CN110951930A - 一种预防炉顶设备堵塞的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预防炉顶设备堵塞的方法及系统。预防炉顶设备堵塞的方法，包括：获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；根据判断结果发出警报。预防炉顶设备堵塞的系统，包括：采集设备，用于获取采集图像；报警设备；处理设备，用于确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；并根据判断结果控制报警装置发出警报。本发明的预防炉顶设备堵塞的方法及系统，能够实时监测是否有大物料进入高炉的炉顶设备，从而避免大物料堵塞炉顶设备。

Description

一种预防炉顶设备堵塞的方法及系统

技术领域

本发明涉及高炉生产技术领域，尤其涉及一种预防炉顶设备堵塞的方法及系统。

背景技术

高炉生产是一个长流程工艺，原燃料首先存放在料仓内，再从料仓排出用皮带机运送到中间料斗后，从中间料斗排到高炉主皮带上，高炉主皮带上的原燃料通过高炉的炉顶设备进入高炉炉内，具体地，原燃料通过高炉的料罐的闸阀后，从中心喉管和溜槽进入高炉炉内。

在实际生产中，原燃料中的烧结矿的平均粒度约为20mm，焦炭的平均粒度约为50mm，但是由于原燃料运输过程较长，原燃料中可能夹杂着料仓内的衬板和金属结构件等异物，同时，料场外购原燃料内可能还有其它尺寸较大的异物。这些异物构成了可能造成高炉的炉顶设备堵塞的大物料。

由于现有的4000m³级别高炉的中心喉管直径约为70cm，如果大量原燃料进入高炉的炉顶设备的同时，这些大物料也随之进入了高炉的炉顶设备，则可能会造成炉顶设备的堵塞，导致出现下料不顺畅，甚至是不能下料的问题。一旦高炉的炉顶设备发生因为这些大物料而堵塞的情况，轻则造成高炉的减风、减压，严重时可能还会造成高炉的休风，此时，便需要打开炉顶设备进行处理，从而会造成较大的经济损失。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例提供一种预防炉顶设备堵塞的方法及系统，能够实时监测是否有大物料进入高炉的炉顶设备，从而避免大物料堵塞炉顶设备。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种预防炉顶设备堵塞的方法，包括：

获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；

计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；

根据判断结果发出警报。

进一步地，确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料之前，还包括：

对采集图像进行预处理。

进一步地，确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料包括：

利用边缘检测算法处理采集图像，确定采集图像内的至少一条边缘线；

利用边缘腐蚀和膨胀处理方法处理边缘线，获得至少一条连续边缘线；

根据连续的边缘线确定至少一个物料。

进一步地，利用边缘检测算法处理采集图像，确定采集图像内的至少一条边缘线前，还包括：

对采集图像进行去噪处理；

对去噪后的采集图像进行边缘锐化处理。

进一步地，计算物料的最大尺寸包括：

根据物料对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸。

进一步地，根据物料对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸包括：

确定采集图像内覆盖物料的最小外接圆；

根据最小外接圆对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸。

进一步地，根据最小外接圆对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸包括：

确定每个像素点代表的第一距离；

根据多个第一距离确定最小外接圆的第一直径；

根据第一直径确定物料的最大尺寸。

进一步地，根据判断结果发出警报包括：

当判断结果为物料中的至少一个为大物料，则发出警报。

本发明实施例还提供了一种预防炉顶设备堵塞的系统，包括：

采集设备，于运输原燃料的主皮带相对设置，用于获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

报警设备，用于发出警报；

处理设备，用于确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；并根据判断结果控制报警装置发出警报。

进一步地，还包括：

遮光设备，采集设备和采集设备的采集区域位于遮光设备的覆盖范围内；

光源设备，光源设备用于为采集设备和采集区域提供光源。

本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的方法及系统，通过获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；然后根据采集图像确定原燃料包含的至少一个物料；再通过一系列相关算法计算出物料的最大尺寸；同时，根据高炉的炉顶设备的尺寸要求、中心喉管的尺寸要求，设定运行通过的最大物料的预设尺寸值；最后，将物料的最大尺寸与预设尺寸值进行对比，从而判断是否有大物料进入炉顶设备中。当发现采集图像中存在大物料时，就会发出自动报警，提醒操作人员停机检查，防止大物料堵塞炉顶设备，造成高炉休减风停产。

同时，本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的方法及系统，还具有以下优点：

1、精度高，利用图像处理方法可以很精确的测量出物料的最大尺寸，提高检测精度和准确性；

2、速度快，由于对原燃料进行实时监测，因此，可以实时在线自动获取待投入炉顶设备的原燃料中的物料的大小，并判断是否有大物料进入炉顶设备；

3、无物料消耗，由于采用自动检测大物料的方法，并且可以在检测到大物料时及时报警，因此，可以减少大量人力物力的消耗，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的方法的流程图；

