CN102181598B - 基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法 - Google Patents

基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法 Download PDF

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CN102181598B CN2011100513070A CN201110051307A CN102181598B CN 102181598 B CN102181598 B CN 102181598B CN 2011100513070 A CN2011100513070 A CN 2011100513070A CN 201110051307 A CN201110051307 A CN 201110051307A CN 102181598 B CN102181598 B CN 102181598B
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Abstract

本发明公开了一种基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法，该方法提供出钢的下渣与判断，即在大量夹渣出现前，通过连续图像处理，计算钢流速度，推算钢水距离出钢口液面高度，来对大量夹渣情况进行预判，通过通知操作人员提前对转炉进行相应的操作，来解决由于转炉电机响应延时带来的部分钢渣无法控制的问题。

Description

基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法
技术领域
本发明提供现代炼钢领域，关于转炉控渣出钢工艺的一种新方法，本发明具体涉及一种基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法。
背景技术
在当前转炉炼钢出钢工艺中，对于出钢下渣的控制大多采用连续观测钢流内夹渣量，当夹渣量高于一定含量时，根据当前转炉内余钢量情况来决定进行摇炉操作，或抬炉及挡渣操作，以避免钢渣持续进入钢包，影响钢水的纯净度，从而影响钢产品质量，采用目前方法进行钢渣控制，关键在于发现钢流内的大量夹渣，但是由于钢包电机从启动到转动完成具有3秒左右的响应延时，造成即使能够在发现夹渣的同时即开始对转炉进行操作，依然不可避免的有3秒左右持续钢渣进入钢包，带来钢渣控制效果不彻底，从而影响钢产品质量的稳定性的不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法，该方法提供出钢的下渣与判断，即在大量夹渣出现前，通过连续图像处理，计算钢流速度，推算钢水距离出钢口液面高度，来对大量夹渣情况进行预判，通过通知操作人员提前对转炉进行相应的操作，来解决由于转炉电机响应延时带来的部分钢渣无法控制的问题。
本发明方法工作时采用的检测方法包括以下步骤：
1、决策是否需要下渣预判处理，具体实施步骤为：
a)        采集转炉炉位角度信号
Figure 675206DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 972457DEST_PATH_IMAGE002
信号值在出钢过程中，从0°向180°方向递增，抬炉过程中反向递减，现场的炉位角度信号由转炉电机控制系统提供；
b)        根据应用转炉出钢工艺获得出钢起始角度
Figure 332900DEST_PATH_IMAGE003
；
c)        判断
Figure 966750DEST_PATH_IMAGE002
是否满足不等式，若成立才进行以下步骤；
2、采集连续两帧钢流热图像DIB1和DIB2，两幅图像采样时间间隔为
Figure 781571DEST_PATH_IMAGE005
，要求
Figure 165279DEST_PATH_IMAGE006
，热图像要求为8~14微米波段远红外热图像，图像中钢流要求为垂直流向，图像采集过程如下：
a)        使用8~14微米工作波段，拍摄帧率25帧每秒以上的远红外摄像仪，正面拍摄垂直下落的钢流，获得出钢钢流的热视频流，视频信号以PALD制式的复合视频信号格式进行传输，其静态单帧图像为256个灰度级构成的二维灰度图像，分辨率为
Figure 420680DEST_PATH_IMAGE007
×
Figure 188565DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 958944DEST_PATH_IMAGE007
为图像宽度，
Figure 834758DEST_PATH_IMAGE008
为图像高度；
b)        使用视频采集卡，接收摄像仪输出的复合视频信号，进行从模拟到数字的实时转换，形成数字化的视频流；
c)        在数字视频流中截取静态单帧图像DIB1，图像横宽为
Figure 944666DEST_PATH_IMAGE007
个像素，纵高为个像素，以表示图像上任一点的横坐标，从0开始，取值为0到
Figure 64041DEST_PATH_IMAGE007
的整数，
Figure 592236DEST_PATH_IMAGE010
表示图像上任一点的纵坐标，从0开始，取值为0到
Figure 197530DEST_PATH_IMAGE008
的整数，图像上任意一点像素位置表示为坐标
Figure 130718DEST_PATH_IMAGE011
，该像素点在图像上的灰度级表示为函数
Figure 925499DEST_PATH_IMAGE012
，以下所有涉及的图像像素点灰度级表示方式与此类同；
d)        在取得静态单帧图像DIB1后，间隔时间
Figure 744419DEST_PATH_IMAGE005
后，截取另一帧静态单帧图像DIB2，该图像上任意像素点灰度级表示为函数；
e)        DIB1内钢流信息的包含有时刻0点钢流初始位置，DIB2内钢流信息包含有时刻点时钢流移动后的位置；
3、在采集第二帧钢流热图像DIB2的同时，采集转炉炉位角度信号
Figure 272724DEST_PATH_IMAGE002
，记为当前炉位角度
Figure 759201DEST_PATH_IMAGE014
，含义为连续两帧钢流热图像采集事件发生瞬间，转炉炉体所处于的炉位角度；
4、使用罗伯特边缘算法对图像DIB1进行处理，生成DIB1的边缘图像EDIB1，EDIB1内任意像素点的灰度级表示为函数
Figure 971876DEST_PATH_IMAGE015
，具体处理方法如下：
a)        从图像DIB1左上角原点
Figure 927325DEST_PATH_IMAGE016
开始到图像右下角终点为止，依次遍历处理图像DIB1上的每一个像素点，对每一个遍历到的像素点
Figure 591841DEST_PATH_IMAGE011
，使用5.2步骤内方法处理；
b)        对当前遍历到任意一像素点，坐标为
Figure 479813DEST_PATH_IMAGE011
，采用交叉梯度算子
Figure 93197DEST_PATH_IMAGE018
运算，得到该像素点的梯度值
Figure 784203DEST_PATH_IMAGE019
，进入步骤4.3；
c)        使用边缘条件值，当
Figure 534171DEST_PATH_IMAGE011
点对应的梯度值
Figure 461282DEST_PATH_IMAGE019
大于等于条件值时，有边缘图像EDIB1在该点灰度值
Figure 442193DEST_PATH_IMAGE021
，否则有
Figure 669037DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 319331DEST_PATH_IMAGE020
的取值可根据需要调节，一般取经验值
Figure 281034DEST_PATH_IMAGE023
；
d)        当图像DIB1上所有的像素点均处理完成，则获得对应的边缘图像EDIB1，边缘图像EDIB1内各非零像素点组成的轨迹代表图像DIB1内物体的边缘，EDIB1内记录了位移前的钢流位置；
5、使用罗伯特边缘算法对图像DIB2进行处理，生成DIB2的边缘图像EDIB2，EDIB2内任意像素点的灰度级表示为函数
