CN113832283B - 一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金自动化控制技术领域，进一步是一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法。本发明包括步骤一：在转炉炼钢的过程中，摄像机连续拍摄炉口火焰的图像，并将图像信号进行滤波；步骤二：对图像进行二次截取；步骤三：根据各像素点对应的火焰温度计算出火焰的温度；步骤四：根据火焰的温度计算出转炉钢水的温度：本发明通过二次截取，缩小了图像范围，得到的图像更能代表整个火焰的图像，同时去除了图像的边缘的一些干扰的部分，温度预测的效果更为明显。

Description

一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法
技术领域
本发明属于冶金自动化控制技术领域，进一步是一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法。
背景技术
转炉炼钢的控制，主要是控制钢水的终点温度和成分。钢水温度和成分预测常用的技术包括，转炉静态模型、转炉动态模型、炉口烟气分析模型和基于炉口火焰分析模型等。不同的技术各有优缺点。
基于炉口火焰分析技术（如发明专利一种转炉火焰温度检测系统和方法，申请号：201210141490.8），其不足之处主要是预测的温度是炉口火焰温度，不是钢水温度，由炉口火焰温度转换为钢水温度，需要转炉生产人员，凭经验进行转换，存在因人而异的情况；再者，图像分析，取像区域的范围不同，也影响炉口温度的准确性。
一种转炉内碳含量和温度检测系统（申请号：201210424464.6）公开了一种转炉内钢水碳含量和温度检测系统，该技术是基于发明专利一种转炉火焰温度检测系统和方法（申请号：201210141490.8）基础上的，利用预测的火焰温度来实时预报钢水温度和碳成分，
同样存在发明专利一种转炉火焰温度检测系统和方法（申请号：201210141490.8）的不足，导致预测的钢水温度和成分命中率较低；计算钢水温度和成分采用神经元技术，这一点与本发明不同。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供供以下技术方案：一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法，步骤如下：
步骤一：在转炉炼钢的过程中，摄像机连续拍摄炉口火焰的图像，并将图像信号进行滤波，去除干扰信号；
步骤二：根据滤波等处理后得到的图像，此时图像为矩形，然后对图像进行二次截取，在原有矩形的图像中间截取椭圆形的图像，椭圆截取过程如下：
1、以原有的矩形图像为基础，在图像中间二次截取椭圆形图像；
2、截取后的椭圆形图像的圆心为原矩形图像的中心点；
3、截取后的椭圆形图像的半径计算公式如下：
r1 = α × b ÷ 2；
r2 = β × a ÷ 2；
其中，α、β为椭圆半径的计算参数，r1、r2为椭圆图像的半径；a、b为矩形图像的边长；
步骤三：根据各像素点对应的火焰温度计算出火焰的温度，计算流程如下：
1、计算图像各像素点的火焰温度：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 199987DEST_PATH_IMAGE002
；
2、去除所有的像素点的计算温度中的最高的和最低的值，剩余的中间值的像素点温度作为参与计算；
3、将图像放在直角坐标系中，计算各像素点对应的坐标，坐标系的原点为椭圆形区域的圆心；
4、矩形区域内的像素点形成二维矩阵，二维矩阵各像素点的下标对应坐标系的横竖坐标，各像素点的值对应的是炉口火焰温度计算模块计算的各像素点的温度值；
5、火焰的代表温度计算如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
式中，i、j为像素点在坐标系中对应的坐标值，Tij为坐标为（i，j）像素点的计算温度，T为计算的整个炉口的代表温度；
步骤四：根据火焰的温度计算出转炉钢水的温度：
钢水温度计算公式为：
TS = k × TF ；
其中，TS 为本发明计算的钢水温度；TF为改进后的炉口火焰温度计算模块计算炉口火焰的代表温度；
取离当前炉次生产时间最近前若干有效炉次n炉作为参考炉次，按照生产的时间顺序排序为第1炉，第2炉，…第n炉，其权重为分别为1，2，3，…n，离当前越近炉次的参考炉次的权重越大。每一炉次的k值为本炉次本发明计算的终点钢水温度与副枪测量的钢水终点温度的比值；k值计算方法下：
Figure 782147DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，ki为参考炉次为第i炉的k值；
上述方案的进一步改进：所述有效炉次指副枪测量的有效的钢水终点温度。
本发明的有益效果是：火焰图像经过二次截取，缩小了图像范围，得到的图像更能代表整个火焰的图像，同时去除了图像的边缘的一些干扰的部分，温度预测的效果更为明显。
附图说明
图1是本发明实施例的椭圆图像截取的示意图；
图2本发明实施例的椭圆图像截取的坐标示意图。
具体实施方式
实施例
