CN113798455A - 一种连铸结晶器加渣自动监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器加渣自动监控系统及方法，该连铸结晶器加渣自动监控方法中，图像分析处理单元通过对钢水液位检测单元检测的结晶器钢水液位信息以及浇口图像检测单元采集的结晶器浇口图像信息进行分析处理，获得结晶器内的渣面及渣层信息，当结晶器内的渣面及渣层信息超过图像分析处理单元内设定的报警阈值时发出报警信号；加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减少加渣量。本发明的连铸结晶器加渣自动监控系统及方法，能够解决渣位监测盲区以及运行可靠性不足的问题，代替加渣现场的人工监控作业，提升安全性及劳动效率。

Description

一种连铸结晶器加渣自动监控系统及方法

技术领域

本发明涉及连铸过程检测与控制技术，更具体地说，涉及一种连铸结晶器加渣自动监控系统及方法。

背景技术

炼钢连铸领域中，结晶器是连铸关键核心设备，主要用于将液态钢水凝结成初生坯壳；其中保护渣是添加到结晶器内钢水表面的一种粉末状或颗粒状非金属化合物，保护渣的添加对连铸生产稳定顺行和钢水浇铸质量的提高有着密切关系，通常在浇铸过程中需要不断往结晶器内添加保护渣，以补充保护渣在钢水浇铸过程中的消耗，保持适当的渣层厚度，起到润滑、保温、填补空隙、防止钢水氧化的作用。

随着钢厂自动化程度的提升，传统的人工加渣方式已经逐渐被自动加渣设备替代，加渣机可以定量地将保护渣送入结晶器，从而减轻了工人的劳动负荷；但是这种添加方式目前面临的一个主要问题是缺少能自动监控保护渣添加量状态的手段，当加渣机给出的保护渣添加量与动态变化的保护渣消耗量不匹配时，就容易发生钢水表面缺渣引发漏钢事故，或者发生加渣过量引发夹渣质量缺陷，因此目前钢厂基本上还是需要依靠人工监测手段，即由操作人员靠近结晶器的钢水浇口，对钢水表面渣况进行目测检查监视，并根据目测的渣况，对加渣机的保护渣添加量进行人工调整；此种方式，无法完全消除操作人员在加渣区域的作业负担，操作人员面临一定的安全风险，而且严重制约了连铸生产自动化程度以及生产效率的进一步提升。

目前国内外针对上述问题也做了相关研究，申请号201720778665.4公开了一种基于厚度检测的结晶器保护渣自动添加系统，包括保护渣厚度检测控制盒和保护渣添加控制部分，保护渣厚度检测控制盒设置在结晶器上方，主要由激光扫描仪、多普摄像仪构成，实现对结晶器内保护渣层实际厚度Δh的检测；保护渣添加控制部分主要由PID模块、变频器、电机构成，PID模块根据保护渣层的实际厚度Δh和设定符合工艺要求的渣层厚度hs的比较，控制变频器来改变电机的转速以调节加渣量稳定渣层厚度；该申请需要设置激光投射装置，装置复杂、安装调整困难，由于结晶器和上方中间包之间净空十分狭窄，且有水口和加渣机喷嘴的遮挡，对于大量小断面连铸机的结晶器来说，渣面往往不可见，渣位存在监测盲区，因此难以适用。另外也有采用红外测距传感器或激光测距传感器安装在浇口熔渣层厚度测量传感器来测量出保护渣熔渣层厚度；此种方案需要将传感器安装在加渣机靠近结晶器浇口的上方，离高温钢水过近，传感器运行环境恶劣，寿命极难保证，制约了检测的可靠性和稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种连铸结晶器加渣自动监控系统及方法，能够解决渣位监测盲区以及运行可靠性不足的问题，代替加渣现场的人工监控作业，提升安全性及劳动效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种连铸结晶器加渣自动监控系统，包括：

钢水液位检测单元，用于检测结晶器内的钢水液位信息；

浇口图像检测单元，用于采集结晶器内的浇口图像信息；

图像分析处理单元，用于对钢水液位信息以及浇口图像信息分析处理得到结晶器内的渣面及渣层信息，当结晶器内的渣面及渣层信息超出设定的报警阈值时发出报警信号；

加渣控制单元，用于根据图像分析处理单元传递的报警信号，自动增大或减少加渣量。

较佳的，所述钢水液位检测单元包括涡流型或放射源型钢水液位计。

较佳的，所述浇口图像检测单元包括采集结晶器浇口图像信息的工业摄像机、设于所述工业摄像机上的气冷防护罩以及信号传输模块；所述工业摄像机对准结晶器浇口的位置以及角度可调；所述信号传输模块将工业摄像机采集的浇口图像信息传递给图像分析处理单元。