Figure 716694DEST_PATH_IMAGE024
，具体处理方法如下：
a)        从图像DIB2左上角原点
Figure 347396DEST_PATH_IMAGE016
开始到图像右下角终点
Figure 252029DEST_PATH_IMAGE017
为止，依次遍历处理图像DIB2上的每一个像素点，对每一个遍历到的像素点
Figure 259168DEST_PATH_IMAGE011
，使用6.2步骤内方法处理；
b)        对当前遍历到任意一点像素点，坐标为
Figure 234821DEST_PATH_IMAGE011
，采用交叉梯度算子
Figure 849473DEST_PATH_IMAGE025
进行运算，得到该像素点的梯度值
Figure 412041DEST_PATH_IMAGE026
，进入步骤5.3；
c)        使用边缘条件值
Figure 786653DEST_PATH_IMAGE020
，当
Figure 931327DEST_PATH_IMAGE011
点对应的梯度值
Figure 860755DEST_PATH_IMAGE026
大于等于条件值
Figure 910620DEST_PATH_IMAGE020
时，有边缘图像EDIB2在该点灰度值
Figure 761026DEST_PATH_IMAGE027
，否则有
Figure 25786DEST_PATH_IMAGE028
，的取值可根据需要调节，一般取经验值
Figure 267204DEST_PATH_IMAGE023
；
d)        当图像DIB2上所有的像素点均处理完成，则获得对应的边缘图像EDIB2，边缘图像EDIB2内各非零像素点组成的轨迹代表图像DIB2内物体的边缘，EDIB2内记录了的位移后的钢流位置； 
6、确定图像内钢流的上边界坐标，为LUP(
Figure 419836DEST_PATH_IMAGE014
)，其为当前炉位角度
Figure 539102DEST_PATH_IMAGE014
的函数，用以标记出钢口与钢流的分界线在图像上的纵坐标随炉位角度的变化；
7、确定图像内钢流的下边界坐标LDOWN，其为图像上钢包口与钢流分界的纵坐标，为一个测绘常数；
8、设假设垂直位移dis，分别计算各dis对应的假设垂直位移图像MDIB1 [dis]，其任一点灰度函数记为
Figure 620453DEST_PATH_IMAGE029
，其中假设垂直位移的含义为假设图像EDIB1中的钢流在时间间隔
Figure 707226DEST_PATH_IMAGE030
内向下位移为dis，具体计算过程为：
a)        dis从0到(LDOWN- LUP(
Figure 914084DEST_PATH_IMAGE014
))间依次取整数，每次移动1个单位；
b)        若本次取得的假设垂直位移为dis且dis不大于(LDOWN- LUP(
Figure 887856DEST_PATH_IMAGE014
))，进行下一步； 
c)        准备中间图像TEMP，中间图像的宽度为，高度为，初始化图像上任一点灰度函数的值都为零，即所有的
Figure 943034DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 722378DEST_PATH_IMAGE032
为中间图像中任一点的灰度函数；
d)        取EDIB1上任一点的灰度函数
Figure 457116DEST_PATH_IMAGE015
，将该灰度值填入到中间图像TEMP上纵坐标相距为dis的像素点上，算式表达为
Figure 252902DEST_PATH_IMAGE033
，式中横坐标
Figure 786914DEST_PATH_IMAGE009
从0到
Figure 922229DEST_PATH_IMAGE007
依次取整数，纵坐标
Figure 827868DEST_PATH_IMAGE010
从LUP(
Figure 615345DEST_PATH_IMAGE014
)到LDOWN-dis依次取整数，纵坐标小于LUP()的点在图像EDIB1上为非钢流点，不能移动到TEMP中，纵坐标大于LDOWN-dis的点，在图像TEMP中将移动到钢流区域外，在TEMP不产生新的钢流位置；
e)        按照9.2内的计算方法，完成所有指定像素点的遍历，记录最终得到由任一点灰度值
Figure 208449DEST_PATH_IMAGE032
构成的中间图像TEMP为假设垂直位移dis时的假设垂直位移图像MDIB1[dis]；
f)          移动dis，找到所有dis对应的MDIB1[dis]；
9、计算每个假设垂直位移图像MDIB1[dis]与EDIB2内移动钢流图像的灰度值绝对差值和
Figure 284989DEST_PATH_IMAGE034
 ，移动钢流的含义为所考察的钢流为EDIB1内移动过来的钢流，不得包括从出钢口新出现的钢流信息，本处灰度值绝对差值和
Figure 727472DEST_PATH_IMAGE035
的含义为移动钢流区域内，两图像所有对应点灰度值绝对差值的统计和，
Figure 928253DEST_PATH_IMAGE035
具体的计算方法如下：
a)        取对应假设垂直位移dis的假设垂直位移图像MDIB1[dis]，假设垂直位移图像中任一点灰度值函数即为
Figure 38160DEST_PATH_IMAGE029
；
b)        初始化对应假设垂直位移dis的的灰度值绝对差值和
Figure 285602DEST_PATH_IMAGE036
c)        取EDIB2，其中任一点灰度值函数即为；
d)        令横坐标
Figure 957203DEST_PATH_IMAGE009
从0到
Figure 414292DEST_PATH_IMAGE007
依次取整数，纵坐标
Figure 19586DEST_PATH_IMAGE010
从LUP()+dis到LDOWN依次取整数，本处纵坐标约束条件下的点，在EDIB2以及MDIB1[dis]内均被认为是本次假设垂直位移条件下，EDIB1图像内原钢流所到达的新位置，不包含从出钢口新流出的钢流信息；
e)        取符合9.4约束条件的任意一个坐标
Figure 732906DEST_PATH_IMAGE011
，考察图像MDIB1[dis]内该坐标对应的灰度值
Figure 879723DEST_PATH_IMAGE029
，与图像EDIB2内该坐标对应的灰度值
Figure 154453DEST_PATH_IMAGE024
，计算灰度值绝对差值，算式为
Figure 871873DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 391716DEST_PATH_IMAGE038
为坐标
Figure 894504DEST_PATH_IMAGE011
条件下的单个灰度值绝对差值；
f)          根据9.5中算式的结果，计算移动钢流区域内，所有对应点灰度值绝对差值的统计和，得到两图像的灰度值绝对差值和
Figure 841600DEST_PATH_IMAGE035
，算式为
Figure 46317DEST_PATH_IMAGE039
；
10、            考察所有假设垂直位移dis条件下，计算得到的灰度值绝对差值和
Figure 874245DEST_PATH_IMAGE035
，参考图像物体位移的判别方法，考虑钢流的不规则性及自由落体的非匀速，实际采用取最小的
Figure 730075DEST_PATH_IMAGE040
个
Figure 349537DEST_PATH_IMAGE035
所对应的dis值求平均来估算钢流中心在垂直方向上的平均位移，算式表达为，像素单位，式中表达的含义为
Figure 315329DEST_PATH_IMAGE035
序列中的第n小值，
Figure 666544DEST_PATH_IMAGE043
表示第n小值对应的dis值，
Figure 534268DEST_PATH_IMAGE040
值需根据实际效果进行调试，根据实验经验数据，一般在左右进行适量增减可获得满意效果；
11、            将钢流中心在垂直方向上的平均位移从像素单位转化为公尺单位，算式为，式中，
Figure 756673DEST_PATH_IMAGE046
