距單元均配置冷卻保護(hù)裝置。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括： 控制單元，包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場(chǎng)控制箱，用于控制冷卻保護(hù)裝置、第一/第二/第三云臺(tái)、第一/第二/第三滑臺(tái)和數(shù)據(jù)信息接收； 工控機(jī)，通過(guò)通信傳輸單元與控制單元相連，控制調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識(shí)別并存儲(chǔ)鋼包動(dòng)態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。 10.用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法基于根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，所述熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法包括： 確定鋼包到達(dá)，啟動(dòng)熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 采集第一可見(jiàn)光圖像和第一熱像儀圖像，由此確定鋼包編號(hào)； 采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)、鋼包內(nèi)襯溫度數(shù)據(jù)、出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)以及出鋼后液渣溫度； 采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 測(cè)量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，并采集出鋼過(guò)程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量； 采集第二可見(jiàn)光圖像和第二熱像儀圖像，由此確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個(gè)區(qū)域，依次測(cè)量疑似渣鋼殘留區(qū)域厚度，根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度確定各疑似渣鋼殘留區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量； 將以上數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照鋼包編號(hào)分類(lèi)存儲(chǔ)，對(duì)每個(gè)鋼包進(jìn)行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，跟蹤鋼包使用狀況。

說(shuō)明書(shū)

用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及鋼包在空包運(yùn)轉(zhuǎn)階段前往轉(zhuǎn)爐出鋼位以及轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，監(jiān)測(cè)鋼包空包及出鋼過(guò)程熱狀態(tài)的一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

合適的鋼液溫度是保證連鑄生產(chǎn)的前提，也是獲得良好鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)。冶煉完成的鋼水在煉鋼工藝過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多個(gè)溫降過(guò)程，其中包括出鋼過(guò)程溫降，鋼包吸熱溫降、鋼包運(yùn)輸過(guò)程溫降、精煉過(guò)程溫降、中間包過(guò)程溫降。鋼包作為重要的物質(zhì)載體設(shè)備，貫穿整個(gè)煉鋼流程，出鋼前鋼包熱狀態(tài)并不可知且無(wú)法確定。關(guān)注鋼包熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)于鋼液溫度控制，提高終點(diǎn)溫度命中率具有重要意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，鋼鐵企業(yè)大多采用人工盲選調(diào)取鋼包去往轉(zhuǎn)爐出鋼位等待盛裝鋼液。由于空鋼包的熱狀態(tài)無(wú)法精確控制，導(dǎo)致出鋼后鋼水溫度巨幅波動(dòng)。對(duì)于鋼包的管理僅僅停留在鋼包烘烤、鋼包內(nèi)襯殘厚檢測(cè)或依靠經(jīng)驗(yàn)，查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)某鋼廠在高碳鋼各生產(chǎn)工序溫度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度波動(dòng)范圍較大，最高出鋼溫度與最低出鋼溫度的差值達(dá)到了121℃，鋼包狀況對(duì)整個(gè)溫度控制過(guò)程造成了較大影響。CN202885936U公開(kāi)了一種鋼包熱狀態(tài)的自動(dòng)測(cè)量裝置，通過(guò)天車(chē)、臺(tái)車(chē)位置及鋼包重量對(duì)鋼包狀態(tài)的跟蹤記錄，并未關(guān)注鋼包空包熱狀態(tài)對(duì)出鋼過(guò)程鋼水溫降的影響。

上述文獻(xiàn)和專(zhuān)利沒(méi)有提出適應(yīng)于鋼包空包運(yùn)轉(zhuǎn)階段前往轉(zhuǎn)爐出鋼位時(shí)，多維度測(cè)量鋼包熱狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)或方法。本文根據(jù)出鋼過(guò)程中鋼水因鋼包吸熱、散熱，提供了一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，根據(jù)鋼包容量、鋼包質(zhì)量、鋼包溫度、鋼包內(nèi)襯分布、鋼液溫度、渣液厚度、渣鋼液殘留等多維度精確掌控鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)，分析出鋼過(guò)程中鋼包吸熱散熱對(duì)鋼水降溫的影響。

根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第一方面，提供一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

多臺(tái)熱成像單元，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)；

成像測(cè)距單元，用于采集可見(jiàn)光圖像和熱像儀圖像，采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包液渣溫度、鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