图2为图1中步骤S120的具体方法的流程图；

图3为经过格式转换后的采集图像经过边缘检测后的图像的示意图；

图4为图3中的图像经过边缘腐蚀和膨胀处理后的图像的示意图；

图5为图1中步骤S130的具体方法的流程图；

图6为本发明一个实施例的物料的最小外接圆的示意图；

图7为本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的系统原理图；

图8为本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明实施例的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种预防炉顶设备堵塞的方法，包括：

S110、获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

S120、确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；

S130、计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；

S140、根据判断结果发出警报。

本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的方法，是利用图像处理方法，通过采集设备对向高炉的炉顶设备传输原燃料的主皮带上的原燃料进行图像采集，将采集获得的采集图像进行图像处理，实时计算原燃料中的物料的尺寸，再将物料的最大尺寸与可投放的最大物料的预设尺寸值进行对比判断，从而判断是否有大物料进入炉顶设备中。当发现采集图像中存在大物料时，就会发出自动报警，提醒操作人员停机检查，防止大物料堵塞炉顶设备，造成高炉休减风停产。

在本发明实施例中，在步骤S120、确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料之前，还包括：

对采集图像进行预处理。

当获取了采集图像后，可以首先对该采集图像进行格式转换，具体地，获得采集图像的色度、亮度和饱和度的分量，并对各个分量进行均衡调整，得到格式转换后的采集图像，以提升图像的亮度、色彩和对比度，同时，也可以获得良好的降噪效果，避免因白噪声产生伪边界。

在本发明实施例中，如图2所示，步骤S120、确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料包括：

S121、利用边缘检测算法处理采集图像，确定采集图像内的至少一条边缘线；

S122、利用边缘腐蚀和膨胀处理方法处理边缘线，获得至少一条连续边缘线；

S123、根据连续的边缘线确定至少一个物料。

在步骤S121中，所要提取的边缘线是采集图像中所要提取的目标和背景的分界线。边缘检测算法是利用采集图像中所要提取的目标与背景在灰度特性上的差异，把采集图像视为具有不同灰度级的两类区域(目标和背景)的组合，根据预设的灰度阈值，以确定采集图像中的每一个像素点应该属于目标区域还是背景区域，从而产生相应的二值图像，并根据该二值图像确定目标区域和背景区域的分界线，即边缘线。

本发明实施例中，设采集图像f(x，y)，以预设准则在f(x，y)中找出一个合适的灰度值为预设的灰度阈值t，则按上述方法处理后的图像g(x，y)可由下式表示：

其中，凡是在预设的灰度阈值t内的图像都变为1，否则皆为0。

由于主皮带上的原燃料中的物料的边缘是以主皮带上物料的局部特征不连续的形式出现的，是灰度值不连续的结果，因此用上述的算法检测到图像的边缘线如图3所示，其为焦炭通过边缘检测算法得到的二值图像。

在步骤S122中，由于主皮带上的物料在主皮带上可能不是一个一个分开放置的，大多是堆积在一起的，所以会导致主皮带上的物料互相层叠放置。当主皮带上的物料的边缘线被提取出来之后，部分主皮带上的物料的边缘线可能被其它得边缘线遮挡。为了消除被遮挡的物料对大物料分析的影响，必须删除这些被遮挡的物料的边缘线，所以采用了腐蚀算法对重叠被遮挡的物料进行处理，通过多次腐蚀算法后可以分离出独立的未被遮挡的主皮带上的物料的边缘线，从而避免了遮挡的物料的影响。

在步骤S122中，可以对分离出的独立的物料的边缘线做同样次数的膨胀运算，确定出采集图像中的至少一个物料，处理后的图像如图4所示，其图3所示的图像经过边缘腐蚀和膨胀处理方法处理后的图像。

在本发明实施例中，步骤S121、利用边缘检测算法处理采集图像，确定采集图像内的至少一条边缘线前，还包括：

对采集图像进行去噪处理；

对去噪后的采集图像进行边缘锐化处理。

在本发明实施例中，对采集图像进行去噪处理的方法为采用低通滤波的方法对采集图像进行平滑处理，以采集图像中的消除噪声。由于采集图像的能量主要集中在低频段，噪声所在的频段主要在高频段。因此，可以采用低通滤波的方法去除高频噪声的干扰。

为了减少这类不利效果的影响，在本发明实施例中，就需要利用图像锐化技术，对去噪后的采集图像进行边缘锐化处理，使采集图像内的边缘线变得清晰。边缘锐化处理的目的是要增强采集图像频谱中的高频成分，就相当于从采集图像中减去它的低频成分，使采集图像的边缘线和轮廓线变得清晰，并使其细节清晰。由于边缘线占据图象的高频成分，所以使用高通滤波的方法对采集图像进行边缘锐化处理。