为探测器安装到钢流距离，单位米，
Figure 406966DEST_PATH_IMAGE047
为探测器镜头焦距，单位米，
Figure 377458DEST_PATH_IMAGE048
为探测器焦平面上单个探元尺寸，单位米，焦平面上一个探元对应图像上一个像素，探元大小表示为一个
Figure 547539DEST_PATH_IMAGE049
的正方形；
12、            计算图像中钢流段的高度，已知钢流活动区域上界为LUP()，钢流活动区域下界为LDOWN，钢流段的高度为
Figure 79944DEST_PATH_IMAGE050
，式中
Figure 87083DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 377250DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 945897DEST_PATH_IMAGE048
含义与步骤11中同； 
13、            由步骤12的结果计算钢流中心距离出钢口的高度为总钢流段高度的一半，记为
Figure 570782DEST_PATH_IMAGE051
；
14、            根据步骤11计算的钢流中心在垂直方向上的平均位移
Figure 886007DEST_PATH_IMAGE052
，估算钢流中心在垂直方向上的速度为
Figure 30681DEST_PATH_IMAGE053
，单位米每秒，
Figure 268764DEST_PATH_IMAGE005
为选用探测器的采样时间间隔；
15、            根据自由落体理论，根据步骤14计算得到的钢流中心垂直方向速度
Figure 820093DEST_PATH_IMAGE054
，及步骤13中计算得到的钢流中心到出钢口高度
Figure 231352DEST_PATH_IMAGE051
，计算得到出钢口钢流初始垂直分量为，式中，
Figure 138052DEST_PATH_IMAGE056
为重力加速度；
16、            由步骤3已知当前转炉炉位角度为，由步骤15已知出钢口钢流初始垂直分量为
Figure 329310DEST_PATH_IMAGE057
，根据平行四边形法则，出钢口钢流初速为
Figure 697843DEST_PATH_IMAGE058
；
17、            由步骤16已知出钢口钢流初速为，根据小孔射流的理论公式计算出钢口到钢水液面的高度为
Figure 342331DEST_PATH_IMAGE060
，式中，为重力加速度；
18、            设置钢水液面警戒高度
Figure 23160DEST_PATH_IMAGE061
，该值通过以下方法调试获得：
a)        确定电机响应时间
Figure 773947DEST_PATH_IMAGE062
,电机响应时间
Figure 833170DEST_PATH_IMAGE062
是指主动挡渣机构及转炉转动电机从获得启动信号到机械部件开始启动之间的电气延时，可在设备手册中查到，本处电机响应时间
Figure 826140DEST_PATH_IMAGE062
取两者的最大值；
b)        任意给定
Figure 169266DEST_PATH_IMAGE061
一个初始值，在出钢过程中考察该值的合理性；
c)        若未出现即已经出现了大量夹渣，则适当提高
Figure 325889DEST_PATH_IMAGE061
设定，再次考察新设定值的合理性；
d)        若出现
Figure 862830DEST_PATH_IMAGE063
情况后，电机响应时间
Figure 811195DEST_PATH_IMAGE062
内未出现大量夹渣，则适当降低
Figure 966101DEST_PATH_IMAGE061
，再次考察新设定值的合理性；
e)        若
Figure 999916DEST_PATH_IMAGE063
出现后，电机响应时间
Figure 337619DEST_PATH_IMAGE062
内能够出现大量夹渣，即确定当前设定的
Figure 389758DEST_PATH_IMAGE061
的值为合理值，完成对警戒高度
Figure 151784DEST_PATH_IMAGE061
设定；
19、            比较由步骤17获得的当前钢水液面的高度
Figure 859846DEST_PATH_IMAGE064
，与步骤18设定的钢水液面警戒高度，若出现
Figure 658617DEST_PATH_IMAGE063
，即发出操作信号；
20、            按照由步骤3已知的当前炉位角度
Figure 163733DEST_PATH_IMAGE014
位置，及步骤19获得的操作信号
Figure 857887DEST_PATH_IMAGE065
，进行不同的操作处理如下：
a)        由转炉出钢工艺获得末位出钢角度
Figure 822301DEST_PATH_IMAGE066
；
b)        若，根据获得的操作信号
Figure 674030DEST_PATH_IMAGE065
，启动中期报警器示警，提醒操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，适当增大炉位角度，抬高炉内钢水液面，避免钢渣从出钢口流出；
c)        若
Figure 203232DEST_PATH_IMAGE068
，根据获得的操作信号
Figure 520687DEST_PATH_IMAGE065
，启动末期报警器示警，联动主动挡渣执行机构，执行挡渣操作，在出钢口被堵塞，钢渣被成功阻挡时，通过操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，减小炉位角度，使转炉炉位恢复为0°，做好下一轮炼钢准备；
本发明达到的有益效果是，采用对钢流红外热图像的连续处理，估算当前钢水液位距离出钢口的高度，即估算渣层到出钢口的距离，当距离过小时，给出预判提示，在大量夹渣事件发生前，指导操作工人提前进行相应落炉或挡渣抬炉等处理，从而避免了采用见渣处理的方法时，由于转炉电机响应延迟带来的过量钢渣进入钢包的情况，提高了钢渣控制效果，而间接提高了钢产品质量。
附图说明
图1是方法处理转炉出钢及炉位角度关系示意图；
图2是出钢口初速分量分解示意图；
图3是方法处理的出钢热图像各物体示意图；
图4为罗伯特边缘处理流程图；
图5为假设位移所对应的假设垂直位移图像计算流程图；
图6为图像绝对差值计算流程图；
图中：1.转炉炉体，2.出钢口，3.钢流，4.钢包，5.炉位角度，6.出钢口钢流初速，7.初速垂直分量，8.初速水平分量，9.钢流活动区域上界位置，10.钢流活动区域下界位置。
具体实施方式
本发明所依赖的基础原理主要分为六个方面。一、钢渣密度与钢水密度比较特性，二、钢水钢渣的红外辐射特性；三、图像处理原理；四、小孔射流理论，五.自由落体理论，六.平行四边形法则，其中，第五方面和第六方面为基础物理内容，可参见各类高中物理教材，本处不进行复述，本处主要对第一到第四方面的专业知识进行简要介绍。
炼钢中产生的钢渣主要成分组成为，三氧化二铝，氧化钡，氧化钙 ，二氧化硅，硫化铁，氧化锰和五氧化二磷等物质，其混合物密度一般在4.5左右，单位为克/立方厘米，而钢水的主要组成成分是铁元素，一般取铁的密度为7.89到7.9之间，单位为克/立方厘米，通过数据比较可知，在出钢过程中，钢渣一直浮在钢水表面，只有当钢水液面距离出钢口很近的时候才会通过出钢口大量夹带而出。
钢水钢渣的红外辐射特性研究的是1600℃~1700℃温度条件下，即钢水出钢时需要保持的温度范围内，钢水与钢渣发射率的差异性研究，是使用远红外成像方法能对钢水内钢渣进行有效分辨的物理基础。
发射率，就是实际物体与同温度黑体在相同条件下的辐射能量之比。所谓相同条件是指相同的几何条件（发射辐射面积、测量辐射功率的立体角大小和方向）和光谱条件（测量辐射通量的光谱范围）。由于发射率与测量条件有关，故有几种发射率定义。  
半球发射率 ：半球发射率是辐射体单位面积向半球空间发射的辐射能通量（辐射出度）与同温度下黑体的辐射出度之比。 
法向发射率： 法向发射率是在辐射表面法线方向上的小立体角内测量的发射率，它是法线方向上的辐射亮度和同温度下黑体的辐射亮度之比。由于红外系统都是探测目标面法线方向上的一个小立体角内的辐射能量，因此法向发射率很重要。
