一种高炉渣铁比在线智能监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高炉渣铁比在线智能监测方法及系统，通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系，对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径，根据流体纵向流速分布特点获得出铁口渣铁流量以及通过鱼雷罐车实时增重速率计算渣质量实时变化率，从而得到高炉出铁实时渣铁比，解决了现有技术无法精准在线监测高炉渣铁比的技术问题，不仅能根据高炉出铁口的实时渣铁流图像实时在线监测高炉出铁口渣铁流股直径，而且通过对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，以及结合流体纵向流速分布的特点能精准计算出高炉出铁实时渣铁比，从而形成了一套完备的高炉出铁过程渣铁比实时计算的智能方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高炉渣铁比在线智能监测方法及系统
本专利技术主要涉及高炉渣铁比在线智能监测
，特指一种高炉渣铁比在线智能监测方法及系统。
技术介绍
高炉是一种竖井型逆流式反应器，在炉内堆积成料柱状的炉料，受逆流而上的高温还原气流的作用，不断被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落，并最终形成渣铁融体而分离。高炉造渣过程是将炉料不进入生铁和煤气的其它成分，溶解、汇合并熔融成为液态炉渣和与生铁分离的过程。因此从矿石中固相矿物组分的相互作用开始，到软化粘结，到风口区焦炭剩余灰分的溶入，造渣过程一直在进行。高炉渣主要是由Cao、SiO2、Al2O3和MgO等4种氧化物组成，加上少量的FeO、MnO、CaS及碱金属氧化物等。渣量多少是直接影响冶炼过程强化的根本因素，它反映了矿石的品位和燃料的消耗。当矿石品位低时，冶炼单位生铁的渣量大，焦比高而产量低。渣量大不仅使软熔带的透气阻力增大；同时还使滴落带中渣焦比增大，造成渣液在焦炭孔隙中的滞留量升高，增加了发生液泛现象的危险，成为限制高炉冶炼强化的主要原因之一。因此准确测量实际出铁时渣铁流量以及渣铁比，合理控制炉前渣铁排放尤为重要。本专利技术监测对象为反应炉出口处出流的铁水和铁渣，它们是两种不同的液态，就像油和水，撇渣器根据密度不同把铁和渣分开，形成两个通道，渣沟和铁沟，铁水经铁沟直接流进鱼雷罐车称重，而铁渣经水淬装置冲成水渣,进行回收利用。目前高炉出渣量监测方法通常有四种：一是在水渣运输皮带上安装皮带秤,这种计量方法对仪器安装环境有较高的要求,并且维护量较大造成成本高；二是通过运输罐车计量,但是这种方式存在严重的滞后不能及时反映高炉出铁出渣的实时状况；三是依靠有经验的高炉炉长目测,这种人工判定方法的随机性误差较大,不利于高炉生产的精细化、智能化和规范化操作；四是利用高炉轮法水渣处理系统变频控制的脱水转筒的电流变化来间接测量高炉出渣量,由于出渣量与脱水转筒的电流之间并不是线性关系,所以该种方法在工况变化剧烈情况下并不能有效监测高炉出渣量。专利公开号CN103993113A专利技术专利是一种高炉出渣量在线监测方法，其使用模糊建模方法建立起了工况变化情况下水渣量、转筒空载电流、冲渣水消耗电流之间的非线性动态关系。结合(Iti-It0)的大小对高炉出渣量的影响特性设定关于(Iti-It0)的模糊隶属函数；Iti为第i时刻的转筒电流；It0为转筒空载电流和冲渣水消耗电流之和；利用高炉出渣量的模糊推理模型与模糊隶属函数，建立高炉出渣量计算模型；使用高炉出渣量计算模型进行高炉出渣量的在线监测。但该专利由转筒电流通过模糊隶属函数得到的水渣量精度比较低，动态品质不高，而且模糊推理由于本身特性无法建立精确的数学模型，难以适用高炉实际生产过程中复杂多变的工况。专利公开号CN101240357A专利技术专利是一种大型高炉渣铁排放监测方法与炉缸渣铁量监测方法，其监测原理是在铁水轨道上安装轨道衡称重系统，利用高炉一级控制系统软件中的计算模块得到若干套轨道衡称重系统铁排放量总和，进而计算出出铁速度；在出渣冲洗转鼓主力矩轴上装的力矩变送器监测,采样力矩计量信号输给计算机管理系统,经过计算机管理系统数据处理,把出渣称重计量转换为出渣量速度计量。但是该种方法需要在若干出铁路分别设置若干套轨道衡称重系统，在若干出渣路均分别设置若干套水洗渣称重系统，分别达到若干出铁路称重计量和若干出渣路称重计量的目的，对仪器安装环境有较高的要求,并且维护量较大造成成本高；而且存在滞后比较严重，并不能反映高炉出铁出渣的实时状况。
技术实现思路
本专利技术提供的高炉渣铁比在线智能监测方法及系统，解决了现有技术无法精准在线监测高炉渣铁比的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的高炉渣铁比在线智能监测方法包括：通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系；对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径；根据流体纵向流速分布特点获得出铁口渣铁流量；通过鱼雷罐车实时增重速率计算渣质量实时变化率，从而得到高炉出铁实时渣铁比。进一步地，通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系包括：根据像素坐标系与世界坐标系的关系，计算单应性矩阵；根据单应性矩阵，求解相机的内部参数和相机的外部参数；根据图像坐标系下的相机畸变模型以及像素坐标系下的相机畸变模型，对相机的内部参数进行优化；采用最大似然估计求解最优解对相机的所有参数进行优化，获得最优参数，并基于最优参数，确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系。进一步地，对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径包括：采集高炉出铁口的渣铁流图像，并对渣铁流图像进行预处理；对预处理后的渣铁流图像进行边缘检测，提取渣铁流轮廓；根据渣铁流轮廓，获得出铁口的直径。进一步地，对预处理后的渣铁流图像进行边缘检测，提取渣铁流轮廓包括：对预处理后的渣铁流图像进行高斯滤波，获得滤波图像；计算滤波图像的梯度值和梯度方向；根据滤波图像的梯度值和梯度方向，对滤波图像进行非极大值抑制；采用双阈值检测方法对非极大值抑制后的滤波图像进行边缘提取，获得渣铁流轮廓。进一步地，根据渣铁流轮廓，获得出铁口的直径包括：采用列扫描方式对渣铁流轮廓从出铁口位置向后扫描预设行；根据每一行上下边缘之间相隔的像素数，计算出铁口的直径。进一步地，根据流体纵向流速分布特点获得出铁口渣铁流量包括：计算渣铁流在大气中形成的射流的初始段混合区的混合断面流速，其中混合断面流速的计算公式为：其中u1为混合断面流速，u0为射流出口处的流速，bc为核心区的半厚度，bm为初始段混合区的厚度，y1为初始段混合区的断面的横向坐标，反映计算点在初始段混合区的断面离开射流中心轴线的距离；计算射流的主体段的主体断面横向流速，其中，主体断面横向流速的计算公式为：其中u2为主体断面横向流速，um为轴线最大流速，R为轴线距外边界的距离，y2为主体段的断面的横向坐标，反映计算点在主体段的断面离开射流中心轴线的距离；计算射流的主体段的主体断面纵向流速，其中，主体断面纵向流速的计算公式为：其中u3为主体断面纵向流速，be为特征半厚度，取流速等于轴线最大流速um的1/e处的y2值；根据动量守恒和射流厚度线性扩展，计算射流轴线流速，其中，射流轴线流速的计算公式为：其中b0为矩形孔口的半高，x为源点距；提取渣铁流图像的特征块，并根据特征块在相邻两帧渣铁流图像中移动的水平距离计算渣铁流的流速；根据混合断面流速、主体断面横向流速、主体断面纵向流速以及渣铁流的流速获得出铁口渣铁流量。进一步地，通过鱼雷罐车实时增重速率计算渣质量实时变化率，从而得到高炉出铁实时渣铁比包括：根据鱼雷罐车的增重量，获得出铁口铁水的质量；根据出铁口铁水的质量、密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，所述方法包括：/n通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系；/n对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径；/n根据流体纵向流速分布特点获得出铁口渣铁流量；/n通过鱼雷罐车实时增重速率计算渣质量实时变化率，从而得到高炉出铁实时渣铁比。/n