在本发明实施例中，步骤S130、计算物料的最大尺寸包括：

根据物料对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸。

进一步地，如图5所示，根据物料对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸包括：

S131、确定采集图像内覆盖物料的最小外接圆；

S132、根据最小外接圆对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸。

在本发明实施例中，当得到主皮带上的物料对应的边缘线后，为了得到其最大尺寸，首先需要寻求能够包罗物料的边缘线的最大扩张区域的全部像素点的最小外接圆。该最小外接圆能够包含物料的边缘线的最大扩张区域的全部像素点。如图6所示，此时，最小外接圆的直径D与物料的最大尺寸成正比。

进一步地，步骤S132、根据最小外接圆对应的采集图像的区域所包含的像素点，确定物料的最大尺寸包括：

确定每个像素点代表的第一距离；

根据多个第一距离确定最小外接圆的第一直径；

根据第一直径确定物料的最大尺寸。

由于采集设备的像素是固定不变的，假设采集设备的像素为P1×P2，在恒定采集焦距和采集距离时，采集设备所能够采集到图像的范围是固定不变的，因此，假设测量或计算采集范围的尺寸为L1×L2，可以计算每个像素点所代表的第一距离为：

由此，在本发明实施例中，获得物料的最大尺寸的原理是根据每个像素点所代表的第一距离来计算物料的最大尺寸的。

在本发明实施例中，最小外接圆的直径所对应的像素点个数假设为b个，那么该最小外接圆的直径D为：

D＝a×b

在本发明实施例中，可以将最小外接圆的直径作为物料的最大尺寸。在其他实施例中，也可以将最小外接圆的直径的倍数作为物料的最大尺寸，根据实际需要设定即可。

在步骤S130中，根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料的具体方法为：如果物料的最大尺寸大于预设尺寸值，则确定该物料为大物料。如果物料的最大尺寸小于或者等于预设尺寸值，则确定该物料为正常物料。

在步骤S140中，根据判断结果发出警报可以包括：

当判断结果为物料中的至少一个为大物料，则发出警报。

如果确定了原燃料中的物料有至少一个为大物料，说明有可能会造成炉顶设备的堵塞，需及时通知操作人员进行停机检查，避免炉顶设备被堵塞。

如图7所示，本发明实施例还提供了一种预防炉顶设备堵塞的系统，包括：

采集设备210，于运输原燃料的主皮带相对设置，用于获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

报警设备230，用于发出警报；

处理设备220，用于确定采集图像中的原燃料包含的至少一个物料；计算物料的最大尺寸，并根据物料的最大尺寸和预设尺寸值判断物料是否为大物料；并根据判断结果控制报警装置230发出警报。

在本发明实施例中，预防炉顶设备堵塞的系统还包括：

遮光设备，采集设备和采集设备的采集区域位于遮光设备的覆盖范围内；

光源设备，光源设备用于为采集设备和采集区域提供光源。

下面，以图8所示的示例对本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的系统进行进一步说明。

采集设备210可以为工业摄像机及其保护装置，工业摄像机可以采用大光圈、定焦距的高速工业摄像机，工业摄像机可以垂直于主皮带260上待拍摄的原燃料270的运动方向设置，并且位于主皮带的上方，以清晰拍摄到在主皮带上的采集区域280内的采集图像。由于高炉生产现场条件较差，在敞开环境下灰尘多，因此，工业摄像机的保护装置可以具有将工业摄像机的镜头与灰尘阻隔的功能，同时，还可以具有利用压缩空气吹扫工业摄像机的镜头的功能，确保工业摄像机的镜头干净。

处理设备220可以为工业计算机。为了保证系统的稳定和速度，工业摄像机可以通过光缆与工业计算机通信连接，将采集图像传输到工业计算机上，并通过工业计算机对采集图像进行图像处理，以计算出物料的最大尺寸，并且判断其是否为大物料。工业计算机一般可以安装在高炉中控室，以便操作人员可以随时获取监控信息。当工业计算机获取采集图像后，可在短时间内计算出采集图像中物料的最大尺寸，并且判断其是否为大物料，然后储存相关信息以供操作人员查询和分析。

报警设备可以为声光报警装置，当处理设备判断出原燃料中存在大物料时，控制报警装置发出警报，以及时通知操作人员进行停机检查，避免炉顶设备被堵塞。

由于工业计算机在采集图像时，对主皮带上的原燃料的光照非常重要，要求尽量采用恒定光照，以避免阳光、日夜更替的影响。因此，设有遮光设240备和光源设备250。

遮光设备240可以为照在工业摄像机外的遮光罩，这样可以减少外部光源对工业摄像机的干扰和影响，同时在遮光罩内的主皮带两侧的上方增加光源设备250，该光源设备可以为恒定光源，从而为获取良好的图像质量提供保障。