質(zhì)量單元，用于采集出鋼過(guò)程中質(zhì)量數(shù)據(jù)；

終端數(shù)據(jù)處理及控制單元，與以上部件連接并控制調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識(shí)別并存儲(chǔ)鋼包動(dòng)態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。

進(jìn)一步地，所述多臺(tái)熱成像單元包括第一熱成像單元和第二熱成像單元，所述熱成像單元和第二熱成像單元均與終端數(shù)據(jù)處理及控制單元連接。

進(jìn)一步地，所述第一熱成像單元和第二熱成像單元結(jié)構(gòu)相同，包括：

第一/第二紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)；

第一/第二云臺(tái)，其上設(shè)置有第一/第二紅外熱像儀；

第一/第二滑臺(tái)，設(shè)置于所述第一/第二云臺(tái)下部。

進(jìn)一步地，所述成像測(cè)距單元包括：

高清工業(yè)相機(jī)，用于采集可見(jiàn)光圖像，確定鋼包到達(dá)/離開(kāi)情況；

第三紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像，并采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包液渣溫度；

激光測(cè)距掃描儀，用于采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

第三云臺(tái)，其上設(shè)置有所述高清工業(yè)相機(jī)、第三紅外熱像儀以及激光測(cè)距掃描儀；

第三滑臺(tái)，設(shè)置于所述第三云臺(tái)下部。

進(jìn)一步地，所述質(zhì)量單元包括：

稱重裝置，用于測(cè)量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量；

采集裝置，用于采集出鋼過(guò)程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別鋼包包括：確定鋼包到達(dá)/離開(kāi)情況以及識(shí)別鋼包編號(hào)。

進(jìn)一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別鋼包編號(hào)的方法如下：

通過(guò)成像測(cè)距單元采集第一可見(jiàn)光圖像和第一熱像儀圖像，對(duì)二者進(jìn)行融合形成第一融合圖像；

從所述第一融合圖像中切割出鋼包編號(hào)區(qū)域；

通過(guò)已訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識(shí)別出鋼包編號(hào)。

進(jìn)一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元確定鋼包內(nèi)襯渣鋼液殘留量的方法如下：

通過(guò)成像測(cè)距單元采集第二可見(jiàn)光圖像和第二熱像儀圖像，預(yù)處理后分別進(jìn)行基于形態(tài)學(xué)的圖像分割，分別得到可見(jiàn)光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域；

對(duì)可見(jiàn)光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域進(jìn)行圖像特征配準(zhǔn)，形成第二融合圖像，結(jié)合第二融合圖像的圖像坐標(biāo)和真實(shí)三維坐標(biāo)確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個(gè)疑似區(qū)域及三維坐標(biāo)，由此獲得數(shù)個(gè)疑似區(qū)域各自的面積；

通過(guò)成像測(cè)距單元依次測(cè)量采集所述數(shù)個(gè)疑似區(qū)域各自的總厚度(渣鋼殘留區(qū)域平均厚度+鋼包內(nèi)襯原始厚度)；

根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度，確定各疑似區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量。

進(jìn)一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元通過(guò)成像測(cè)距單元采集的第三可見(jiàn)光圖像確定鋼包到達(dá)/離開(kāi)情況。

進(jìn)一步地，所述多臺(tái)熱成像單元和成像測(cè)距單元均配置冷卻保護(hù)裝置。

進(jìn)一步地，所述冷卻保護(hù)裝置包括冷卻水冷卻保護(hù)、壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別到鋼包到達(dá)后，開(kāi)啟壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口，保證成像明亮清晰；當(dāng)所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別到鋼包離開(kāi)后，關(guān)閉壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別到鋼包到達(dá)后，開(kāi)啟所有部件；當(dāng)所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識(shí)別到鋼包離開(kāi)后，關(guān)閉所有部件。

進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)裝置與控制單元相連，通過(guò)工控機(jī)觀察設(shè)備成像畫(huà)面，控制移動(dòng)熱像儀及激光測(cè)距儀，監(jiān)測(cè)鋼包不同位置的溫度和厚度。