较佳的，所述浇口图像检测单元中，所述结晶器的每个浇口上至少设置一台工业摄像机。

较佳的，所述信号传输模块采用光电交换机进行浇口图像信息的汇集、光电转换以及远距离中继传输。

较佳的，所述图像分析处理单元包括渣面亮度检测模块、渣层厚度检测模块以及异常报警模块；

所述渣面亮度检测模块通过对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣面亮度变化信息；

所述渣层厚度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣位信息，结合结晶器内钢水液位信息，确定结晶器内的渣层厚度信息；

所述异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当超过报警阈值范围后自动发出声光报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或渣量过大，并将该报警信号发送到加渣控制单元，加渣控制单元自动调节加渣设定量。

较佳的，所述加渣控制单元包括加渣量控制装置；所述加渣量控制装置通过调节加渣时间或加渣速度来控制加渣量。

本发明的第二方面提供了一种连铸结晶器加渣自动监控方法，采用本发明第一方面提供的连铸结晶器加渣自动监控系统，通过图像分析处理单元对钢水液位检测单元检测的钢水液位信息以及浇口图像检测单元采集的浇口图像信息进行分析处理，获得结晶器内的渣面及渣层信息，当结晶器内的渣面及渣层信息超过图像分析处理单元内设定的报警阈值时发出报警信号；加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减少加渣量。

较佳的，所述连铸结晶器加渣自动监控方法具体包括：

1)加渣控制单元控制加渣装置间歇性地向结晶器浇口内添加保护渣；

2)在加渣的间歇期，浇口图像检测单元连续检测采集包含水口在内的浇口图像信息，并传送到图像分析处理单元；

3)钢水液位检测单元检测结晶器内的钢水液位信息，并传送到图像分析处理单元；

4)图像分析处理单元中的渣面亮度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，获取结晶器内的渣面亮度变化信息；

5)图像分析处理单元中的渣厚检测模块对浇口图像信息进行识别检测，并结合钢水液位信息，获得结晶器内的渣层厚度信息；

6)图像分析处理单元中的异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息超出报警阈值时，异常报警模块自动发出报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或者渣量过大，并将报警信号发送到加渣控制单元；

7)加渣控制单元根据报警信号，自动增大或者减小加渣量，实现自动闭环控制。

较佳的，所述步骤4)具体包括以下步骤：

4.1)将浇口图像从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间，获得图像中每个像素点的亮度值；

4.2)对浇口图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取除水口以外的亮度检测区域；

4.3)根据亮度检测区域内的图像亮度变化，获取结晶器内的渣面亮度变化信息。

较佳的，所述步骤5)具体包括以下步骤：

5.1)从浇口图像中选取包含渣面以及结晶器顶边的渣位检测区域，围绕渣位检测区域中心进行旋转校正，将倾斜的渣面以及结晶器顶边图像校正到水平状态；

5.2)对所述渣位检测区域内的图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取包含渣面以及结晶器顶边轮廓线的特征区域；

5.3)根据所述特征区域计算渣位检测值；

5.4)根据渣位检测值以及钢水液位信息，确定结晶器内的渣层厚度信息。

较佳的，在所述步骤5.3)中，

所述渣位检测值为特征区域高度方向像素值与标定系数的乘积；

所述特征区域高度方向像素值为特征区域总像素值与特征区域宽度方向像素值的比值；

所述特征区域宽度方向像素值由所述特征区域宽度决定；

所述标定系数为单位像素值代表的空间距离，由调试标定后确定。

较佳的，在所述步骤6)中，所述报警阈值包括渣面亮度阈值和渣层厚度阈值；

所述渣面亮度阈值设定为在浇铸过程中以动态/静态方式对所述亮度检测区域设定的亮度基准值与调整系数的乘积；所述调整系数取值在调试中确定；

所述渣层厚度阈值包括由使用者设定的渣厚下限阈值和渣厚上限阈值。

较佳的，所述动态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由异常报警模块周期性地统计亮度检测区域过去一段时间内的亮度移动平均值。