下面，对本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的系统进行现场监测实验，对其进行准确性验证。

首先，现场取样10kg的原燃料样本，通过目前高炉粒度检测的方法，即物理(采用方孔筛网)筛分法来计算原燃料样本中的多个物料的最大尺寸，获得的物料的最大尺寸分布如表1所示。

表1高炉粒度检测的检测结果

序号	粒度范围/mm	重量/kg
			1	>50	0
2	25-50	2.1
			3	10-25	6.0
4	5-10	3.2
			5	0-5	0.8

然后，根据国际标准(ISO 4701-2008铁矿石粒度筛分测定)计算原燃料样本平均物料的最大尺寸为17.3347mm。

最后，通过本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的系统来检测同样的原燃料样本的平均物料的最大尺寸。每次检测都进行反复翻腾和重新布料，并重复进行10次检测后，得到10次的检测结果分别为：17.5874mm，17.3696mm，17.4269mm，17.3445mm，16.401mm，16.4653mm，16.1978mm，17.3683mm，17.5487mm，17.3092mm。

可以看出与目前高炉粒度检测的方法的检测结果误差很小，完全可以满足主皮带上的原燃料的物料的测定要求。

综上所述，本发明实施例的预防炉顶设备堵塞的方法及系统，应用于炼铁高炉的上料主皮带上的大物料的的检测和报警，能够通过架设在高炉主皮带上方的采集设备获取高炉主皮带上的原燃料的采集图像，并通过光缆将采集图像传送到处理设备上。然后通过处理设备分析采集图像中的物料的最大尺寸，与预设尺寸值进行比较，从而判断是否有大物料进入炉顶设备中，能够有效预防炉顶设备堵塞，且具有监测精度高、检测速度快以及无物料消耗的优点。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，包括：

获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

确定所述采集图像中的所述原燃料包含的至少一个物料；

计算所述物料的最大尺寸，并根据所述物料的最大尺寸和预设尺寸值判断所述物料是否为大物料；

根据判断结果发出警报。

2.如权利要求1所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，确定所述采集图像中的所述原燃料包含的至少一个物料之前，还包括：

对所述采集图像进行预处理。

3.如权利要求1所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，确定所述采集图像中的所述原燃料包含的至少一个物料包括：

利用边缘检测算法处理所述采集图像，确定所述采集图像内的至少一条边缘线；

利用边缘腐蚀和膨胀处理方法处理所述边缘线，获得至少一条连续边缘线；

根据所述连续的边缘线确定所述至少一个物料。

4.如权利要求3所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，利用边缘检测算法处理所述采集图像，确定所述采集图像内的至少一条边缘线前，还包括：

对所述采集图像进行去噪处理；

对去噪后的所述采集图像进行边缘锐化处理。

5.如权利要求1所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，计算所述物料的最大尺寸包括：

根据所述物料对应的所述采集图像的区域所包含的像素点，确定所述物料的最大尺寸。

6.如权利要求5所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，根据所述物料对应的所述采集图像的区域所包含的像素点，确定所述物料的最大尺寸包括：

确定所述采集图像内覆盖所述物料的最小外接圆；

根据所述最小外接圆对应的所述采集图像的区域所包含的像素点，确定所述物料的最大尺寸。

7.如权利要求6所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，根据所述最小外接圆对应的所述采集图像的区域所包含的像素点，确定所述物料的最大尺寸包括：

确定每个所述像素点代表的第一距离；

根据多个所述第一距离确定所述最小外接圆的第一直径；

根据所述第一直径确定所述物料的最大尺寸。

8.如权利要求1所述的预防炉顶设备堵塞的方法，其特征在于，根据判断结果发出警报包括：

当所述判断结果为所述物料中的至少一个为所述大物料，则发出警报。

9.一种预防炉顶设备堵塞的系统，其特征在于，包括：

采集设备，于运输原燃料的主皮带相对设置，用于获取包括待投入炉顶设备的原燃料的采集图像；

报警设备，用于发出警报；

处理设备，用于确定所述采集图像中的所述原燃料包含的至少一个物料；计算所述物料的最大尺寸，并根据所述物料的最大尺寸和预设尺寸值判断所述物料是否为大物料；并根据判断结果控制所述报警装置发出警报。

10.如权利要求9所述的预防炉顶设备堵塞的系统，其特征在于，还包括：

遮光设备，所述采集设备和所述采集设备的采集区域位于所述遮光设备的覆盖范围内；

光源设备，所述光源设备用于为所述采集设备和所述采集区域提供光源。

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