同时发射率根据所测量波段的不同，还分为其中又分为全量和光谱量两种，所谓全量发射率是指所取辐射亮度是全波段下的辐射总亮度，而光谱量发射率是指所取辐射亮度对应于某一个波长的微小波长范围内的辐射亮度，在温度保持不变的条件下，按照波长间隔标记物体的发射率变化过程，即得到该物体的发射率—波长曲线。
 对于黑体而言，各种发射率都等于1，而对于实际物体，各种发射率的数值都小于1。当温度条件一致时，发射率是物质的本身特性之一，其发射率—波长曲线形态只与物质本身的组成成分相关。
回到发明研究的具体对象，钢水和钢渣，其中钢水的组成成分基本是纯净的Fe元素，而钢渣的成分相当复杂，主要由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅的氧化物占绝大部分，通过实验发现，在同样的出钢温度条件下，在人眼可见的光谱范围（
Figure 624778DEST_PATH_IMAGE069
）内，钢水的发射率值在0.8~0.77之间，钢渣的发射率在0.82~0.79之间，非常接近很难区分，所以人眼很难准确的判断钢水中的钢渣，同时使用普通可见光摄像设备拍摄钢流，其钢流内部的细节也会呈现模糊一片无法区分的趋势。而波长在
Figure 342199DEST_PATH_IMAGE070
的光谱范围内，钢渣的发射率基本保持不变，在0.8~0.7之间，取0.8，而钢水的发射率发生急剧下降，达到了0.3~0.2之间，取0.2，则钢水与钢渣的发射率比值
Figure 363507DEST_PATH_IMAGE071
接近为1：4的关系，使得使用远红外探测器在
Figure 364829DEST_PATH_IMAGE070
的光谱范围内拍摄到的热图像有着很好的明暗层次分辨率，能够为后继的图像处理提供基本条件。
方法处理的物理对象为二维灰度图像，计算机可以处理的二维灰度图像在空间上可用矩阵表达为：
Figure 816320DEST_PATH_IMAGE072
……………………………………………………（0）
表达式（0）中，
Figure 207987DEST_PATH_IMAGE007
为图像的宽度，
Figure 344571DEST_PATH_IMAGE008
为图像的高度，图像由
Figure 639548DEST_PATH_IMAGE073
个独立像素构成，
Figure 819862DEST_PATH_IMAGE074
为对应坐标点的像素的灰度值，该值为0到255之间的某个整数，为方便描述，通常以灰度级函数
Figure 197361DEST_PATH_IMAGE075
，来代替整个矩阵用以表征某个具体的图像，函数
Figure 872056DEST_PATH_IMAGE075
表示任一点坐标所对应的灰度值，由于
Figure 638335DEST_PATH_IMAGE009
在0到
Figure 4594DEST_PATH_IMAGE007
范围内，
Figure 217401DEST_PATH_IMAGE010
在0到
Figure 478181DEST_PATH_IMAGE008
范围内任意取整数值，所以
Figure 937981DEST_PATH_IMAGE075
可以表示图像完整信息。
方法选取Roberts梯度算法来对图像进行所需要的边缘处理，关于Roberts梯度算法的叙述如下：
设图像上任意一点的灰度值以函数
Figure 355318DEST_PATH_IMAGE075
表示，其中
Figure 371816DEST_PATH_IMAGE076
分别代表图像水平方向及垂直
Figure 389243DEST_PATH_IMAGE078
方向上的坐标值，则该点在
Figure 464515DEST_PATH_IMAGE079
方向上的差分为：
Figure 35436DEST_PATH_IMAGE080
   ……………………………………（1）
沿着
Figure 512554DEST_PATH_IMAGE077
轴方向成任意夹角
Figure 392785DEST_PATH_IMAGE066
方向上的差分相应的可表示为
 …………………………（2）
数字梯度向量为
Figure 4999DEST_PATH_IMAGE082
  
Figure 165984DEST_PATH_IMAGE083
 …………………………（3）
其幅度，即最大差分值为
Figure 404067DEST_PATH_IMAGE084
 …………………（4）
为方便计算机计算，减少计算量，简化运算式如下
Figure 266981DEST_PATH_IMAGE085
 ……………………（5）
也可以用交叉梯度的近似表达式代替
Figure 114458DEST_PATH_IMAGE086
 ………………（6）
Figure 362906DEST_PATH_IMAGE087
 …………（7）
上式中（5）、（6）、（7）可任选一个作为边缘检测的算子使用。同时对图像进行二值化处理，设
Figure 273355DEST_PATH_IMAGE088
为处理后的图像灰度函数，则
Figure 623565DEST_PATH_IMAGE088
按下式方法获得
Figure 776198DEST_PATH_IMAGE089
 …………………………………………………（8）
式（8）中代表区分边缘所设置的门限，一般取3~5之间的合适数值。
本发明所应用的另一种图像处理方法是处理连续帧图像中运动物体的位移，该思想通过下例予以说明：
假设存在两幅连续图像
Figure 788200DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 812657DEST_PATH_IMAGE091
上有一物体A，图像背景均匀连续，物体A从右向左移动，在移动过程中背景不变，在
Figure 67183DEST_PATH_IMAGE092
上形成物体A’，对图像进行边缘计算后得到物体A与A’的边缘图像
Figure 493485DEST_PATH_IMAGE093
，同时对图像进行二值化处理，由于背景均匀连续，所以所有背景点将为0，只留物体边缘轮廓点为1，将上各像素从右向左依次移动得到
Figure 802030DEST_PATH_IMAGE095
，n是移动次数，每次移动1个像素单位，用移动后的图像与实际物体移动后的图像
Figure 875477DEST_PATH_IMAGE096
做绝对差值，记：
……………………………………………………………（9）
（9）式中，
Figure 343684DEST_PATH_IMAGE098
为差值图像，差值图像内的像素点灰度值由
Figure 208522DEST_PATH_IMAGE095
上每任一点灰度函数
Figure 343837DEST_PATH_IMAGE099
与
Figure 937892DEST_PATH_IMAGE096
同坐标的任一点像素灰度函数
Figure 971707DEST_PATH_IMAGE100
做绝对差值获得，即：
Figure 807945DEST_PATH_IMAGE101
…………………………………………（10）
当式（10）对所有像素点完成计算时，即式（9）完成计算。
当
Figure 358618DEST_PATH_IMAGE102
时，获得0值图像，表明经过移动n次后，图像
Figure 622109DEST_PATH_IMAGE091
上的物体A与图像
Figure 143220DEST_PATH_IMAGE092
上的物体A’重合，即说明从
Figure 19035DEST_PATH_IMAGE092
到
Figure 128942DEST_PATH_IMAGE091
，物体A移动的位移
Figure 118327DEST_PATH_IMAGE052
等同于移动次数n，位移单位为像素单位。
若知道
Figure 313685DEST_PATH_IMAGE090
两帧图像的拍摄间隔，可以估算物体移动速度：
Figure 770654DEST_PATH_IMAGE103
……………………………………………………………（11）
若知道拍摄物体像素长度与实际长度的比例尺
Figure 375947DEST_PATH_IMAGE104
，就可以获得物体移动的真实速度：
Figure 353874DEST_PATH_IMAGE105
……………………………………………………………（12）
方法中还需要应用小孔射流理论来计算液体液面高度，相关理论叙述如下。