较佳的，所述静态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由使用者触发按键通知异常报警模块采集到的当前亮度检测区域内的亮度检测值。

较佳的，所述报警信号包括缺渣报警信号和渣量过大报警信号；

当亮度检测区域的渣面亮度变化信息超过亮度报警阈值，或者渣层厚度信息低于渣厚下限阈值时，异常报警模块自动发出缺渣报警信号；

当渣层厚度信息高于渣厚上限阈值时，异常报警模块自动发出渣量过大报警信号。

较佳的，在所述步骤7)中，所述加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减小加渣设定量；再通过调节加渣速度或每个间歇加渣周期内的加渣时间，调节向结晶器的加渣量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明所提供连铸结晶器加渣自动监控系统及方法，通过对结晶器内的浇口图像信息以及钢水液位信息的分析处理，综合识别和检测结晶器内的渣面亮度变化信息和渣层厚度信息，提供渣况异常报警，控制加渣装置实现加渣量的自动调节；

2.本发明所提供的连铸结晶器加渣自动监控系统及方法，具有运行稳定可靠、监测范围大、适用面广的特点，有助于实现各类连铸机型对于结晶器加渣过程的现场无人化监控，从而减少人工劳动负荷以及安全隐患，提高保护渣自动添加作业的智能化程度，为提升钢厂生产效率创造有利条件。

附图说明

图1是本发明连铸结晶器加渣自动监控系统示意图

图2是本发明连铸结晶器加渣自动监控方法的流程示意图；

图3是本发明的图像检测单元以及结晶器内的浇口图像示意图；

图4是本发明的步骤4)的流程示意图；

图5是本发明的亮度检测区域示意图；

图6是本发明的步骤5)的流程示意图；

图7是本发明的渣位检测区域示意图；

图8是本发明的渣层厚度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本实施例将本发明连铸结晶器加渣自动监控系统及方法应用在四流大方坯连铸机上，连铸机断面为320*425mm，请结合图1所示，中间包3设置在结晶器1上方，在浇铸过程中，中间包3内的钢水6通过中间包底部31设置的水口4导入结晶器1内，保护渣5通过加渣管2加入到结晶器1内的钢水6上面；其中水口4是一种耐材导流管。

请结合图1所示，本发明的第一方面所提供的一种连铸结晶器加渣自动监控系统，包括加渣控制单元、钢水液位检测单元、浇口图像检测单元以及图像分析处理单元；

加渣控制单元包括加渣量控制装置；加渣量控制装置通过调节加渣时间或加渣速度来控制加渣量；在一个实施例中的加渣装置采用伺服电机旋转计量加渣，由压缩空气将保护渣5输送到结晶器1浇口上方的加渣管2处；加渣量控制装置采用PLC控制器，加渣量控制装置通过调节每个间歇加渣周期内的加渣时间，或者通过控制伺服电机的转速控制加渣量，加渣量控制装置与图像分析处理单元采用以太网接口进行信号通讯连接；

钢水液位检测单元包括涡流型或放射源型钢水液位计；在一个实施例中钢水液位检测单元采用放射源型钢水液位计，并将检测到的钢水液位信息通过以太网接口向图像分析处理单元传输；

浇口图像检测单元采用工业摄像机对结晶器浇口进行采集并传输给图像分析处理单元；在一个实施例中浇口图像检测单元包括采集结晶器浇口图像信息的工业摄像机、设于工业摄像机上的气冷防护罩以及信号传输模块；结晶器1的每个浇口上至少设置一台工业摄像机，工业摄像机采用了200万像素宽动态枪型网络摄像机，工业摄像机具有以太网接口，工业摄像机采用三维可调云台支架来调节对准结晶器1浇口的位置以及角度；信号传输模块采用光电交换机将工业摄像机采集的浇口图像信息通过汇集、光电转换以及远距离中继传输给图像分析处理单元；