進(jìn)一步地，鋼包外壁設(shè)置的紅外熱像儀觀測(cè)鋼包外壁溫度分布，針對(duì)鋼包易損壞區(qū)域進(jìn)行分區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，熱像儀數(shù)量根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀及激光測(cè)距掃描儀所測(cè)數(shù)據(jù)建立傳熱數(shù)學(xué)模型配置數(shù)臺(tái)，一般為1臺(tái)或2臺(tái)。

進(jìn)一步地，所述成像測(cè)距單元包括兩種工作狀態(tài)：

獨(dú)自測(cè)量，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀測(cè)量鋼包內(nèi)襯溫度，內(nèi)襯激光測(cè)距掃描儀測(cè)量鋼包內(nèi)襯厚度。

聯(lián)動(dòng)測(cè)量，通過(guò)可見(jiàn)光圖像和熱圖像經(jīng)過(guò)圖像算法分析渣鋼液殘留區(qū)域的面積及位置，控制激光測(cè)距掃描儀依次測(cè)量區(qū)域，獲取該區(qū)域厚度，并根據(jù)以往鋼包內(nèi)襯厚度信息計(jì)算渣鋼液殘留的厚度，由此得知渣鋼液殘留的質(zhì)量和融化渣鋼液殘留所需熱量。

進(jìn)一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括：

控制單元，包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場(chǎng)控制箱，用于控制冷卻保護(hù)裝置、第一/第二/第三云臺(tái)、第一/第二/第三滑臺(tái)和數(shù)據(jù)信息接收；

工控機(jī)，通過(guò)通信傳輸單元與控制單元相連，控制調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識(shí)別并存儲(chǔ)鋼包動(dòng)態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。

進(jìn)一步地，所述熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括通信傳輸單元，用于傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)、控制指令及供電，包括各設(shè)備數(shù)據(jù)接口、線纜及相關(guān)通訊設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第二方面，提供一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，所述熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法基于根據(jù)以上任一方面所述的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，所述熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法包括：

確定鋼包到達(dá)，啟動(dòng)熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

采集第一可見(jiàn)光圖像和第一熱像儀圖像，由此確定鋼包編號(hào)；

采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)、鋼包內(nèi)襯溫度數(shù)據(jù)、出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)以及鋼包液渣溫度；

采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

測(cè)量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，并采集出鋼過(guò)程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量；

采集第二可見(jiàn)光圖像和第二熱像儀圖像，由此確定疑似渣鋼殘留區(qū)域，測(cè)量疑似渣鋼殘留區(qū)域總厚度，根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度確定疑似渣鋼殘留區(qū)域平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量；

將以上數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照鋼包編號(hào)分類(lèi)存儲(chǔ)，對(duì)每個(gè)鋼包進(jìn)行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，跟蹤鋼包使用狀況。

進(jìn)一步地，工控機(jī)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取測(cè)量數(shù)據(jù)信息，按時(shí)間順序或鋼包編號(hào)提取各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，繪制對(duì)應(yīng)的變化曲線圖。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鋼包空包的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用紅外熱成像儀、激光測(cè)距儀、稱重裝置等多種測(cè)量?jī)x器全面的獲取出鋼前鋼包內(nèi)外壁溫度和內(nèi)襯材料狀態(tài)。采用紅外熱像儀和激光測(cè)距儀聯(lián)動(dòng)測(cè)量方式獲取渣鋼液殘留，清晰得知鋼包吸熱對(duì)鋼水降溫的影響，進(jìn)一步地有利于鋼液溫度控制，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼包空包的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多維度鋼包熱狀態(tài)建立示意圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可見(jiàn)光與紅外的圖像融合流程圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼包外壁鋼號(hào)識(shí)別方法流程圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的渣鋼液殘留測(cè)量方法流程圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多臺(tái)熱成像單元、成像測(cè)距單元、質(zhì)量單元、通信傳輸單元、終端數(shù)據(jù)處理及控制單元。

成像測(cè)距單元包括高清工業(yè)相機(jī)、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測(cè)距掃描儀，用于監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境狀況，當(dāng)識(shí)別到鋼包到達(dá)指定地點(diǎn)后，自動(dòng)開(kāi)啟其他采集設(shè)備，當(dāng)識(shí)別到鋼包離去后，自動(dòng)關(guān)閉其他采集設(shè)備，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。采集高清工業(yè)相機(jī)圖像和熱像儀圖像，通過(guò)圖像處理識(shí)別鋼包編號(hào)。激光測(cè)距掃描儀和高清工業(yè)相機(jī)可用于測(cè)量出鋼完畢后鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。其中，高清工業(yè)相機(jī)、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測(cè)距掃描儀還可用于監(jiān)測(cè)鋼包內(nèi)襯厚度及渣鋼液殘留。

