CN113916003A - 一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统，供烧结台车行走的轨道经过烧结区域，所述烧结区域设有烧结点火炉，烧结点火炉的炉膛内设有至少一排点火嘴，每排点火嘴均连接有火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管，所述火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管上均设有流量阀，炉膛内安装有采用点火嘴喷出火焰的红外成像装置，红外成像装置连接并输出信号至控制器，控制器连接并输出控制信号至流量阀，系统解决了传统的热电偶测温和温度(或强度)控制方式下的不精准的问题，不仅实现了烧结料面点火质量均匀性控制的效果，同时亦可促进后续烧结过程及烧结矿的物理强度等指标，且可在一定程度上节约点火煤气的使用量。

Description

一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及烧结工艺技术领域，尤其涉及一种烧结点火温度控制系统及控制方法。

背景技术

烧结点火炉是烧结生产的关键设备之一，其主要是承担台车布料后的料面点火功能，衡量点火炉优劣的关键指标是满足生产工艺的有效点火和点火煤气消耗量。对于烧结点火炉温度的合理控制不仅是保证烧结矿烧结质量的前提，而且在节能减排的大背景下，合理控制烧结点火炉温度能够明显减少烧结过程的煤气消耗，减少由于非完全燃烧造成的污染气体的排放。

现有的烧结点火炉控制方法主要采用温度控制或点火强度控制，即，当烧结点火炉的温度或点火强度过高时，减小煤气流量，当烧结点火炉的温度或点火强度过低时，增大煤气流量，同时目前烧结点火炉的点火温度通过插入到点火炉炉膛内的热电偶来获取，由于热电偶设置数量有限，因此其检测的点火温度不能充分反映出点火炉内沿宽度方向各处的点火质量的真实状态，故其点火温度控制的均匀性不高，局部会影响烧结料面的点火质量，进而影响到后续烧结过程及烧结矿物理强度等指标。

已有一部分相关的技术方案公开，例如以下文献：

中国发明专利CN104613772B，公开了一种基于图像识别的烧结点火炉装置及其燃烧控制方法，属于高炉炼铁的主要炉料的生产工艺，为了克服现有烧结点火炉控制方法要靠看火工去凭肉眼判断和不能有针对性的进行调整的问题，一种基于图像识别的烧结点火炉装置，该装置包括点火炉,该装置还包括图像采集设备和控制器，所述的图像采集设备设置在点火炉后方且在炉料的上方，所述的点火炉中还设有点火段，所述点火段设有2个以上的火嘴。本发明中点火质量的判定为直接判定，保证烧结料面始终不会有未点好火的黄带或过融现象。另外可根据料面烧结情况精确分配煤气用量，最大限度节约能源。

中国发明专利CN107014205B公开了一种烧结点火炉温度自动控制节能方法，属于烧结点火炉自动控制燃烧技术领域，具体涉及一种基于点火炉温差变化、温差变化率、烧结机机速变化和目标温度自动调节煤气、空气阀位的方法，本发明采用控制煤气和空气的阀位的方式实现点火炉温度自动控制、烧结机停机煤气自动关闭控制、烧结机开机自动点火控制。本发明方法的实施，大幅提高了点火炉温度自动控制水平，保证了点火炉温度的稳定和烧结矿质量，避免异常空燃比造成的危险情况的发生，减少了生产过程煤气的消耗。

中国发明专利CN107726855B公开了一种烧结点火炉控制方法及装置，若烧结机处于开机状态，则获得烧结点火炉的煤气流量为第一煤气流量；根据烧结点火炉的当前温度与目标温度之间的温度偏差与温度偏差死区值和温度偏差最大值之间的关系，获得第一煤气调整量；判断烧结机的预设机速和/或目标温度是否发生变化；若烧结机的预设机速和/或目标温度发生变化，则根据第一煤气流量、第一煤气调整量和第二煤气调整量，获得煤气调整总量；若烧结机的预设机速和/或目标温度未发生变化，则对烧结点火炉进行超调判断过程，并在超调判断过程结束后获得煤气调整总量；根据煤气调整总量对烧结点火炉进行反馈调节，从而实现了对烧结点火炉的温度的精确控制。