图像分析处理单元与浇口图像检测单元、钢水液位检测单元以及加渣控制单元连接；包括渣面亮度检测模块、渣层厚度检测模块以及异常报警模块；渣面亮度检测模块通过对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣面亮度变化信息；渣层厚度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣位信息，结合结晶器内钢水液位信息，确定结晶器内的渣层厚度信息；异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当超过报警阈值范围后自动发出声光报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或渣量过大，并将该报警信号发送到加渣控制单元，加渣控制单元自动调节加渣设定量。在一个实施例中，图像分析处理单元由一台工控服务器组成，具有以太网络接口，能对图像进行分析处理，并能通过显示终端提供声光报警信号，以及将声光报警信号传递给加渣量控制单元。

请结合图1～图8所示，一种连铸结晶器加渣自动监控的方法，采用了本发明的第一方面的连铸结晶器加渣自动监控系统，通过图像分析处理单元对钢水液位检测单元检测的钢水液位信息以及浇口图像检测单元采集的浇口图像信息进行分析处理，获得结晶器1内的渣面及渣层信息，当结晶器1内的渣面及渣层信息超过图像分析处理单元内设定的报警阈值时发出报警信号；加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减少加渣量；

钢水液位信息包括钢水液位值；浇口图像信息包括浇口图像；渣面信息包括渣面亮度变化信息；渣面亮度变化信息包括渣面亮度检测值；渣层信息包括渣层厚度。

连铸结晶器加渣自动监控方法具体包括以下步骤：

1)加渣控制单元控制加渣装置间歇性地向结晶器1浇口内添加保护渣5；

在一个实施例中加渣装置采用伺服电机旋转计量加渣，加渣控制单元采用间歇模式控制加渣装置运行，其中间歇加渣周期＝加渣时间+间歇时间，设定间歇模式下伺服电机转速为100r/min，每转加渣量为4g/r，间歇时间为15s，通过加渣控制单元设定结晶器1的加渣设定量为200g/min，间歇加渣周期＝(电机转速*每转加渣量*间歇时间)/(电机转速*每转加渣量-加渣设定量)＝30s，加渣时间＝间歇加渣周期-间歇时间＝15s；在加渣时间内加渣装置往结晶器1内加渣；在间歇时间内加渣装置暂停加渣，以便对浇口内的图像进行检测；

2)在加渣的间歇期，浇口图像检测单元连续检测采集包含水口4在内的浇口图像信息，并传送到图像分析处理单元；

在一个实施例中浇口图像检测单元安装在结晶器1浇口的侧上方，其中图像检测单元采用工业摄像机，调整工业摄像机的位置和角度对准包含水口4在内的结晶器1浇口，在采集的结晶器浇口图像中水口4是一种耐材导流管，安装在中间包底部31，在浇铸过程中插入到结晶器1内，用于将中间包3内的钢水6导入结晶器1；

3)钢水液位检测单元检测结晶器1内的钢水液位信息，并传送到图像分析处理单元；

4)图像分析处理单元中的渣面亮度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，获取结晶器内的渣面亮度变化信息；

步骤4)具体包括以下步骤：

4.1)将浇口图像从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间，获得图像中每个像素点的亮度值；

在一个实施例中HSV颜色空间采用色调(H)，饱和度(S)，亮度(V)的三维数组来表征每个像素点，提取数组中的亮度V，即获得每个像素点的亮度值，其取值范围为0(最暗)-255(最亮)；

4.2)对浇口图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取除水口以外的亮度检测区域；

在一个实施例中流经钢水6的水口4在浇铸过程中呈现高亮状态，与其它区域相比，亮度特别显著；通过对浇口图像采取基于亮度阈值的二值化处理，此处亮度阈值设为200，使高亮的水口4图像变成白色，该白色区域划为水口区域，完成对浇口图像的区域分割，将水口区域从图像中剔除，剩下的就是亮度检测区域；亮度检测区域包括水口左侧延伸区域L1和水口右侧延伸区域L2，两块区域包含有结晶器顶边11、结晶器内壁12、中间包底部31和加渣管2等对象；

4.3)根据亮度检测区域内的图像亮度变化，获取结晶器1内的渣面亮度变化信息。

在一个实施例中当结晶器1内渣面变薄、渣量变少或局部缺渣时，结晶器1内的钢水6表面露出液渣层，高温液态钢水6从渣面透出的辐射光逐渐增强，相应地增强了结晶器内壁12、中间包底部31、加渣管2表面的反射光，使对应图像亮度也随之增强；渣面亮度检测模块通过捕捉亮度检测区域内结晶器内壁11、中间包底部31、加渣管2表面等对象的图像亮度变化，可以在难以采集到渣面图像的条件下，如结晶器1内钢水6液面偏低或者结晶器1规格偏小等，仍能获取结晶器1内的渣面亮度变化信息，从而监测出结晶器1内是否出现缺渣异常；渣面亮度变化用水口左侧延伸区域L1和水口右侧延伸区域L2的图像亮度变化来表示，渣面亮度变化信息中的渣面亮度检测值的变化范围为0-255；