熱成像單元包括鋼包外壁紅外熱像儀和鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀，用于采集鋼包空包內(nèi)外壁溫度信息，出鋼過(guò)程中調(diào)節(jié)云臺(tái)和滑臺(tái)，使鋼包熱像儀能夠清晰測(cè)量鋼水和鋼包外壁溫度。

質(zhì)量單元包括稱重裝置和采集模塊，稱重裝置用于測(cè)量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由此采集出鋼過(guò)程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量等。

終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括控制單元和終端工控機(jī)，控制單元包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場(chǎng)控制箱，用于控制各設(shè)備的保護(hù)冷卻裝置、云臺(tái)、滑臺(tái)和數(shù)據(jù)信息接收；通信傳輸單元包括各設(shè)備數(shù)據(jù)接口、線纜及相關(guān)通訊設(shè)備；終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括終端工控機(jī)，通過(guò)特定軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整。根據(jù)鋼包容量、鋼包質(zhì)量、鋼包溫度、鋼包內(nèi)襯分布、鋼液溫度、渣液厚度、鋼包渣鋼液殘留等多維度精確掌控鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)，分析出鋼過(guò)程中鋼包吸熱散熱對(duì)鋼水降溫的影響。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測(cè)距儀均包括冷卻保護(hù)裝置。冷卻保護(hù)裝置包括冷卻水冷卻保護(hù)、壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口。當(dāng)識(shí)別到鋼包離去后，關(guān)閉壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。當(dāng)識(shí)別到鋼包抵達(dá)后，開(kāi)啟壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護(hù)窗口，保證成像明亮清晰。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測(cè)距儀配置云臺(tái)，滑臺(tái)等運(yùn)動(dòng)裝置與控制單元相連，通過(guò)工控機(jī)觀察設(shè)備成像畫(huà)面，控制云臺(tái)移動(dòng)熱像儀及激光測(cè)距儀，監(jiān)測(cè)鋼包不同位置。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀觀測(cè)鋼包外壁溫度分布，針對(duì)鋼包易損壞區(qū)域進(jìn)行分區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，熱像儀數(shù)量根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀及激光測(cè)距掃描儀所測(cè)數(shù)據(jù)建立傳熱數(shù)學(xué)模型，配置1臺(tái)或2臺(tái)。

優(yōu)選地，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和內(nèi)襯激光測(cè)距儀有兩種工作狀態(tài)，一種是各自獨(dú)立測(cè)量，另一種是聯(lián)動(dòng)測(cè)量。獨(dú)自測(cè)量時(shí)，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀測(cè)量鋼包內(nèi)襯溫度，內(nèi)襯激光測(cè)距儀測(cè)量鋼包內(nèi)襯厚度。聯(lián)動(dòng)測(cè)量時(shí)，由于內(nèi)襯與渣鋼液殘留的發(fā)射率不同，熱像圖像所呈現(xiàn)的溫度分布也有所差別，通過(guò)圖像算法分析渣鋼液殘留區(qū)域的面積及位置，隨后控制激光測(cè)距儀依次測(cè)量位置區(qū)域，獲取該區(qū)域厚度，并根據(jù)以往鋼包內(nèi)襯厚度信息計(jì)算渣鋼液殘留的厚度，由此得知渣鋼液殘留的質(zhì)量，即內(nèi)襯渣鐵殘留監(jiān)測(cè)單元。

優(yōu)選地，稱重裝置稱量鋼包空包質(zhì)量，與測(cè)量計(jì)算后的鋼包質(zhì)量對(duì)比，若相差過(guò)大，則需進(jìn)行人工查修。當(dāng)出鋼結(jié)束，再次經(jīng)過(guò)熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，稱重裝置測(cè)量出鋼后的質(zhì)量，高清工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀測(cè)量鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。