此外中国发明专利CN104457255B公开了一种烧结点火炉及其调整方法，该烧结点火炉，包括立柱、炉顶、侧墙及多个烧嘴，所述立柱上固设有托梁，所述侧墙支撑于所述托梁上，炉顶架设在所述侧墙上，多个烧嘴布置于所述炉顶内，所述多个烧嘴包括用于常规料面点火的第一烧嘴和用于加宽料面点火的第二烧嘴，所述侧墙与立柱之间设有用于移动侧墙的调整组件，该烧结点火炉具有结构简单，便于调整，改造周期短和改造成本的优点。该调整方法包括步骤：通过调整组件将侧墙移动至目标位置；去除托梁的多余部分；使用封口料密封炉顶与侧墙之间的间隙，该调整方法具有步骤简单易于调整，调整速度快、效率高的优点。

上述方法均存在传统的热电偶测温+温度(或强度)控制方式下的控制不精准的问题，烧结料面点火质量均匀性无法实现准确控制，影响到后续烧结过程及烧结矿的物理强度等指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统及控制方法，采用红外成像的方法获取点火炉内各处点火烧嘴点火温度的完整状态，通过图像处理获取整体或局部的点火温度场分布，并根据上述温度场分布对整体或局部的点火温度进行精确调节，同时对满足点火温度控制范围的温度场的高低进行精确调节，从而获取合理的点火火焰的长短也即合理的点火深度控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统，供烧结台车行走的轨道经过烧结区域，所述烧结区域设有烧结点火炉，所述烧结点火炉的炉膛内设有至少一排点火嘴，每排所述点火嘴均连接有火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管，所述火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管上均设有流量阀，所述炉膛内安装有采用点火嘴喷出火焰的红外成像装置，所述红外成像装置连接并输出信号至控制器，所述控制器连接并输出控制信号至流量阀。

所述烧结点火炉通过轨道两侧的点火炉支撑梁固定在导轨上方，所述烧结点火炉设有两排向下方喷射火焰的点火嘴，第一排火嘴连接第一排火嘴煤气支管、第一排火嘴一次风支管、第一排火嘴二次风支管，第二排火嘴连接第二排火嘴煤气支管、第二排火嘴一次风支管、第二排火嘴二次风支管。

所述烧结点火炉的炉膛顶部设有烧结料面，所述红外成像装置固定在烧结料面上，所述红外成像装置的镜头为广角镜，所述红外成像装置设有两个，一个位于炉膛的前部，另一个位于炉膛的后部，两个所述红外成像装置分别用于采集第一排火嘴喷出的火焰，以及第二排火嘴喷出的火焰。

一种所述烧结点火温度控制系统的控制方法：

烧结点火炉工作时，红外成像装置实时获取火焰信息，并将采集的火焰图像信息输送至控制器；

控制器将图像信息进行网格化划分区域，并设别出烧结料面所处的高度位置，构成该时间周期内的点火嘴温度场分布信息；

将当前点火嘴温度场分布信息与预设的点火控制要求进行比较；

根据比较结构控制流量阀调节火焰。

网格化划分区域的网格列数与点火炉宽度方向的点火嘴分组进行对应，独立分析每个点火嘴的火焰，并根据点火嘴的火焰实时调整该点火嘴的煤气流量、一次风流量和二次风流量。

烧结台车物料料面在进入烧结点火炉前经过压料处理，使烧结台车物料面的表面平整构成烧结料面。

若点火嘴外焰的目标控制温度区域刚好与烧结料面接触或局部区域重叠，则不进行调整；

若点火嘴外焰的目标控制温度区域位于烧结料面的上方不重叠，则增大该点火嘴二次风的流量，同时根据增大的二次风流量按设定的点火温度进行PID细化调整煤气流量，再根据煤气调整的流量根据设定的空煤比调整一次风流量，直至达到点火控制要求；

若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度大于目标控制温度，则减少煤气流量，同时根据煤气流量调整根据设定的空煤比跟进调整一次风流量，再微调二次风，直至达到点火控制要求；

若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度低于目标控制温度，则增加煤气流量，同时根据煤气流量调整根据设定的空煤比跟进调整一次风流量，再微调二次风，直至达到点火控制要求。

本发明有效解决了传统的热电偶测温和温度(或强度)控制方式下的不精准的问题，不仅实现了烧结料面点火质量均匀性控制的效果，同时亦可促进后续烧结过程及烧结矿的物理强度等指标，且可在一定程度上节约点火煤气的使用量。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为烧结点火温度控制系统侧面示意图；