钢水通过出钢口出钢的过程可视为一个经典的小孔射流现象，射流的初速度仅与液面距离小孔的距离
Figure 335606DEST_PATH_IMAGE106
有关，而与液体本身的密度无关，其关系用公式表达为：
Figure 967575DEST_PATH_IMAGE107
  ………………………………………………………（13）
变形为
     ………………………………………………………（14）
式（13），（14）中，
Figure 415185DEST_PATH_IMAGE109
为射流初速度，
Figure 501740DEST_PATH_IMAGE056
为重力加速度。
检测控制方法： 
基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法的步骤如下：
1          决策是否需要下渣预判处理，具体实施步骤为：
1.1         采集转炉炉位角度信号
Figure 175167DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 200891DEST_PATH_IMAGE002
信号值在出钢过程中，从0°向180°方向递增，抬炉过程中反向递减，现场的炉位角度信号由转炉电机控制系统提供；
1.2         根据应用转炉出钢工艺获得出钢起始角度
Figure 94023DEST_PATH_IMAGE003
；
1.3         判断
Figure 479874DEST_PATH_IMAGE002
是否满足不等式
Figure 506343DEST_PATH_IMAGE004
，若成立才进行以下步骤；
2          采集连续两帧钢流热图像DIB1和DIB2，两幅图像采样时间间隔为
Figure 702969DEST_PATH_IMAGE005
，要求
Figure 581932DEST_PATH_IMAGE006
，热图像要求为8~14微米波段远红外热图像，图像中钢流要求为垂直流向，图像采集过程如下：
2.1         使用8~14微米工作波段，拍摄帧率25帧每秒以上的远红外摄像仪，正面拍摄垂直下落的钢流，获得出钢钢流的热视频流，视频信号以PALD制式的复合视频信号格式进行传输，其静态单帧图像为256个灰度级构成的二维灰度图像，分辨率为
Figure 7359DEST_PATH_IMAGE007
×
Figure 655378DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 725970DEST_PATH_IMAGE007
为图像宽度，
Figure 639699DEST_PATH_IMAGE008
为图像高度；
2.2         使用视频采集卡，接收摄像仪输出的复合视频信号，进行从模拟到数字的实时转换，形成数字化的视频流；
2.3         在数字视频流中截取静态单帧图像DIB1，图像横宽为
Figure 305036DEST_PATH_IMAGE007
个像素，纵高为
Figure 636922DEST_PATH_IMAGE008
个像素，以
Figure 96722DEST_PATH_IMAGE009
表示图像上任一点的横坐标，从0开始，取值为0到
Figure 763327DEST_PATH_IMAGE007
的整数，表示图像上任一点的纵坐标，从0开始，取值为0到的整数，图像上任意一点像素位置表示为坐标
Figure 282405DEST_PATH_IMAGE011
，该像素点在图像上的灰度级表示为函数，以下所有涉及的图像像素点灰度级表示方式与此类同；
2.4         在取得静态单帧图像DIB1后，间隔时间
Figure 443445DEST_PATH_IMAGE005
后，截取另一帧静态单帧图像DIB2，该图像上任意像素点灰度级表示为函数
Figure 424957DEST_PATH_IMAGE013
；
2.5         DIB1内钢流信息的包含有时刻0点钢流初始位置，DIB2内钢流信息包含有时刻
Figure 492139DEST_PATH_IMAGE005
点时钢流移动后的位置；
3          在采集第二帧钢流热图像DIB2的同时，采集转炉炉位角度信号
Figure 618489DEST_PATH_IMAGE002
，记为当前炉位角度，含义为连续两帧钢流热图像采集事件发生瞬间，转炉炉体所处于的炉位角度；
4          使用罗伯特边缘算法对图像DIB1进行处理，生成DIB1的边缘图像EDIB1，EDIB1内任意像素点的灰度级表示为函数，具体处理方法如下：
4.1         从图像DIB1左上角原点
Figure 45032DEST_PATH_IMAGE016
开始到图像右下角终点
Figure 94896DEST_PATH_IMAGE017
为止，依次遍历处理图像DIB1上的每一个像素点，对每一个遍历到的像素点，使用5.2步骤内方法处理；
4.2         对当前遍历到任意一像素点，坐标为
Figure 459330DEST_PATH_IMAGE011
，采用交叉梯度算子运算，得到该像素点的梯度值
Figure 711200DEST_PATH_IMAGE019
，进入步骤4.3；
4.3         使用边缘条件值
Figure 660570DEST_PATH_IMAGE020
，当点对应的梯度值
Figure 861187DEST_PATH_IMAGE019
大于等于条件值
Figure 885644DEST_PATH_IMAGE020
时，有边缘图像EDIB1在该点灰度值，否则有
Figure 297963DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 550215DEST_PATH_IMAGE020
的取值可根据需要调节，一般取经验值
Figure 61968DEST_PATH_IMAGE023
；
4.4         当图像DIB1上所有的像素点均处理完成，则获得对应的边缘图像EDIB1，边缘图像EDIB1内各非零像素点组成的轨迹代表图像DIB1内物体的边缘，EDIB1内记录了位移前的钢流位置；
5          使用罗伯特边缘算法对图像DIB2进行处理，生成DIB2的边缘图像EDIB2，EDIB2内任意像素点的灰度级表示为函数
Figure 795218DEST_PATH_IMAGE024
，具体处理方法如下：
5.1         从图像DIB2左上角原点
Figure 76027DEST_PATH_IMAGE016
开始到图像右下角终点
Figure 810765DEST_PATH_IMAGE017
为止，依次遍历处理图像DIB2上的每一个像素点，对每一个遍历到的像素点
Figure 45699DEST_PATH_IMAGE011
，使用6.2步骤内方法处理；
5.2         对当前遍历到任意一点像素点，坐标为
Figure 406142DEST_PATH_IMAGE011
，采用交叉梯度算子
Figure 39993DEST_PATH_IMAGE025
进行运算，得到该像素点的梯度值
Figure 945632DEST_PATH_IMAGE026
，进入步骤5.3；
5.3         使用边缘条件值
Figure 166397DEST_PATH_IMAGE020
，当点对应的梯度值
Figure 556239DEST_PATH_IMAGE026
大于等于条件值
Figure 335843DEST_PATH_IMAGE020
时，有边缘图像EDIB2在该点灰度值
Figure 856954DEST_PATH_IMAGE027
，否则有
Figure 231304DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 904993DEST_PATH_IMAGE020
的取值可根据需要调节，一般取经验值
Figure 339385DEST_PATH_IMAGE023
；
5.4         当图像DIB2上所有的像素点均处理完成，则获得对应的边缘图像EDIB2，边缘图像EDIB2内各非零像素点组成的轨迹代表图像DIB2内物体的边缘，EDIB2内记录了的位移后的钢流位置； 
6          确定图像内钢流的上边界坐标，为LUP()，其为当前炉位角度
Figure 24368DEST_PATH_IMAGE014