優(yōu)選地，上述的測(cè)量設(shè)備及運(yùn)動(dòng)裝置都將與控制單元相連，再通過(guò)通信單元與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交互。在終端工控機(jī)獲取測(cè)量設(shè)備、運(yùn)動(dòng)裝置及冷卻裝置數(shù)據(jù)信息和運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)特定軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整和數(shù)據(jù)傳輸交互。溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照鋼包編號(hào)分類(lèi)存儲(chǔ)，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中按時(shí)間順序或鋼包編號(hào)提取各類(lèi)數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明技術(shù)方案中，各部件彼此協(xié)作，互相影響，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)效果。具體說(shuō)來(lái)，鋼包將鋼水運(yùn)輸至各冶煉工位，是冶金生產(chǎn)過(guò)程中重要的冶煉容器。因此接觸式測(cè)溫方式并不適用于長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的鋼包。只要鋼包任意一處位置發(fā)生漏鋼，就會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故，因此需選用紅外熱像儀，實(shí)現(xiàn)非接觸式的溫度成像，對(duì)鋼包進(jìn)行全方位的溫度檢測(cè)。無(wú)論是鋼包耐火材料侵蝕損壞，還是鋼包外壁變形裂紋，都會(huì)導(dǎo)致溫度的突變，從而在紅外熱圖像中顯示。至此為了全方位的檢測(cè)和盡量節(jié)省設(shè)備成本，添加云臺(tái)和滑臺(tái)裝置。由于鋼包為圓柱形，在鋼包兩側(cè)設(shè)置兩組熱成像組合實(shí)現(xiàn)鋼包外壁監(jiān)測(cè)；在鋼包上方設(shè)置一組熱成像組合實(shí)現(xiàn)鋼包內(nèi)壁監(jiān)測(cè)。

在出鋼過(guò)程，高溫的鋼水裝入鋼包中，低溫的鋼包和鋼包內(nèi)渣鋼殘留會(huì)導(dǎo)致鋼水溫度降低。為明晰鋼水降溫過(guò)程，需明確出鋼前鋼包溫度和渣鋼殘留量。根據(jù)熱像儀的測(cè)溫原理，不同材料的發(fā)射率不同，熱成像圖片的顯示也有所不同。鋼包內(nèi)襯為非金屬物，渣鋼殘留為金屬和非金屬混合物，通過(guò)熱成像圖片和可見(jiàn)光圖像可以提取疑似區(qū)域，并測(cè)量疑似區(qū)域面積。激光測(cè)距掃描儀利用時(shí)間飛行原理來(lái)測(cè)量激光到物體的距離，可以不受冶金現(xiàn)場(chǎng)高溫高粉塵環(huán)境的影響。對(duì)比原始鋼包內(nèi)襯厚度可以測(cè)量疑似區(qū)域渣鋼殘留厚度，計(jì)算渣鋼殘留質(zhì)量。至此測(cè)量組合單元包括熱像儀、工業(yè)相機(jī)、激光測(cè)距掃描儀、云臺(tái)和滑臺(tái)。將測(cè)量組合放置在鋼包上方，實(shí)現(xiàn)鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留監(jiān)測(cè)。

實(shí)施例

由圖1可以看出：本鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2、高溫紅外熱像儀3、激光測(cè)距掃描儀4、高清工業(yè)相機(jī)5、云臺(tái)裝置6、電動(dòng)滑臺(tái)7、稱重裝置8、和冷卻裝置9、現(xiàn)場(chǎng)控制箱10和工控機(jī)11；其電動(dòng)滑臺(tái)7是帶限位和鎖緊功能，云臺(tái)裝置6是可以300度旋轉(zhuǎn)控制，電動(dòng)滑臺(tái)7與云臺(tái)裝置6固定連接，云臺(tái)裝置6與激光測(cè)距掃描儀4固定連接，高溫紅外熱像儀3、高清工業(yè)相機(jī)5與高溫激光測(cè)距4固定連接，高溫紅外熱像儀3、高溫激光測(cè)距4通過(guò)數(shù)據(jù)線與現(xiàn)場(chǎng)控制箱10連接。高清工業(yè)相機(jī)5與高溫激光測(cè)距4通過(guò)數(shù)據(jù)線和電源線連接，以便數(shù)據(jù)傳輸、控制和提供電源；高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2均配置云臺(tái)裝置6和電動(dòng)滑臺(tái)7；高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2、云臺(tái)裝置6、電動(dòng)滑臺(tái)7和冷卻裝置9與現(xiàn)場(chǎng)控制箱10通過(guò)數(shù)據(jù)線和電源線連接，以便數(shù)據(jù)傳輸、控制和提供電源?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱10與工控機(jī)11相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交互。在終端工控機(jī)獲取測(cè)量設(shè)備、運(yùn)動(dòng)裝置及冷卻裝置數(shù)據(jù)信息和運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)特定軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示。溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照鋼包編號(hào)分類(lèi)存儲(chǔ)，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中按時(shí)間順序或鋼包編號(hào)提取各類(lèi)數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)：整套系統(tǒng)裝置于轉(zhuǎn)爐出鋼鋼包等待位附近，待轉(zhuǎn)爐煉鋼后期，空鋼包就位之后開(kāi)始檢測(cè)，采集鋼包空包、出鋼過(guò)程及出鋼完畢的數(shù)據(jù)信息，如圖2所示。

