高穩(wěn)定的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型的各個(gè)方面涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中鋼水碳含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，具體而言涉及一種高穩(wěn)定的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今世界上的主流煉鋼技術(shù)就是轉(zhuǎn)爐煉鋼，其產(chǎn)量占鋼鐵總產(chǎn)量的70%以上。而在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中最重要的一環(huán)就是末期的終點(diǎn)控制，直接關(guān)系到最后鋼水的質(zhì)量。自從轉(zhuǎn)爐煉鋼方法出現(xiàn)以來，轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制主要經(jīng)歷了人工經(jīng)驗(yàn)控制、靜態(tài)模型控制、動態(tài)模型控制和光信息控制四個(gè)發(fā)展階段。
[0003]人工經(jīng)驗(yàn)控制，即經(jīng)驗(yàn)煉鋼，利用熱電偶測溫定碳和爐前取樣快速分析的手段，對正常吹煉條件下的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)進(jìn)行人工經(jīng)驗(yàn)判斷控制。碳氧反應(yīng)速率是劃分三個(gè)階段的重要依據(jù)，而碳氧反應(yīng)的劇烈程度及鋼水的溫度，都能夠被爐口火焰反映出來。煉鋼操作工人通過觀察爐口火焰、火花和供氧時(shí)間來綜合判斷煉鋼終點(diǎn)。然而，僅僅依靠操作工人的肉眼觀察，存在終點(diǎn)命中率低、工人勞動強(qiáng)度大等問題。
[0004]靜態(tài)模型控制就是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，對以往轉(zhuǎn)爐吹煉的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出吹煉所需要的初始條件，以此條件來進(jìn)行吹煉過程。一般來說，靜態(tài)模型控制相比人工經(jīng)驗(yàn)控制能夠更加有效地利用吹煉過程的初始條件進(jìn)行定量計(jì)算和控制。靜態(tài)模型控制能夠依據(jù)原料條件尋找最佳原料配比，并根據(jù)實(shí)際配料確定冶煉方案，克服經(jīng)驗(yàn)控制上的隨機(jī)性和不一致性?，F(xiàn)有的靜態(tài)模型包括機(jī)理模型、統(tǒng)計(jì)模型和增量模型三種。而在實(shí)際應(yīng)用中，常常以這三種模型相互結(jié)合來提高終點(diǎn)控制的精度。但是由于靜態(tài)模型控制不考慮吹煉過程中的動態(tài)信息，不能進(jìn)行在線跟蹤和實(shí)時(shí)修正，因此準(zhǔn)確性受到很大的限制。
[0005]動態(tài)模型控制主要是副槍動態(tài)控制方法，在靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上利用副槍對轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鋼水進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測得到的結(jié)果，對初始參數(shù)加以修正，來得到精確的終點(diǎn)。尤其是近年來，隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研宄在動態(tài)模型控制方法上的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)靜態(tài)模型控制忽視吹煉過程中動態(tài)信息的問題，進(jìn)一步提高了檢測的準(zhǔn)確性，使終點(diǎn)檢測結(jié)果的命中率得到了進(jìn)一步的提升，同時(shí)使煉鋼的自動化程度得到了極大的提高。但是它成本比較高，需要對轉(zhuǎn)爐進(jìn)行改造，故對一般的中小型轉(zhuǎn)爐不太適用。
[0006]傳統(tǒng)方法或?qū)K點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確，或成本高適應(yīng)性受限，因此隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，人們不斷嘗試在終點(diǎn)控制技術(shù)中應(yīng)用更加有效和準(zhǔn)確的方法。在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了利用轉(zhuǎn)爐爐口光學(xué)信息對轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)判斷的新型終點(diǎn)控制方法。諸如，利用紅外激光穿透爐氣時(shí)發(fā)生的變化情況來測量爐氣成分來判斷終點(diǎn)的光學(xué)探測器，該探測器通過檢測穿過爐氣激光發(fā)生的變化情況來判斷終點(diǎn)，其主要原理是檢測爐氣中的一氧化碳的含量，根據(jù)爐氣中的一氧化碳的成分變化來進(jìn)行終點(diǎn)控制。在經(jīng)驗(yàn)或者動態(tài)模型控制中，始終不可忽略的就是操作工人要從火焰的變化來獲取不同程度的信息，這些信息其實(shí)就是火焰的光圈、光譜分布和火焰的圖像信息。隨著光電器件的不斷發(fā)展，光學(xué)處理方法的不斷成熟，光學(xué)探測技術(shù)得到了極大的發(fā)展，光學(xué)控制方法也應(yīng)用到了轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制中。諸如張金進(jìn)、石彥杰等人提出的鋼水輻射光譜信息探測法、美國伯利恒鋼鐵公司提出的爐口火焰光強(qiáng)信息探測法、衛(wèi)成業(yè)、嚴(yán)建華等人提出的火焰圖像信息探測法等。