的函数，用以标记出钢口与钢流的分界线在图像上的纵坐标随炉位角度的变化；
7          确定图像内钢流的下边界坐标LDOWN，其为图像上钢包口与钢流分界的纵坐标，为一个测绘常数；
8          设假设垂直位移dis，分别计算各dis对应的假设垂直位移图像MDIB1 [dis]，其任一点灰度函数记为
Figure 51099DEST_PATH_IMAGE029
，其中假设垂直位移的含义为假设图像EDIB1中的钢流在时间间隔
Figure 157857DEST_PATH_IMAGE030
内向下位移为dis，具体计算过程为：
8.1         dis从0到(LDOWN- LUP(
Figure 574932DEST_PATH_IMAGE014
))间依次取整数，每次移动1个单位；
8.2         若本次取得的假设垂直位移为dis且dis不大于(LDOWN- LUP(
Figure 369713DEST_PATH_IMAGE014
))，进行下一步； 
8.3         准备中间图像TEMP，中间图像的宽度为
Figure 755345DEST_PATH_IMAGE007
，高度为，初始化图像上任一点灰度函数的值都为零，即所有的
Figure 514539DEST_PATH_IMAGE031
，为中间图像中任一点的灰度函数；
8.4         取EDIB1上任一点的灰度函数
Figure 271591DEST_PATH_IMAGE015
，将该灰度值填入到中间图像TEMP上纵坐标相距为dis的像素点上，算式表达为
Figure 982801DEST_PATH_IMAGE033
，式中横坐标
Figure 187518DEST_PATH_IMAGE009
从0到
Figure 245472DEST_PATH_IMAGE007
依次取整数，纵坐标
Figure 602767DEST_PATH_IMAGE010
从LUP(
Figure 986344DEST_PATH_IMAGE014
)到LDOWN-dis依次取整数，纵坐标小于LUP(
Figure 412777DEST_PATH_IMAGE014
)的点在图像EDIB1上为非钢流点，不能移动到TEMP中，纵坐标大于LDOWN-dis的点，在图像TEMP中将移动到钢流区域外，在TEMP不产生新的钢流位置；
8.5         按照9.2内的计算方法，完成所有指定像素点的遍历，记录最终得到由任一点灰度值构成的中间图像TEMP为假设垂直位移dis时的假设垂直位移图像MDIB1[dis]；
8.6         移动dis，找到所有dis对应的MDIB1[dis]；
9          计算每个假设垂直位移图像MDIB1[dis]与EDIB2内移动钢流图像的灰度值绝对差值和
Figure 743013DEST_PATH_IMAGE034
 ，移动钢流的含义为所考察的钢流为EDIB1内移动过来的钢流，不得包括从出钢口新出现的钢流信息，本处灰度值绝对差值和的含义为移动钢流区域内，两图像所有对应点灰度值绝对差值的统计和，
Figure 712686DEST_PATH_IMAGE035
具体的计算方法如下：
9.1         取对应假设垂直位移dis的假设垂直位移图像MDIB1[dis]，假设垂直位移图像中任一点灰度值函数即为
Figure 378022DEST_PATH_IMAGE029
；
9.2         初始化对应假设垂直位移dis的的灰度值绝对差值和
Figure 441400DEST_PATH_IMAGE036
9.3         取EDIB2，其中任一点灰度值函数即为
Figure 166779DEST_PATH_IMAGE024
；
9.4         令横坐标
Figure 567805DEST_PATH_IMAGE009
从0到
Figure 538297DEST_PATH_IMAGE007
依次取整数，纵坐标
Figure 160908DEST_PATH_IMAGE010
从LUP()+dis到LDOWN依次取整数，本处纵坐标约束条件下的点，在EDIB2以及MDIB1[dis]内均被认为是本次假设垂直位移条件下，EDIB1图像内原钢流所到达的新位置，不包含从出钢口新流出的钢流信息；
9.5         取符合9.4约束条件的任意一个坐标
Figure 699173DEST_PATH_IMAGE011
，考察图像MDIB1[dis]内该坐标对应的灰度值，与图像EDIB2内该坐标对应的灰度值
Figure 497944DEST_PATH_IMAGE024
，计算灰度值绝对差值，算式为
Figure 299546DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 547601DEST_PATH_IMAGE038
为坐标
Figure 859895DEST_PATH_IMAGE011
条件下的单个灰度值绝对差值；
9.6         根据9.5中算式的结果，计算移动钢流区域内，所有对应点灰度值绝对差值的统计和，得到两图像的灰度值绝对差值和
Figure 4569DEST_PATH_IMAGE035
，算式为
Figure 304969DEST_PATH_IMAGE039
；
10      考察所有假设垂直位移dis条件下，计算得到的灰度值绝对差值和
Figure 621130DEST_PATH_IMAGE035
，参考图像物体位移的判别方法，考虑钢流的不规则性及自由落体的非匀速，实际采用取最小的
Figure 32389DEST_PATH_IMAGE040
个
Figure 985563DEST_PATH_IMAGE035
所对应的dis值求平均来估算钢流中心在垂直方向上的平均位移，算式表达为
Figure 394548DEST_PATH_IMAGE041
，像素单位，式中
Figure 164665DEST_PATH_IMAGE042
表达的含义为
Figure 130347DEST_PATH_IMAGE035
序列中的第n小值，表示第n小值对应的dis值，
Figure 580231DEST_PATH_IMAGE040
值需根据实际效果进行调试，根据实验经验数据，一般在
Figure 604687DEST_PATH_IMAGE044
左右进行适量增减可获得满意效果；
11      将钢流中心在垂直方向上的平均位移从像素单位转化为公尺单位，算式为
Figure 108481DEST_PATH_IMAGE045
，式中，
Figure 773598DEST_PATH_IMAGE046
为探测器安装到钢流距离，单位米，为探测器镜头焦距，单位米，
Figure 334341DEST_PATH_IMAGE048
为探测器焦平面上单个探元尺寸，单位米，焦平面上一个探元对应图像上一个像素，探元大小表示为一个
Figure 828776DEST_PATH_IMAGE049
的正方形；
12      计算图像中钢流段的高度，已知钢流活动区域上界为LUP(
Figure 922634DEST_PATH_IMAGE014
)，钢流活动区域下界为LDOWN，钢流段的高度为
Figure 342858DEST_PATH_IMAGE050
，式中
Figure 76327DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 672656DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 807971DEST_PATH_IMAGE048
含义与步骤11中同； 
13      由步骤12的结果计算钢流中心距离出钢口的高度为总钢流段高度的一半，记为
Figure 713610DEST_PATH_IMAGE051
；
14      根据步骤11计算的钢流中心在垂直方向上的平均位移
Figure 427052DEST_PATH_IMAGE052
，估算钢流中心在垂直方向上的速度为
Figure 263290DEST_PATH_IMAGE053
，单位米每秒，
Figure 82472DEST_PATH_IMAGE005
为选用探测器的采样时间间隔；
15      根据自由落体理论，根据步骤14计算得到的钢流中心垂直方向速度
Figure 345963DEST_PATH_IMAGE054
，及步骤13中计算得到的钢流中心到出钢口高度
Figure 601495DEST_PATH_IMAGE051
，计算得到出钢口钢流初始垂直分量为