5)图像分析处理单元中的渣厚检测模块对浇口图像信息进行识别检测，并结合钢水液位信息，获得结晶器内的渣层厚度信息；

5.1)从浇口图像中选取包含渣面51以及结晶器顶边11的渣位检测区域，围绕渣位检测区域中心进行旋转校正，将倾斜的渣面51以及结晶器顶边11的图像校正到水平状态；

在一个实施例中，将渣位检测区域逆时针旋转校正5度，使倾斜的渣面51和结晶器顶边11的图像校正到水平状态；

5.2)对渣位检测区域内的图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取包含渣面51以及结晶器顶边11轮廓线的特征区域；

在一个实施例中，渣面51和结晶器顶边11的亮度均偏暗，而结晶器内壁12偏亮，通过对图像采取基于亮度阈值的二值化处理，此处亮度阈值设为200，使渣面51和结晶器顶边11之间亮度较高的结晶器内壁11的图像变成白色，其余区域变成黑色，即可完成渣面51和结晶器顶边11之间特征区域的分割提取；

5.3)根据特征区域计算渣位检测值H1；

渣位检测值H1＝特征区域高度方向像素值*标定系数；特征区域高度方向像素值＝特征区域总像素值/特征区域宽度方向像素值；特征区域宽度方向像素值由特征区域宽度决定；标定系数为单位像素值代表的空间距离，由调试标定后确定。

在一个实施例中，标定系数＝1/17.13,特征区域总像素值＝46560,特征区域宽度方向像素值＝80；特征区域高度方向像素值＝特征区域总像素值/特征区域宽度方向像素值＝46560/80＝582,渣位检测值H1＝特征区域高度方向像素值*标定系数＝582*1/17.13＝34mm；

5.4)根据渣位检测值H1以及步骤3)中获得的钢水液位信息中的钢水液位值H2，确定结晶器1内的渣层厚度H3。

渣层厚度信息中的渣层厚度H3＝钢水液位值H2-渣位检测值H1，钢水液位值H2和渣位检测值H1均以结晶器顶边11为参照点计算；

在一个实施例中，以结晶器顶边为零位参照点的钢水液位值H2＝56mm,渣层厚度H3＝钢水液位值H2-渣位检测值H1＝56-34＝22mm；

6)图像分析处理单元中的异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息超出报警阈值时，异常报警模块自动发出报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或者渣量过大，并将报警信号发送到加渣控制单元；

报警阈值包括渣面亮度阈值和渣层厚度阈值；

渣面亮度阈值设定为在浇铸过程中以动态/静态方式对亮度检测区域设定的亮度基准值与调整系数的乘积；调整系数取值在调试中确定；

动态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由异常报警模块周期性地统计亮度检测区域过去一段时间内的亮度移动平均值；静态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由使用者触发按键通知异常报警模块采集到的当前亮度检测区域内的亮度检测值。

在一个实施例中，渣面亮度阈值分设水口左区亮度阈值和水口右区亮度阈值，水口左区亮度阈值和水口右区亮度阈值分别用VLth和VRth表示，渣面亮度阈值范围在0-255之间，水口左区亮度基准值和水口右区亮度基准值分别用VLref和VRref表示，VLth＝K1*VLref，VRth＝K1*VRref，调整系数取值范围在1-1.5之间，在调试中确定调整系数K1为1.2；

在一个实施例中，采用动态方式设定的亮度基准，在浇铸过程中由异常报警模块每秒钟统计一次左区和右区过去5秒的亮度移动平均值，来作为水口左区亮度基准值VLref和水口右区亮度基准值VLref；