[0007]雖然煉鋼終點(diǎn)控制理論的研宄不斷深入，但這些方法所需的成本極高，探測和分析設(shè)備的造價(jià)都是極其昂貴的，而且安裝和維護(hù)十分不便，僅僅在一些實(shí)力強(qiáng)大的鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用。在大多數(shù)中小鋼鐵企業(yè)中，還是以單一的經(jīng)驗(yàn)控制或者靜態(tài)模型控制為主。而最新的光信息控制方法雖然提供了一些有價(jià)值的思路和應(yīng)用方向，但由于受到生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件的限制，尤其是復(fù)雜、惡劣的煉鋼生產(chǎn)環(huán)境，在光信息采集方面，抗干擾能力弱，不能迅速連續(xù)的提取所需要的參數(shù)信息，因而很難為一些中小鋼鐵企業(yè)所接受。
[0008]因此，迫切需要研制一種精確的，適用于中小鋼鐵企業(yè)，中小轉(zhuǎn)爐的在線實(shí)時(shí)煉鋼終點(diǎn)控制方案。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型目的在于提供一種高穩(wěn)定的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)，具有非接觸、抗干擾能力強(qiáng)、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，從而解決了當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量在線動態(tài)檢測方面的冋題。
[0010]本實(shí)用新型的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0011]為達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型提出一種高穩(wěn)定的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括:
[0012]望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，被配置用于實(shí)時(shí)采集煉鋼爐口的火焰圖像信息；
[0013]光譜儀，被配置通過光纖連接至所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，接收來自所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的火焰圖像信息進(jìn)行火焰光譜分析；
[0014]終點(diǎn)控制裝置，通過數(shù)據(jù)線與所述光譜儀連接，接收光譜儀傳輸?shù)墓庾V分布信息進(jìn)行碳含量的檢測；
[0015]其中:
[0016]所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)包括共光軸的物鏡和目鏡，通過該物鏡和目鏡對所述煉鋼爐口的火焰進(jìn)行成像并通過所述光纖傳輸；
[0017]所述的終點(diǎn)控制裝置包括一用于根據(jù)光譜分布信息進(jìn)行碳含量檢測的運(yùn)算單元和控制運(yùn)算單元運(yùn)行的控制單元，該控制單元與運(yùn)算單元連接，該運(yùn)算單元具有數(shù)據(jù)接口與所述光譜儀連接以接收所述的光譜分布信息；
[0018]所述運(yùn)算單元構(gòu)造為燒錄了碳含量檢測模型FPGA芯片或者CPLD芯片中的一種；
[0019]所述控制單元構(gòu)造為一微處理器，包括電源模塊、存儲模塊和中央處理模塊，存儲模塊和中央處理模塊連接，其中:所述電源模塊用于提供電壓供應(yīng)，且配置有一儲能元件用于消除電磁干擾；所述電源模塊與存儲模塊、中央處理模塊的接線線路中以及存儲模塊和中央處理模塊的接線線路中均連接有濾波器以消除導(dǎo)線上的干擾。
[0020]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述儲能元件包括至少一個(gè)電容器，其一端連接在所述電源模塊的輸出線路上，另一端接地。
[0021]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述的儲能元件包括至少兩個(gè)并聯(lián)的電容器，該兩個(gè)電容器的一端均連接在所述電源模塊的輸出線路上，另一端分別接地。
[0022]進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述兩個(gè)電容器中，其中一個(gè)為用于濾除低頻波的電解電容，另一個(gè)為用于濾除高頻波的瓷片電容。
[0023]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述電源模塊與存儲模塊、中央處理模塊的接線線路中以及存儲模塊和中央處理模塊的接線線路中串聯(lián)所述的濾波器。
[0024]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述濾波器為LC濾波器。