Figure 739959DEST_PATH_IMAGE055
，式中，
Figure 912183DEST_PATH_IMAGE056
为重力加速度；
16      由步骤3已知当前转炉炉位角度为
Figure 159625DEST_PATH_IMAGE014
，由步骤15已知出钢口钢流初始垂直分量为
Figure 590869DEST_PATH_IMAGE057
，根据平行四边形法则，出钢口钢流初速为
Figure 768909DEST_PATH_IMAGE058
；
17      由步骤16已知出钢口钢流初速为
Figure 300034DEST_PATH_IMAGE059
，根据小孔射流的理论公式计算出钢口到钢水液面的高度为，式中，
Figure 401032DEST_PATH_IMAGE056
为重力加速度；
18      设置钢水液面警戒高度
Figure 618649DEST_PATH_IMAGE061
，该值通过以下方法调试获得：
18.1     确定电机响应时间
Figure 765465DEST_PATH_IMAGE062
,电机响应时间
Figure 40195DEST_PATH_IMAGE062
是指主动挡渣机构及转炉转动电机从获得启动信号到机械部件开始启动之间的电气延时，可在设备手册中查到，本处电机响应时间
Figure 757615DEST_PATH_IMAGE062
取两者的最大值；
18.2     任意给定
Figure 277458DEST_PATH_IMAGE061
一个初始值，在出钢过程中考察该值的合理性；
18.3     若
Figure 717929DEST_PATH_IMAGE063
未出现即已经出现了大量夹渣，则适当提高
Figure 727342DEST_PATH_IMAGE061
设定，再次考察新设定值的合理性；
18.4     若出现
Figure 635123DEST_PATH_IMAGE063
情况后，电机响应时间
Figure 958657DEST_PATH_IMAGE062
内未出现大量夹渣，则适当降低
Figure 565219DEST_PATH_IMAGE061
，再次考察新设定值的合理性；
18.5     若
Figure 184681DEST_PATH_IMAGE063
出现后，电机响应时间
Figure 125961DEST_PATH_IMAGE062
内能够出现大量夹渣，即确定当前设定的
Figure 751721DEST_PATH_IMAGE061
的值为合理值，完成对警戒高度
Figure 212789DEST_PATH_IMAGE061
设定；
19      比较由步骤17获得的当前钢水液面的高度
Figure 501688DEST_PATH_IMAGE064
，与步骤18设定的钢水液面警戒高度
Figure 369412DEST_PATH_IMAGE061
，若出现，即发出操作信号
Figure 103986DEST_PATH_IMAGE065
；
20      按照由步骤3已知的当前炉位角度
Figure 642415DEST_PATH_IMAGE014
位置，及步骤19获得的操作信号
Figure 292708DEST_PATH_IMAGE065
，进行不同的操作处理如下：
20.1     由转炉出钢工艺获得末位出钢角度
Figure 263200DEST_PATH_IMAGE066
；
20.2     若
Figure 620232DEST_PATH_IMAGE067
，根据获得的操作信号，启动中期报警器示警，提醒操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，适当增大炉位角度，抬高炉内钢水液面，避免钢渣从出钢口流出；
20.3     若
Figure 903369DEST_PATH_IMAGE068
，根据获得的操作信号
Figure 972826DEST_PATH_IMAGE065
，启动末期报警器示警，联动主动挡渣执行机构，执行挡渣操作，在出钢口被堵塞，钢渣被成功阻挡时，通过操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，减小炉位角度，使转炉炉位恢复为0°，做好下一轮炼钢准备。

Claims (1)

1.一种基于热图像的转炉出钢下渣预判及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）决策是否需要下渣预判处理；
（2）采集连续两帧钢流热图像DIB1和DIB2，两幅图像采样时间间隔为                                                ，要求
Figure 825267DEST_PATH_IMAGE002
，热图像要求为8~14微米波段远红外热图像，图像中钢流要求为垂直流向；
（3）在采集第二帧钢流热图像DIB2的同时，采集转炉炉位角度信号，记为当前炉位角度，含义为连续两帧钢流热图像采集事件发生瞬间，转炉炉体所处于的炉位角度；
（4）使用罗伯特边缘算法对图像DIB1进行处理，生成DIB1的边缘图像EDIB1，EDIB1内任意像素点的灰度级表示为函数
Figure 740636DEST_PATH_IMAGE005
；
（5）使用罗伯特边缘算法对图像DIB2进行处理，生成DIB2的边缘图像EDIB2，EDIB2内任意像素点的灰度级表示为函数
Figure 803401DEST_PATH_IMAGE006
； 
（6）确定图像内钢流的上边界坐标，为LUP(
Figure 788675DEST_PATH_IMAGE004
)，其为当前炉位角度
Figure 98434DEST_PATH_IMAGE004
的函数，用以标记出钢口与钢流的分界线在图像上的纵坐标随炉位角度的变化；
（7）确定图像内钢流的下边界坐标LDOWN，其为图像上钢包口与钢流分界的纵坐标，为一个测绘常数；
（8）设假设垂直位移dis，分别计算各dis对应的假设垂直位移图像MDIB1 [dis]，其任一点灰度函数记为
Figure 231475DEST_PATH_IMAGE007
，其中假设垂直位移的含义为假设图像EDIB1中的钢流在时间间隔
Figure 284881DEST_PATH_IMAGE008
内向下位移为dis；
（9）计算每个假设垂直位移图像MDIB1[dis]与EDIB2内移动钢流图像的灰度值绝对差值和
Figure 937711DEST_PATH_IMAGE009
 ，移动钢流的含义为所考察的钢流为EDIB1内移动过来的钢流，不得包括从出钢口新出现的钢流信息，本处灰度值绝对差值和
Figure 418371DEST_PATH_IMAGE010
的含义为移动钢流区域内，两图像所有对应点灰度值绝对差值的统计和；
（10）考察所有假设垂直位移dis条件下，计算得到的灰度值绝对差值和，参考图像物体位移的判别方法，考虑钢流的不规则性及自由落体的非匀速，实际采用取最小的
Figure 443275DEST_PATH_IMAGE011
个所对应的dis值求平均来估算钢流中心在垂直方向上的平均位移，算式表达为
Figure 851440DEST_PATH_IMAGE012
，像素单位，式中
Figure 701017DEST_PATH_IMAGE013
表达的含义为
Figure 96226DEST_PATH_IMAGE010
序列中的第n小值，
Figure 707336DEST_PATH_IMAGE014
表示第n小值对应的dis值，
Figure 795378DEST_PATH_IMAGE011
值需根据实际效果进行调试，根据实验经验数据，一般在
Figure 875460DEST_PATH_IMAGE015
左右进行适量增减可获得满意效果；
（11）将钢流中心在垂直方向上的平均位移从像素单位转化为公尺单位，算式为
Figure 808781DEST_PATH_IMAGE016
，式中，
Figure 539977DEST_PATH_IMAGE017
为探测器安装到钢流距离，单位米，
Figure 798920DEST_PATH_IMAGE018
为探测器镜头焦距，单位米，为探测器焦平面上单个探元尺寸，单位米，焦平面上一个探元对应图像上一个像素，探元大小表示为一个
Figure 103310DEST_PATH_IMAGE020
的正方形；
（12）计算图像中钢流段的高度，已知钢流活动区域上界为LUP(
Figure 626696DEST_PATH_IMAGE004