如图1至图2所示，一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法，利用摄像设备，拍摄转炉炉口的火焰，根据火焰的属性来计算火焰的温度，再根据计算的火焰温度计算出钢水的温度，步骤如下：
步骤一：在转炉炼钢的过程中，摄像机连续拍摄炉口火焰的图像，并将图像信号进行滤波，去除干扰信号。
步骤二：根据滤波等处理后得到的图像，此时图像为矩形，然后对图像进行二次截取，在原有矩形的图像中间截取椭圆形的图像，椭圆截取过程如下：
1、以原有的矩形图像为基础，在图像中间二次截取椭圆形图像；
2、截取后的椭圆形图像的圆心为原矩形图像的中心点；
3、截取后的椭圆形图像的半径计算公式如下：
r1 = α × b ÷ 2；
r2 = β × a ÷ 2；
其中，α、β为椭圆半径的计算参数，r1、r2为椭圆图像的半径；a、b为矩形图像的边长。
步骤三：根据各像素点对应的火焰温度计算出火焰的温度，计算流程如下：
1、计算图像各像素点的火焰温度：
Figure 534202DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 546545DEST_PATH_IMAGE002
；
2、去除所有的像素点的计算温度中的最高的和最低的值，剩余的中间值的像素点温度作为参与计算；
3、将图像放在直角坐标系中，计算各像素点对应的坐标，坐标系的原点为椭圆形区域的圆心；
4、矩形区域内的像素点形成二维矩阵，二维矩阵各像素点的下标对应坐标系的横竖坐标，各像素点的值对应的是炉口火焰温度计算模块计算的各像素点的温度值；
5、火焰的代表温度计算如下式：
Figure 813578DEST_PATH_IMAGE003
；
式中，i、j为像素点在坐标系中对应的坐标值，Tij为坐标为（i，j）像素点的计算温度，T为计算的整个炉口的代表温度。
步骤四：根据火焰的温度计算出转炉钢水的温度：
钢水温度计算公式为：
TS = k × TF ；
其中，TS 为本发明计算的钢水温度；TF为改进后的炉口火焰温度计算模块计算炉口火焰的代表温度。
取离当前炉次生产时间最近前若干有效炉次n炉作为参考炉次，按照生产的时间顺序排序为第1炉，第2炉，…第n炉，其权重为分别为1，2，3，…n，离当前越近炉次的参考炉次的权重越大。每一炉次的k值为本炉次本发明计算的终点钢水温度与副枪测量的钢水终点温度的比值；k值计算方法下：
Figure 950161DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，ki为参考炉次为第i炉的k值；所述有效炉次指副枪测量的有效的钢水终点温度。
本发明不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于炉口火焰的钢水温度预测方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：在转炉炼钢的过程中，摄像机连续拍摄炉口火焰的图像，并将图像信号进行滤波，去除干扰信号；
步骤二：根据滤波等处理后得到的图像，此时图像为矩形，然后对图像进行二次截取，在原有矩形的图像中间截取椭圆形的图像，椭圆截取过程如下：
1、以原有的矩形图像为基础，在图像中间二次截取椭圆形图像；
2、截取后的椭圆形图像的圆心为原矩形图像的中心点；
3、截取后的椭圆形图像的半径计算公式如下：
r1＝α×b÷2；
r2＝β×a÷2；
其中，α、β为椭圆半径的计算参数，r1、r2为椭圆图像的半径；a、b为矩形图像的边长；
步骤三：根据各像素点对应的火焰温度计算出火焰的温度，计算流程如下：
1、计算图像各像素点的火焰温度：
Figure FDA0003908107500000011
Figure FDA0003908107500000012
2、去除所有的像素点的计算温度中的最高的和最低的值，剩余的中间值的像素点温度作为参与计算；
3、将图像放在直角坐标系中，计算各像素点对应的坐标，坐标系的原点为椭圆形区域的圆心；
4、矩形区域内的像素点形成二维矩阵，二维矩阵各像素点的下标对应坐标系的横竖坐标，各像素点的值对应的是炉口火焰温度计算模块计算的各像素点的温度值；
5、火焰的代表温度计算如下式：
Figure FDA0003908107500000013
式中，i、j为像素点在坐标系中对应的坐标值，Tij为坐标为(i，j)像素点的计算温度，T为计算的整个炉口的代表温度；
步骤四：根据火焰的温度计算出转炉钢水的温度：
钢水温度计算公式为：
TS＝k×TF；
其中，TS为本发明计算的钢水温度；TF为改进后的炉口火焰温度计算模块计算炉口火焰的代表温度；
取离当前炉次生产时间最近前若干有效炉次n炉作为参考炉次，按照生产的时间顺序排序为第1炉，第2炉，…第n炉，其权重为分别为1，2，3，…n，离当前越近炉次的参考炉次的权重越大；
每一炉次的k值为本炉次本发明计算的终点钢水温度与副枪测量的钢水终点温度的比值；k值计算方法下：
Figure FDA0003908107500000021
其中，ki为参考炉次为第i炉的k值。
2.根据权利要求1所述的基于炉口火焰的钢水温度预测方法，其特征在于：所述有效炉次指副枪测量的有效的钢水终点温度。
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