CN115612765B - 一种高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统，开口机前进，实时获取开口机图像及铁口处图像；实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析；实时检测开口深度，并将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，进一步结合铁口状态进行分析；铁口打通瞬间，输出开口机退钻信号，并记录本次实际铁口深度；获取本次堵口打泥量，及本次实际铁口深度，预测下一次开口深度。本发明涉及高炉炼铁技术领域。该高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统，能够实时准确的获取开铁口深度，为工作人员提供可视化数据参考，能够有效避免开铁口过浅或过深，减少钻头与铁水接触时长，有利于延长钻头使用寿命，降低加工成本。

Description

一种高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，具体为一种高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统。

背景技术

高炉炼铁过程中，需要使用开口机打通铁口，铁口的开口深度直接影响出铁口质量，出铁口深度过浅导致高炉出渣铁不好，憋渣铁炉况失常，甚至会导致铁水跑大流的安全事故；出铁口过深一是浪费炮泥消耗增加炼铁成本，二是钻杆在铁口内停留时间久，容易造成钻头受损，增加钻头更换次数，增加成本。

目前的开铁口深度在线检测方法虽然能够通过图像处理的方式获取开铁口深度，但是难以准确判断铁口是否打通，难以根据实际情况获取到准确的铁口打通深度，可能会导致铁口开口深度过浅或过深，进一步会影响开口机进钻和退钻时间。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，解决了现有的检测方法难以自行判断铁口是否打通，难以获取到准确的铁口打通深度，可能会导致铁口开口深度过浅或过深的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，具体包括以下步骤：

开口机前进，实时获取开口机图像及铁口处图像；

实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析；

实时检测开口深度，并将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，进一步结合铁口状态进行分析；

铁口打通瞬间，输出开口机退钻信号，并记录本次实际铁口深度；

获取本次堵口打泥量，及本次实际铁口深度，预测下一次开口深度。

可选的，所述实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析，具体包括：

在开铁口过程中检测铁口处实时图像内不同区域烟雾的浓度，进一步检测铁水飞溅面积在整体图像中的占比，从而判断铁口是否打通；当铁口周围15-20cm范围内的烟雾浓度值，在2S内由均值提高至均值的2-4倍，且铁水飞溅面积占整图面积的20-25%时，说明铁口打通。

可选的，所述实时检测开口深度，具体包括：

设定开口机初始坐标；

对开口机图像进行预处理得到放缩图像数据；

将放缩图像数据输入坐标检测模型得到开口机坐标；

根据开口机坐标计算开口机基于放缩图像下的位移，进一步按照换算比例转换得到开口机实际移动距离，即高炉铁口的开口深度。

可选的，所述将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，并结合铁口状态进行分析，具体包括：

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值小于或等于设定阈值时，向开口机控制系统发出调速信号，降低开口机运行速度，进一步结合铁口状态判断铁口是否打通；

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值大于设定阈值时，结合铁口状态判断铁口是否打通；

若铁口打通，直接向开口机控制系统发出退钻信号。

可选的，所述预测下一次开口深度，具体为：

结合前20-30次堵铁口打泥量及实际开口深度数据进行数据拟合，从而预测出下一次开铁口深度，每次开铁口工作结束后，本系统将自动更新用于预测开口深度的数据，摒弃时间最久的一组打泥量及铁口深度数据。

第二方面，本发明提供一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，所述系统用于实现高炉开铁口状态实时检测控制方法，包括：

铁口状态检测设备，用于获取铁口位置的实时图像；

开口深度检测相机，用于获取开铁口过程中检测目标的图像，且该相机采用偏振智能相机；

数据处理及决策系统，用于处理数据信息，并发出控制指令。

可选的，所述铁口状态检测设备包括：

烟雾检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处图像；

铁水检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处的偏振图像，得到铁口打通时飞溅铁水的图像，该相机采用偏振智能相机。