【技术特征摘要】
1.一种高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，所述方法包括：
通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系；
对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径；
根据流体纵向流速分布特点获得出铁口渣铁流量；
通过鱼雷罐车实时增重速率计算渣质量实时变化率，从而得到高炉出铁实时渣铁比。


2.根据权利要求1所述的高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，通过相机标定确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系包括：
根据像素坐标系与世界坐标系的关系，计算单应性矩阵；
根据所述单应性矩阵，求解相机的内部参数和相机的外部参数；
根据图像坐标系下的相机畸变模型以及像素坐标系下的相机畸变模型，对相机的内部参数进行优化；
采用最大似然估计求解最优解对相机的所有参数进行优化，获得最优参数，并基于所述最优参数，确定高炉出铁口流出的渣铁流在世界坐标系与像素坐标系之间的对应关系。


3.根据权利要求2所述的高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，对高炉出铁口的渣铁流图像进行图像处理，获得出铁口渣铁流股直径包括：
采集高炉出铁口的渣铁流图像，并对所述渣铁流图像进行预处理；
对预处理后的渣铁流图像进行边缘检测，提取渣铁流轮廓；
根据所述渣铁流轮廓，获得出铁口的直径。


4.根据权利要求3所述的高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，对预处理后的渣铁流图像进行边缘检测，提取渣铁流轮廓包括：
对预处理后的渣铁流图像进行高斯滤波，获得滤波图像；
计算所述滤波图像的梯度值和梯度方向；
根据所述滤波图像的梯度值和梯度方向，对所述滤波图像进行非极大值抑制；
采用双阈值检测方法对非极大值抑制后的滤波图像进行边缘提取，获得渣铁流轮廓。


5.根据权利要求4所述的高炉渣铁比在线智能监测方法，其特征在于，根据所述渣铁流轮廓，获得出铁口的直径包括：
采用列扫描方式对所述渣铁流轮廓从出铁口位置向后扫描预设行；
根据每一行上下边缘之间相隔的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，候东强，何磊，徐勇，陈致蓬，许川，沈宇航，
申请(专利权)人：中南大学，合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43