图2为烧结点火温度控制系统正面示意图；

图3为点火嘴红外成像温度场分布示意图；

上述图中的标记均为：1、第一排火嘴煤气支管；2、第一排火嘴一次风支管；3、第一排火嘴二次风支管；4、第一排火嘴；5、红外成像装置；6、第二排火嘴煤气支管；7、第二排火嘴一次风支管；8、第二排火嘴二次风支管；9、第二排火嘴；10、烧结台车；11、点火炉炉顶；12、烧结台车料面顶面；13、点火炉支撑梁；14、走轮；15、轨道。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

基于红外成像的烧结点火温度控制系统包括烧结点火炉、红外成像装置5、以及控制器(包含图像处理系统)，供烧结台车10行走的轨道15经过烧结区域，烧结点火炉通过点火炉支撑梁13固定位于轨道15上方，烧结点火炉的前后设有烧结台车10进出的进出口，其内部为炉膛。

烧结点火炉的炉膛内设有至少一排点火嘴，一般设置有两排，两排点火嘴轨道15垂直，即炉膛内的上部沿点火炉宽度方向上设有若干个点点火嘴，每排火嘴上设有煤气支管、一次风支管和二次风支管，每个煤气支管、一次风支管和二次风支管上均设有流量阀，实现煤气量以及火焰长度或点火深度的调整。具体来有两排向下方喷射火焰的点火嘴包括第一排火嘴4和第二排火嘴9，第一排火嘴4连接第一排火嘴煤气支管1、第一排火嘴一次风支管2、第一排火嘴二次风支管3，第二排火嘴9连接第二排火嘴煤气支管6、第二排火嘴一次风支管7、第二排火嘴二次风支管8每根支管独立控制，从而能够独立的控制每排每个点火嘴的火焰。

红外成像装置5设置在点火炉炉膛烧结料面的上方，其高度设置确保不与下方运行台车的最高料面干涉，并固定在点火炉炉顶11上，因为有两排点火嘴，因此红外成像装置5设有两个，一个位于炉膛的前部，另一个位于炉膛的后部，两个红外成像装置5从两个方向采集第一排火嘴4和第二排火嘴9的火焰情况，分别用于采集第一排火嘴4喷出的火焰，以及第二排火嘴9喷出的火焰，红外成像装置5具有广角功能，使其能够在其安装位置处可分别获得二排点火嘴的完整的成像温度场，如图3为其中一个红外成像装置5单排火焰的状况。

两个红外成像装置5连接并输出信号至控制器，控制器连接并输出控制信号至流量阀，通过控制器控制，可有效避免传统的烧结点火炉温度控制不均匀的先天性不足的问题，可实现烧结点火质量的均匀性控制。并较传统的烧结点火炉温度控制方式具有较强的适应性。

烧结点火炉工作时，红外成像装置5实时获取火焰信息，并将采集的火焰图像信息输送至控制器，控制器成像图像区域进行网格化划分区域，其网格列数与点火炉宽度方向的点火嘴分组进行对应，同时通过图像数据处理设别出烧结料面所处的高度位置。烧结台车10物料料面在进入点火炉前经过压料处理，使其料面表面平整，以便于后续图像处理系统对料面与火嘴火焰温度场的界面进行设别，从而获得该时间周期内的点火嘴温度场分布信息，与上述点火控制要求进行比较，进行合理调节。

具体的调整原则：

1)若点火嘴外焰的目标控制温度区域刚好与烧结料面接触或局部区域重叠，可不进行调整；

2)若点火嘴外焰的目标控制温度区域位于烧结料面的上方不重叠，则优先调整增大二次风的流量，在此基础上再按设定的点火温度进行PID细化调整煤气流量，一次风流量根据设定的空煤比进行跟进调整；

3)若点火嘴外焰的目标控制温度区域在红外成像温度场中未出现，则细分为两种情况：

a、若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度大于目标控制温度，则说明此时点火温度过高，则优先调整减少煤气流量，再按设定的点火温度进行PID细化调整煤气流量，一次风流量根据设定的空煤比进行跟进调整，后对二次风进行微调，调整至目标控制温度区域与烧结料面接触或局部重叠。

b、若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度低于目标控制温度，则说明此时点火温度不足，则优先调整增加煤气流量，再按设定的点火温度进行PID细化调整煤气流量，一次风流量根据设定的空煤比进行跟进调整，后对二次风进行微调，调整至目标控制温度区域与烧结料面接触或局部重叠为止。