可选的，所数据处理及决策系统包括：

铁口状态实时检测模块，用于分析铁口实时状态，作为判断铁口是否打通的依据，铁口实时状态包括烟雾浓度及铁水飞溅面积在整张图像中的占比；

铁口深度实时检测模块，用于计算开口机实时开口深度；

打泥量获取模块，用于获取前次打泥量数据；

实际开口深度获取模块，用于获取本次实际铁口深度数据；

开口深度预测模型，用于预测下次铁口深度；

控制决策系统，用于判断铁口是否打通，及向开口机控制系统发出控制信号。

（三）有益效果

本发明提供了一种高炉开铁口状态实时检测控制方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

（1）、该高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统，能够实时准确的获取开铁口深度，为工作人员提供可视化数据参考，另外，本发明只需少量硬件设备就能实现开口机工作状态的数据捕捉，非接触式的检测模式使工作更加便捷，不仅设备的部署难度大幅降低，而且设备使用寿命也有很大的提升，更利于后期设备维护升级。

（2）、该高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统，在获取开口深度的同时，结合铁口打通状态判断，准确获取铁口打通时的开口深度，在铁口未打通时，开口机持续进钻，保证铁口打通，铁水顺利流出，避免开铁口深度过浅，在铁口打通瞬间可将信号传递到开口机控制系统，使开口机及时退钻，避免开口过深，减少铁口打通后钻头在铁水内停留时间，有利于延长钻头使用寿命，降低加工成本。

（3）、该高炉开铁口状态实时检测控制方法及系统，能够预测下一次铁口深度，在开铁口时，当实际开口深度快到预测铁口深度时，控制开口机降速，避免因进钻过快而导致退钻不及时，进一步防止开口过深。

附图说明

图1为本发明中高炉开铁口状态实时检测控制方法的流程图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明系统的示意框图；

图4为本发明铁口深度实时检测模块示意框图；

图5为本发明铁口打通瞬间铁口处烟雾浓度与烟雾浓度均值关系示意图；

图6为本发明中坐标检测模型的网络结构图；

图7为本发明未采用实施例2构建的模型时的运行结果图；

图8为本发明采用实施例2构建的模型后的运行结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，如图1，包括以下步骤：

开口机前进，实时获取开口机图像及铁口处图像；

实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析；

实时检测开口深度，并将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，进一步结合铁口状态进行分析；

铁口打通瞬间，输出开口机退钻信号，并记录本次实际铁口深度；

获取本次堵口打泥量，及本次实际铁口深度，预测下一次开口深度。

本实施例中，实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析，具体包括：

在开铁口过程中检测铁口处实时图像内不同区域烟雾的浓度，进一步检测铁水飞溅面积在整体图像中的占比，从而判断铁口是否打通；如图5，铁口周围烟雾浓度与烟雾浓度均值的对比示意图，当铁口周围15cm范围内的烟雾浓度值，在2S内由均值提高至均值的3倍或以上时，且铁水飞溅面积占整图面积的20%以上时，说明铁口打通，铁水飞溅面积包括铁水流及飞溅点总面积。

烟雾浓度均值采用深度学习模型，通过学习烟雾检测相机采集的开铁口前作业现场图像数据获取。

本实施例中，实时检测开口深度，具体包括：

设定开口机初始坐标，初始坐标为开口机开始运作钻孔时的坐标，由于开铁口位置一般是固定的，因此可自定义设置开口机的初始坐标，当开口机进场移动至该初始坐标位置时，钻头开始转动钻孔，因此该初始坐标的设定只需保证当开口机运动至该位置时，钻头还未进入铁口即可；

对开口机图像进行预处理得到放缩图像数据；

将放缩图像数据输入坐标检测模型得到开口机坐标；

根据开口机坐标计算开口机基于放缩图像下的位移，进一步按照换算比例转换得到开口机实际移动距离，即高炉铁口的开口深度，开口机在原始图像中的移动距离和开口机实际运动距离的换算比例为300像素：1米。

本实施例中，将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，并结合铁口状态进行分析，具体包括：

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值小于或等于设定阈值时，说明铁口可能即将打通，向开口机控制系统发出调速信号，降低开口机运行速度，进一步结合铁口状态判断铁口是否打通，在铁口即将打通时，降低开口机开口速度，有利于在铁口打通瞬间及时退钻，避免因进钻速度过快造成开口过深；