渣层厚度阈值包括由使用者设定的渣厚下限阈值和渣厚上限阈值。

在一个实施例中，渣厚下限阈值设为10mm，渣厚上限阈值设为50mm；以结晶器顶边11为参照点计算；

报警信号包括缺渣报警信号和渣量过大报警信号；当亮度检测区域的渣面亮度变化信息超过亮度报警阈值，或者渣层厚度信息低于渣厚下限阈值时，异常报警模块自动发出缺渣报警信号；当渣层厚度信息高于渣厚上限阈值时，异常报警模块自动发出渣量过大报警信号；

在一个实施例中，当亮度检测区域的渣面亮度检测值超过亮度报警阈值，或者渣层厚度H3低于渣厚下限阈值时，异常报警模块自动发出缺渣报警信号；当渣层厚度H3高于渣厚上限阈值时，异常报警模块自动发出渣量过大报警信号；其中，缺渣报警采用了对渣面亮度和渣层厚度的双重监测，可以防止在钢水6液位偏低或渣位偏低等渣面51不可见状态下，仍能对结晶器1内的缺渣异常进行有效的监测和报警。

7)加渣控制单元根据报警信号，自动增大或者减小加渣量，实现自动闭环控制；

加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减小加渣设定量；再通过调节加渣速度或每个间歇加渣周期内的加渣时间，调节向结晶器1的加渣量；

在一个实施例中，当加渣控制单元收到的报警信号是缺渣报警时，加渣控制单元自动增大一档加渣设定量，本实例中的每档加渣设定量相差20g/min，若原加渣设定量为200g/min，则自动增大到220g/min；当收到的报警信号是渣量过大报警时，加渣控制单元自动减小一档加渣设定量，若原加渣设定量为200g/min，则自动减小到180g/min；当加渣设定量变化时，通过自动调整每个间歇加渣周期内的加渣时间，来调节进入结晶器的加渣量；本实例在设定间歇模式下伺服电机转速为100r/min，每转加渣量为4g/r，间歇时间为15s，原加渣设定量为200g/min，当加渣设定量增大到220g/min时，调整后的间歇加渣周期＝(电机转速*每转加渣量*间歇时间)/(电机转速*每转加渣量-加渣设定量)＝33.333s，则调整后的加渣时间＝间歇加渣周期-间歇时间＝33.333-15＝18.333s；加渣设定量在一个间歇加渣周期内保持不变。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (16)

1.一种连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，包括：

钢水液位检测单元，用于检测结晶器内的钢水液位信息；

浇口图像检测单元，用于采集结晶器内的浇口图像信息；

图像分析处理单元，用于对钢水液位信息以及浇口图像信息分析处理得到结晶器内的渣面信息及渣层信息，当结晶器内的渣面信息及渣层信息超出设定的报警阈值时发出报警信号；

加渣控制单元，用于根据图像分析处理单元传递的报警信号，自动增大或减少加渣量。

2.如权利要求1所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，所述钢水液位检测单元包括涡流型或放射源型钢水液位计。

3.如权利要求1所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，所述浇口图像检测单元包括采集结晶器浇口图像信息的工业摄像机、设于所述工业摄像机上的气冷防护罩以及信号传输模块；所述工业摄像机对准结晶器浇口的位置以及角度可调；所述信号传输模块将工业摄像机采集的浇口图像信息传递给图像分析处理单元；

所述浇口图像检测单元中，所述结晶器的每个浇口上至少设置一台工业摄像机。

4.如权利要求3所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，所述信号传输模块采用光电交换机进行浇口图像信息的汇集、光电转换以及远距离中继传输。

5.如权利要求1所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，所述图像分析处理单元包括渣面亮度检测模块、渣层厚度检测模块以及异常报警模块；

所述渣面亮度检测模块通过对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣面亮度变化信息；

所述渣层厚度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，识别并检测出结晶器内的渣位信息，结合结晶器内钢水液位信息，确定结晶器内的渣层厚度信息；

所述异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当超过报警阈值范围后自动发出声光报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或渣量过大，并将该报警信号发送到加渣控制单元，加渣控制单元自动调节加渣设定量。

6.如权利要求1所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，其特征在于，所述加渣控制单元包括加渣量控制装置；所述加渣量控制装置通过调节加渣时间或加渣速度来控制加渣量。

