基于煤氣流分布信息的高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中的主要煉鐵方式，而高爐作為煉鐵的關(guān)鍵設(shè)備，其內(nèi)部的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)高溫、高壓、密閉條件下的物理、化學(xué)、動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜過(guò)程，涉及到固、液、氣三態(tài)物質(zhì)的交互作用，是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性的冶煉系統(tǒng)，因此，實(shí)時(shí)掌控高爐爐內(nèi)生產(chǎn)狀況對(duì)保證高爐煉鐵的安全、環(huán)保、高效生產(chǎn)具有重大意義。然而，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程都是一個(gè)黑匣子，高爐作業(yè)者依據(jù)各種傳感器獲取到的爐內(nèi)參數(shù)調(diào)整操作制度，而傳感器采集的非獨(dú)立性、非實(shí)時(shí)性大大影響高爐作業(yè)者對(duì)爐況掌控的精確度；此外，在現(xiàn)有的引入計(jì)算機(jī)應(yīng)用的高爐智能化技術(shù)研究中，對(duì)高爐生產(chǎn)的監(jiān)控缺乏成套的技術(shù)方案。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本文基于高爐內(nèi)煤氣流分布信息，采用紅外激光照明、熱電制冷、圖像處理和單片機(jī)控制等技術(shù)設(shè)計(jì)高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析系統(tǒng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)。 從爐內(nèi)耐高溫光纖照明、CCD攝像機(jī)冷卻控溫、高爐料面圖像采集與數(shù)據(jù)傳輸、高爐料面圖像處理與爐況識(shí)別、安全報(bào)警等幾方面，分析了高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。第一，采用紅外激光技術(shù)研制耐高溫光纖照明系統(tǒng)，選用808nm紅外激光器，設(shè)計(jì)功率和焦距調(diào)節(jié)控制器，完成Tracepro建模仿真和光譜、照度、光強(qiáng)分析，以及模擬測(cè)試，結(jié)果顯示照明指數(shù)成功達(dá)標(biāo)；第二，基于熱電制冷器設(shè)計(jì)CCD攝像機(jī)冷卻系統(tǒng)，采用半導(dǎo)體熱電制冷器作為冷卻源，利用數(shù)字溫度傳感器和PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫，保持CCD攝像機(jī)維持在恒溫狀態(tài)持久穩(wěn)定地工作；第三，研制高爐料面圖像采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，CCD攝像機(jī)采集爐內(nèi)料面紅外圖像，經(jīng)視頻傳輸線(xiàn)傳至外部監(jiān)控室內(nèi)計(jì)算機(jī)上的視頻采集卡，數(shù)字溫度傳感器采集CCD攝像機(jī)工作溫度、電接點(diǎn)壓力表采集爐頂?shù)獨(dú)鈮毫屠鋮s水壓力，上位機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)壓縮打包后經(jīng)RS485傳輸線(xiàn)傳至外部監(jiān)控室；第四，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)爐況識(shí)別系統(tǒng)，提取視頻信息中的幀靜態(tài)圖像，進(jìn)行濾波去噪、銳化增強(qiáng)圖像預(yù)處理后，采用OTSU閾值分割算法和局部統(tǒng)計(jì)特征識(shí)別算法進(jìn)行爐況識(shí)別；第五，設(shè)計(jì)溫度和壓力報(bào)警裝置檢測(cè)CCD攝像機(jī)工作溫度和氮?dú)?、冷卻水壓力值，通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，為高爐生產(chǎn)的安全性提供保障，最后完成了高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建。高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非接觸、低成本、易維護(hù)、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：高爐煉鐵 紅外激光照明 熱電制冷器 OTSU閾值分割 局部統(tǒng)計(jì)特征識(shí)別
【學(xué)位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景與目的9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景10-12
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及論文構(gòu)成12-14
• 第二章 高爐生產(chǎn)工藝與爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)14-19
• 2.1 高爐生產(chǎn)工藝14-15
• 2.2 高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求15-16
• 2.3 高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和工藝路線(xiàn)16-17
• 2.4 高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)17-18
• 2.5 本章小結(jié)18-19
• 第三章 耐高溫光纖照明系統(tǒng)19-27
• 3.1 耐高溫光纖照明系統(tǒng)硬件構(gòu)成19-21
• 3.2 耐高溫光纖照明系統(tǒng)軟件測(cè)試與仿真21-26
• 3.3 耐高溫光纖照明系統(tǒng)模擬測(cè)試26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 第四章 基于熱電制冷器的紅外攝像機(jī)冷卻系統(tǒng)27-33
• 4.1 CCD 攝像機(jī)冷卻原理概述27-28
• 4.2 CCD 攝像機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法28-29
• 4.3 測(cè)試結(jié)果和分析29-31
• 4.4 本章小結(jié)31-33
• 第五章 高爐料面圖像采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)33-42
• 5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-34
• 5.2 料面圖像采集與傳輸34-37
• 5.3 環(huán)境參數(shù)檢測(cè)37-41
• 5.4 本章小結(jié)41-42
• 第六章 高爐料面圖像處理和爐況識(shí)別系統(tǒng)42-57
• 6.1 高爐爐況分析42-44
• 6.2 高爐料面圖像處理與爐況識(shí)別的步驟44-45
• 6.3 算法原理和關(guān)鍵技術(shù)45-52
• 6.4 高爐料面圖像處理與爐況識(shí)別52-56
• 6.5 本章小結(jié)56-57
• 第七章 溫度和壓力自動(dòng)報(bào)警裝置57-64
• 7.1 溫度和壓力自動(dòng)報(bào)警裝置總體設(shè)計(jì)57
• 7.2 報(bào)警裝置硬件設(shè)計(jì)57-61
• 7.3 報(bào)警裝置軟件設(shè)計(jì)61-62
• 7.4 本章小結(jié)62-64
• 第八章 高爐爐況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建模探究64-68
• 8.1 模型簡(jiǎn)化64
• 8.2 高爐建模64-67
• 8.3 本章小結(jié)67-68
• 第九章 結(jié)論與展望68-71
• 9.1 結(jié)論68-69
• 9.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 致謝74-75
• 申請(qǐng)碩士學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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首鋼京唐提高高爐爐況穩(wěn)定性的實(shí)踐    任立軍

攀鋼新3號(hào)高爐指標(biāo)創(chuàng)新高    向波

太鋼高爐爐況預(yù)警機(jī)制效能凸現(xiàn)    寧武生

杭鋼高爐探尺改造成效顯著    記者 劉和平　通訊員 呂曉飛

宣鋼高爐在“弱勢(shì)”中打造“優(yōu)勢(shì)”    張俊 郭利峰

“百煉成鋼”金國(guó)一    本報(bào)記者 金榮生

高爐入爐有害元素的來(lái)源及危害控制    賈軍民 趙滿(mǎn)祥 趙鐵良 潘銘明

梅鋼開(kāi)發(fā)出高爐物料中鉀鈉鋅檢測(cè)新方法    于留春　葛青鋒 申健

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