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值大于设定阈值时，结合铁口状态判断铁口是否打通；

若铁口打通，直接向开口机控制系统发出退钻信号，其中，设定阈值为铁口预测深度的3%，当铁口预测深度数据得出后，自动设定阈值。

本实施例中，预测下一次开口深度，具体为：

结合前30次堵铁口打泥量及实际开口深度数据进行数据拟合，从而预测出下一次开铁口深度。

实施例2

如图1，本实施例提供了一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，该系统用于实现高炉开铁口状态实时检测控制方法，如图2，该系统可与外部信息显示单元及开口机控制系统建立连接，且可直接获取泥炮机打泥量，该系统包括：

铁口状态检测设备，用于获取铁口位置的实时图像；

开口深度检测相机，用于获取开口机运行时的图像，该相机采用偏振智能相机；

数据处理及决策系统，用于处理数据信息，并发出控制指令。

本实施例中，如图2，铁口状态检测设备包括：

烟雾检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处图像；

铁水检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处的偏振图像，该相机采用偏振智能相机。

偏振智能相机能够在高炉炼铁的温度高、粉尘多及铁口打通瞬间亮度强的恶劣环境中获取到清晰的飞溅铁水及检测目标图像，从而有利于提高检测结果的准确性。

本实施例中，如图3，数据处理及决策系统包括：

铁口状态实时检测模块，用于分析铁口实时状态，作为判断铁口是否打通的依据；

铁口深度实时检测模块，用于计算开口机实时开口深度，该模块能够直接输出开口深度结果到外部信息显示系统，开口深度结果包括开口机从初始坐标位置开始的运行状态、前进距离和运行时间；

打泥量获取模块，用于获取前次打泥量数据；

实际开口深度获取模块，用于获取本次实际铁口深度数据；

开口深度预测模型，用于预测下次铁口深度；

控制决策系统，用于判断铁口是否打通，及向开口机控制系统发出控制信号。

本实施例中，如图4，铁口深度实时检测模块包括：

图像预处理模块，用于对原始图像数据进行预处理，获取放缩图像数据，其中，检测目标可为开口机上随钻头钻杆一起运动的某一零件或标记点，该检测目标的选择只需保证在开铁口过程中开口深度检测相机能够获取到检测目标图像即可（不会进入铁口、不会被其他物体遮盖），由于开口深度检测相机采用的偏振智能相机，因此选区检测目标时可无视作业环境中的烟尘；

检测目标坐标检测模块，其根据放缩图像数据信息，输出检测目标基于放缩图像下的坐标数据，并将该坐标数据按照放缩比例还原成检测目标基于原始图像下的坐标数据；

开口深度计算模块，其结合开口机初始坐标及铁口打通时开口机基于原始图像下的坐标计算检测目标在原始图像中的移动距离，并按照检测目标在原始图像中的移动距离和检测目标实际运动距离之间的换算比例转换成开口机实际移动距离。

本实施例中，开口机开铁口方向为X轴，检测目标在原始图像中的移动距离

；

其中，

表示铁口打通瞬间检测目标中心点的X轴坐标；

表示开口机初始状态检测目标中心点的X轴坐标。

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上，本实施例进行具体实施和参数的说明，具体如下：

本实施例先进行设备安装和设备初始化设定，即安装相机和装有数据处理及决策系统的电脑主机，并将该电脑主机与外部信息显示单元及开口机控制系统建立连接，以便工作人员能够实时查看开口深度，并且使系统能够在铁口即将打通时向开口机控制系统发送降速信号，或在铁口打通瞬间向开口机控制系统发送退钻信号。

本实施例中，开口深度实时检测模块中集成有坐标检测模型算法，构建该算法时，如图6，为缩短单帧图片的处理时长，优选的经过以下步骤：

步骤1：输入数据先经过一个卷积操作，再批归一化，最后通过激活函数，组合成模块A结构；

步骤2：输入数据经过两次模块A处理，再和原始输入相加，组合成模块B结构；

步骤3：基于上述单元模块再组合成模块C和模块D；

步骤4：基于模块C和模块D，构建成坐标检测模型。

经实验获知，如图7，在采用本实施例构建的模型之前，本发明系统对单帧图片的处理时长一般在0.2s-0.3s之间，如图8，采用本实施例构建的模型之后，本发明系统对单帧图片的处理时长一般在0.05s-0.07s之间。