7.一种连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述连铸结晶器加渣自动监控方法采用如权利要求1～6任一项所述的连铸结晶器加渣自动监控系统，通过图像分析处理单元对钢水液位检测单元检测的钢水液位信息以及浇口图像检测单元采集的浇口图像信息进行分析处理，获得结晶器内的渣面信息及渣层信息，当结晶器内的渣面信息及渣层信息超过图像分析处理单元内设定的报警阈值时发出报警信号；加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减少加渣量；

所述钢水液位信息包括钢水液位值；所述浇口图像信息包括浇口图像；所述渣面信息包括渣面亮度变化信息；所述渣面亮度变化信息包括渣面亮度检测值；所述渣层信息包括渣层厚度。

8.如权利要求7所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述连铸结晶器加渣自动监控方法具体包括：

1)加渣控制单元控制加渣装置间歇性地向结晶器浇口内添加保护渣；

2)在加渣的间歇期，浇口图像检测单元连续检测采集包含水口在内的浇口图像信息，并传送到图像分析处理单元；

3)钢水液位检测单元检测结晶器内的钢水液位信息，并传送到图像分析处理单元；

4)图像分析处理单元中的渣面亮度检测模块对浇口图像信息进行分析处理，获取结晶器内的渣面亮度变化信息；

5)图像分析处理单元中的渣厚检测模块对浇口图像信息进行识别检测，并结合钢水液位信息，获得结晶器内的渣层厚度信息；

6)图像分析处理单元中的异常报警模块将渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息与设定的报警阈值相比较，当渣面亮度变化信息以及渣层厚度信息超出报警阈值时，异常报警模块自动发出报警信号，提示结晶器钢液面缺渣或者渣量过大，并将报警信号发送到加渣控制单元；

7)加渣控制单元根据报警信号，自动增大或者减小加渣量，实现自动闭环控制。

9.如权利要求7所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括以下步骤：

4.1)将浇口图像从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间，获得图像中每个像素点的亮度值；

4.2)对浇口图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取除水口以外的亮度检测区域；

4.3)根据亮度检测区域内的图像亮度变化，获取结晶器内的渣面亮度变化信息。

10.如权利要求7所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括以下步骤：

5.1)从浇口图像中选取包含渣面以及结晶器顶边的渣位检测区域，围绕渣位检测区域中心进行旋转校正，将倾斜的渣面以及结晶器顶边图像校正到水平状态；

5.2)对所述渣位检测区域内的图像采取二值化处理，从处理后的图像中提取包含渣面以及结晶器顶边轮廓线的特征区域；

5.3)根据所述特征区域计算渣位检测值；

5.4)根据渣位检测值以及钢水液位信息，确定结晶器内的渣层厚度。

11.如权利要求10所述的连铸结晶器自动加渣系统，其特征在于，所述步骤5.3)中，

所述渣位检测值为特征区域高度方向像素值与标定系数的乘积；

所述特征区域高度方向像素值为特征区域总像素值与特征区域宽度方向像素值的比值；

所述特征区域宽度方向像素值由所述特征区域宽度决定；

所述标定系数为单位像素值代表的空间距离，由调试标定后确定。

12.如权利要求9所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述步骤6)中，所述报警阈值包括渣面亮度阈值和渣层厚度阈值；

所述渣面亮度阈值设定为在浇铸过程中以动态/静态方式对所述亮度检测区域设定的亮度基准值与调整系数的乘积；所述调整系数取值在调试中确定；

所述渣层厚度阈值包括由使用者设定的渣厚下限阈值和渣厚上限阈值。

13.如权利要求12所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述动态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由异常报警模块周期性地统计亮度检测区域过去一段时间内的亮度移动平均值。

14.如权利要求12所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述静态方式设定的亮度基准值为在浇铸过程中由使用者触发按键通知异常报警模块采集到的当前亮度检测区域内的亮度检测值。

15.如权利要求12所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述报警信号包括缺渣报警信号和渣量过大报警信号；

当亮度检测区域的渣面亮度变化信息超过亮度报警阈值，或者渣层厚度低于渣厚下限阈值时，异常报警模块自动发出缺渣报警信号；

当渣层厚度高于渣厚上限阈值时，异常报警模块自动发出渣量过大报警信号。

16.如权利要求8所述的连铸结晶器加渣自动监控方法，其特征在于，所述步骤7)中，所述加渣控制单元根据报警信号，自动增大或减小加渣设定量；再通过调节加渣速度或每个间歇加渣周期内的加渣时间调节向结晶器的加渣量。

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