)，钢流活动区域下界为LDOWN，钢流段的高度为
Figure 853278DEST_PATH_IMAGE021
，式中
Figure 94903DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 448655DEST_PATH_IMAGE018
，含义与步骤11中同； 
（13）由步骤12的结果计算钢流中心距离出钢口的高度为总钢流段高度的一半，记为
Figure 489609DEST_PATH_IMAGE022
；
（14）根据步骤11计算的钢流中心在垂直方向上的平均位移
Figure 952952DEST_PATH_IMAGE023
，估算钢流中心在垂直方向上的速度为
Figure 107465DEST_PATH_IMAGE024
，单位米每秒，为选用探测器的采样时间间隔；
（15）根据自由落体理论，根据步骤14计算得到的钢流中心垂直方向速度
Figure 173827DEST_PATH_IMAGE025
，及步骤13中计算得到的钢流中心到出钢口高度
Figure 390045DEST_PATH_IMAGE022
，计算得到出钢口钢流初始垂直分量为
Figure 85599DEST_PATH_IMAGE026
，式中，
Figure 438083DEST_PATH_IMAGE027
为重力加速度；
（16）由步骤3已知当前转炉炉位角度为，由步骤15已知出钢口钢流初始垂直分量为
Figure 428353DEST_PATH_IMAGE028
，根据平行四边形法则，出钢口钢流初速为
Figure 114549DEST_PATH_IMAGE029
；
（17）由步骤16已知出钢口钢流初速为
Figure 383857DEST_PATH_IMAGE030
，根据小孔射流的理论公式计算出钢口到钢水液面的高度为
Figure 497306DEST_PATH_IMAGE031
，式中，
Figure 235586DEST_PATH_IMAGE027
为重力加速度；
（18）设置钢水液面警戒高度
Figure 459894DEST_PATH_IMAGE032
，该值通过以下方法调试获得；
（19）比较由步骤17获得的当前钢水液面的高度
Figure 786970DEST_PATH_IMAGE033
，与步骤18设定的钢水液面警戒高度
Figure 133638DEST_PATH_IMAGE032
，若出现，即发出操作信号
Figure 124563DEST_PATH_IMAGE035
；
（20）按照由步骤3已知的当前炉位角度
Figure 306146DEST_PATH_IMAGE004
位置，及步骤19获得的操作信号
Figure 823715DEST_PATH_IMAGE035
，进行不同的操作处理，包括如下子步骤：
（20.1）由转炉出钢工艺获得末位出钢角度
Figure 723538DEST_PATH_IMAGE036
；
（20.2）若
Figure 102698DEST_PATH_IMAGE037
，根据获得的操作信号
Figure 138787DEST_PATH_IMAGE035
，启动中期报警器示警，提醒操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，适当增大炉位角度，抬高炉内钢水液面，避免钢渣从出钢口流出；
若，根据获得的操作信号
Figure 948797DEST_PATH_IMAGE035
，启动末期报警器示警，联动主动挡渣执行机构，执行挡渣操作，在出钢口被堵塞，钢渣被成功阻挡时，通过操作工摇动转炉，或直接联动自动摇炉系统，减小炉位角度，使转炉炉位恢复为0°，做好下一轮炼钢准备。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106987675A (zh) * 2017-03-29 2017-07-28 湖南镭目科技有限公司 一种转炉出钢过程的控制系统及控制方法
CN110268073A (zh) * 2017-02-14 2019-09-20 日本制铁株式会社 钢液流中的渣检测方法
WO2021190568A1 (zh) * 2020-03-26 2021-09-30 宝山钢铁股份有限公司 一种转炉全自动倒渣的方法和系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103571994B (zh) * 2012-08-01 2015-06-17 宝山钢铁股份有限公司 转炉红外钢渣探测方法
TWI667088B (zh) * 2017-02-14 2019-08-01 日商日本製鐵股份有限公司 熔鋼流中的熔渣檢測方法
CN110751669A (zh) * 2019-09-24 2020-02-04 武汉科技大学 一种新型cbocp在线红外转炉出钢钢流自动检测与跟踪方法及系统
CN113528737B (zh) * 2020-03-31 2022-10-21 宝山钢铁股份有限公司 一种基于图像识别的转炉留渣工艺自动倒渣的方法和系统
CN113528736B (zh) * 2020-03-31 2022-10-21 宝山钢铁股份有限公司 一种转炉留渣工艺自动倒渣的方法和系统
CN112501377A (zh) * 2020-11-17 2021-03-16 中冶南方工程技术有限公司 一种转炉炼钢渣含量异常检测方法及系统
CN112749735B (zh) * 2020-12-30 2023-04-07 中冶赛迪信息技术(重庆)有限公司 基于深度学习的转炉出钢钢流识别方法、系统、介质及终端

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007197738A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Jfe Steel Kk スラグの流出検知方法
CN101392305A (zh) * 2008-11-04 2009-03-25 福建三钢闽光股份有限公司 出钢口闸阀挡渣系统自控技术成套装置
CN101818228A (zh) * 2010-03-22 2010-09-01 马鞍山钢铁股份有限公司 转炉出钢下渣的控制系统及其控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07260696A (ja) * 1994-03-23 1995-10-13 Nisshin Steel Co Ltd 転炉からの出鋼時のスラグ流出検出方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007197738A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Jfe Steel Kk スラグの流出検知方法
CN101392305A (zh) * 2008-11-04 2009-03-25 福建三钢闽光股份有限公司 出钢口闸阀挡渣系统自控技术成套装置
CN101818228A (zh) * 2010-03-22 2010-09-01 马鞍山钢铁股份有限公司 转炉出钢下渣的控制系统及其控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李培玉等.基于红外热成像原理的嵌入式下渣检测方法.《钢铁研究学报》.2010,第22卷(第7期),59-63. *
江俊 等.基于水平集的转炉出钢图像钢渣检测方法.《浙江大学学报(工学版)》.2011,第45卷(第2期),222-227. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110268073A (zh) * 2017-02-14 2019-09-20 日本制铁株式会社 钢液流中的渣检测方法
CN106987675A (zh) * 2017-03-29 2017-07-28 湖南镭目科技有限公司 一种转炉出钢过程的控制系统及控制方法
CN106987675B (zh) * 2017-03-29 2019-04-26 湖南镭目科技有限公司 一种转炉出钢过程的控制系统及控制方法
WO2021190568A1 (zh) * 2020-03-26 2021-09-30 宝山钢铁股份有限公司 一种转炉全自动倒渣的方法和系统

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