由上述实验结果可得，本实施例采用的坐标检测网络模型算法能够有效缩短铁口深度实时检测模块对检测目标图像处理时单帧图片的处理时长，从而提高了图像处理速度。

本发明可实时获取开口机前进距离，并实时检测铁口状态，能够在铁口打通瞬间获取到精确的铁口深度，且能够获取到准确的铁口打通时间点，及时发出退钻信号，避免开口过深，避免钻头入罐过深，有利于延长开口机钻头的使用寿命，另外，本发明中采用偏振智能相机获取作业现场铁水飞溅及检测目标图像，能够降低环境中扬尘、烟雾等对成像效果的影响，从而有利于后续进行图像分析，提高了检测结果的准确性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

开口机前进，实时获取开口机图像及铁口处图像；

实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析；

实时检测开口深度，并将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，进一步结合铁口状态进行分析，具体包括：

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值小于或等于设定阈值时，向开口机控制系统发出调速信号，降低开口机运行速度，进一步结合铁口状态判断铁口是否打通；

当开口机实际开口深度与预测开口深度之间的差值大于设定阈值时，结合铁口状态判断铁口是否打通；

铁口打通瞬间，输出开口机退钻信号，并记录本次实际铁口深度；

获取本次堵口打泥量，及本次实际铁口深度，预测下一次开口深度。

2.根据权利要求1所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，所述实时检测铁口状态，并对铁口状态的检测结果进行分析，具体包括：

在开铁口过程中检测铁口处实时图像内不同区域烟雾的浓度，进一步检测铁水飞溅面积在整体图像中的占比，从而判断铁口是否打通。

3.根据权利要求1所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，所述实时检测开口深度，具体包括：

设定开口机初始坐标；

对开口机图像进行预处理得到放缩图像数据；

将放缩图像数据输入坐标检测模型得到开口机坐标；

根据开口机坐标计算开口机基于放缩图像下的位移，进一步按照换算比例转换得到开口机实际移动距离，即高炉铁口的开口深度。

4.根据权利要求1所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，在将实时开口深度与预测开口深度的差值和设定的阈值进行对比，并结合铁口状态进行分析时，若铁口打通，直接向开口机控制系统发出退钻信号。

5.根据权利要求4所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，所述阈值为铁口预测深度的2％-3％。

6.根据权利要求1所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，所述预测下一次开口深度，具体为：

结合前20-30次堵铁口打泥量及实际开口深度数据进行数据拟合，从而预测出下一次开铁口深度。

7.一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，所述系统用于实现如权利要求1-6任意一项所述的高炉开铁口状态实时检测控制方法，其特征在于，包括：

铁口状态检测设备，用于获取铁口位置的实时图像；

开口深度检测相机，用于获取开铁口过程中检测目标的图像；

数据处理及决策系统，用于处理数据信息，并发出控制指令。

8.根据权利要求7所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，其特征在于，所述铁口状态检测设备包括：

烟雾检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处图像；

铁水检测相机，用于采集开口机作业现场铁口处的偏振图像，得到铁口打通时飞溅铁水的图像，该相机采用偏振智能相机。

9.根据权利要求7所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，其特征在于：所述开口深度检测相机采用偏振智能相机。

10.根据权利要求7所述的一种高炉开铁口状态实时检测控制系统，其特征在于：所述数据处理及决策系统包括：

铁口状态实时检测模块，用于分析铁口实时状态，作为判断铁口是否打通的依据；

铁口深度实时检测模块，用于计算开口机实时开口深度；

打泥量获取模块，用于获取前次打泥量数据；

实际开口深度获取模块，用于获取本次实际铁口深度数据；

开口深度预测模型，用于预测下次铁口深度；

控制决策系统，用于判断铁口是否打通，及向开口机控制系统发出控制信号。

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