通過(guò)高清工業(yè)相機(jī)5監(jiān)控和圖像處理分析，如圖3和圖4所示，識(shí)別鋼包編號(hào)；當(dāng)檢測(cè)鋼包就位后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制箱PLC開(kāi)啟所有測(cè)量設(shè)備測(cè)量窗口，測(cè)量設(shè)備開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，熱像儀、激光測(cè)距儀和稱重裝置的數(shù)據(jù)信息通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元和通信單元在工控機(jī)的屏幕上顯示。

調(diào)整高溫紅外熱像儀3和激光測(cè)距掃描儀4的探頭使其正對(duì)鋼包口的軸線上沿，并開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)鋼包內(nèi)襯溫度及渣鋼液殘留。如圖3和圖5所示其檢測(cè)步驟為：一、開(kāi)啟高溫紅外熱像儀3和高清工業(yè)相機(jī)5對(duì)鋼包內(nèi)襯進(jìn)行成像，采集鋼包內(nèi)襯溫度分布、熱成像圖像和可見(jiàn)光圖像，依據(jù)圖3的方法進(jìn)行圖像融合；二、由于不同物質(zhì)發(fā)射率不同，通過(guò)可見(jiàn)光圖像和熱圖像的圖像處理，得知渣鋼液殘留的區(qū)域，結(jié)合圖像坐標(biāo)和真實(shí)三維坐標(biāo)找出各區(qū)域的三維位置。三、根據(jù)疑似區(qū)域位置的三維坐標(biāo)，通過(guò)云臺(tái)和滑臺(tái)移動(dòng)激光測(cè)距儀和高清工業(yè)相機(jī)，采集該區(qū)域內(nèi)襯厚度變化和區(qū)域面積。四、對(duì)比鋼包內(nèi)襯原始厚度，計(jì)算渣鋼液殘留質(zhì)量和渣鋼液殘留所需熱量。

通過(guò)稱重裝置8稱量鋼包空包質(zhì)量，與測(cè)量計(jì)算后的鋼包質(zhì)量對(duì)比，若相差過(guò)大，則需進(jìn)行人工查修。

在出鋼過(guò)程中，調(diào)整高溫紅外熱像儀1或高溫紅外熱像儀2，使其正對(duì)出鋼鋼流附近，檢測(cè)鋼液溫度及鋼包外壁溫度變化。

當(dāng)出鋼結(jié)束，再次經(jīng)過(guò)熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，稱重裝置測(cè)量出鋼后的質(zhì)量，高清工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀測(cè)量鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。

溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照鋼包編號(hào)分類(lèi)存儲(chǔ)，對(duì)每個(gè)鋼包進(jìn)行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，跟蹤鋼包使用狀況。

工控機(jī)主要分為4個(gè)部分，一、高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2和高清工業(yè)相機(jī)5的成像情況；二、激光測(cè)距儀和稱重裝置的數(shù)據(jù)顯示；三、高溫紅外熱像儀3和激光測(cè)距掃描儀4的渣鋼液殘留顯示；四、云臺(tái)和滑臺(tái)的控制。

主控機(jī)可從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取測(cè)量數(shù)據(jù)信息，按時(shí)間順序或鋼包編碼提取各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，利用主控電腦繪制對(duì)應(yīng)的變化曲線圖。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

用于鋼包空包及出鋼過(guò)程的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法.pdf