[0025]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)還包括一偏振片，設(shè)置所述物鏡和目鏡的光學(xué)成像通路中。
[0026]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)還包括獨(dú)立于物鏡和目鏡、用于調(diào)節(jié)爐口火焰探測視場的視場光欄，該視場光欄配置在所述物鏡、目鏡所形成的光學(xué)成像通路中。
[0027]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述視場光欄位于所述物鏡的焦平面上。
[0028]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述視場光欄為可變視場光欄。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，所述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的實(shí)用新型主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的實(shí)用新型主題的一部分。
[0030]結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本實(shí)用新型教導(dǎo)的所述和其他方面、實(shí)施例和特征。本實(shí)用新型的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本實(shí)用新型教導(dǎo)的【具體實(shí)施方式】的實(shí)踐中得知。
【附圖說明】
[0031]附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組成部分可以用相同的標(biāo)號表示。為了清晰起見，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記。現(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本實(shí)用新型的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中:
[0032]圖1是本實(shí)用新型所提出的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)的示意圖。
[0033]圖2是圖1的檢測系統(tǒng)中終點(diǎn)控制裝置的示意圖。
[0034]圖3是圖1的檢測系統(tǒng)中望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖4是圖1的檢測系統(tǒng)中望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了更了解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。
[0037]在本公開中參照附圖來描述本實(shí)用新型的各方面，附圖中示出了許多說明的實(shí)施例。本公開的實(shí)施例不必定意在包括本實(shí)用新型的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí)施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來實(shí)施，這是因?yàn)楸緦?shí)用新型所公開的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本實(shí)用新型公開的一些方面可以單獨(dú)使用，或者與本實(shí)用新型公開的其他方面的任何適當(dāng)組合來使用。
[0038]結(jié)合圖1所示，本實(shí)用新型提出的轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量動態(tài)檢測系統(tǒng)，包括望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)1、光譜儀2以及終點(diǎn)控制裝置3。
[0039]望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)I與光譜儀2之間通過光纖4連接。
[0040]望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)1，被配置用于實(shí)時(shí)獲取煉鋼爐口的火焰圖像信息。
[0041]光譜儀2，如圖1所示，被配置通過光纖4與望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)I連接并接收來自望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)I的火焰圖像信息，進(jìn)行光譜分析以獲取火焰光譜分布信息。
[0042]光譜儀2，在本例中選用了光柵光譜儀，諸如海洋光學(xué)的USB4000-VIS-NIR的微型CCD光柵光譜儀，其體積小、故障率低，且安裝方便，與本例設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)配合可穩(wěn)定獲得爐口火焰的穩(wěn)定光譜。
[0043]終點(diǎn)控制裝置3，通過數(shù)據(jù)線與所述光譜儀2連接，接收光譜儀2傳輸?shù)墓庾V分布信息進(jìn)行碳含量的檢測。
[0044]結(jié)合圖1，所述終點(diǎn)控制裝置3具有一用于根據(jù)光譜分布信息進(jìn)行碳含量檢測的運(yùn)算單元31和控制運(yùn)算單元運(yùn)行的控制單元32，該控制單元32與運(yùn)算單元31連接