上述图像处理系统可对点火炉宽度方向各网格区域内的点火温度以及点火深度状态进行计算和判别，可按上述调整原则对各区域的点火嘴的点火状态进行自动调优控制，其通过控制各组点火嘴上的气动球阀的开度实现对点火温度和点火深度的控制，上述点火炉一排、二排点火嘴的点火温度以及点火深度可根据烧结的原料条件以及生产过程控制要求进行区别化控制，其较传统的烧结点火炉温度控制方式具有较强的适应性。同时可有效避免传统的烧结点火炉温度控制不均匀的先天性不足的问题，可实现烧结点火质量的均匀性控制。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于红外成像的烧结点火温度控制系统，供烧结台车行走的轨道经过烧结区域，所述烧结区域设有烧结点火炉，所述烧结点火炉的炉膛内设有至少一排点火嘴，每排所述点火嘴均连接有火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管，其特征在于：所述火嘴煤气支管、一次风支管和二次风支管上均设有流量阀，所述炉膛内安装有采用点火嘴喷出火焰的红外成像装置，所述红外成像装置连接并输出信号至控制器，所述控制器连接并输出控制信号至流量阀。

2.根据权利要求1所述的基于红外成像的烧结点火温度控制系统，其特征在于：所述烧结点火炉通过轨道两侧的点火炉支撑梁固定在导轨上方，所述烧结点火炉设有两排向下方喷射火焰的点火嘴，第一排火嘴连接第一排火嘴煤气支管、第一排火嘴一次风支管、第一排火嘴二次风支管，第二排火嘴连接第二排火嘴煤气支管、第二排火嘴一次风支管、第二排火嘴二次风支管。

3.根据权利要求2所述的基于红外成像的烧结点火温度控制系统，其特征在于：所述烧结点火炉的炉膛顶部设有烧结料面，所述红外成像装置固定在烧结料面上，所述红外成像装置的镜头为广角镜，所述红外成像装置设有两个，一个位于炉膛的前部，另一个位于炉膛的后部，两个所述红外成像装置分别用于采集第一排火嘴喷出的火焰，以及第二排火嘴喷出的火焰。

4.一种基于权利要求1、2或3所述烧结点火温度控制系统的控制方法，其特征在于：

烧结点火炉工作时，红外成像装置实时获取火焰信息，并将采集的火焰图像信息输送至控制器；

控制器将图像信息进行网格化划分区域，并设别出烧结料面所处的高度位置，构成该时间周期内的点火嘴温度场分布信息；

将当前点火嘴温度场分布信息与预设的点火控制要求进行比较；

根据比较结构控制流量阀调节火焰。

5.根据权利要求4所述烧结点火温度控制系统的控制方法，其特征在于：网格化划分区域的网格列数与点火炉宽度方向的点火嘴分组进行对应，独立分析每个点火嘴的火焰，并根据点火嘴的火焰实时调整该点火嘴的煤气流量、一次风流量和二次风流量。

6.根据权利要求5所述烧结点火温度控制系统的控制方法，其特征在于：烧结台车物料料面在进入烧结点火炉前经过压料处理，使烧结台车物料面的表面平整构成烧结料面。

7.根据权利要求4、5或6所述烧结点火温度控制系统的控制方法，其特征在于：

若点火嘴外焰的目标控制温度区域刚好与烧结料面接触或局部区域重叠，则不进行调整；

若点火嘴外焰的目标控制温度区域位于烧结料面的上方不重叠，则增大该点火嘴二次风的流量，同时根据增大的二次风流量按设定的点火温度进行PID细化调整煤气流量，再根据煤气调整的流量根据设定的空煤比调整一次风流量，直至达到点火控制要求；

若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度大于目标控制温度，则减少煤气流量，同时根据煤气流量调整根据设定的空煤比跟进调整一次风流量，再微调二次风，直至达到点火控制要求；

若点火嘴火焰在红外视图中的绝大部分温度低于目标控制温度，则增加煤气流量，同时根据煤气流量调整根据设定的空煤比跟进调整一次风流量，再微调二次风，直至达到点火控制要求。

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