一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法
【專利摘要】本發明公開了一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法，該方法針對氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程，以冶煉過程中發生的噴濺為研究對象，在深入分析冶煉過程噴濺發生機理的基礎上，利用噴濺時爐內振動信號、音頻信號、火焰圖像信號作為表征噴濺的特征信號，采用多傳感器信息融合技術，對爐內振動信號、音頻信號、火焰圖像信號進行融合處理，進而重構噴濺信號，該方法較準確的預報了氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺的發生，提高了合金的收得率，并保證了生產安全。
【專利說明】一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法。
【背景技術】
[0002]氬氧精煉生產過程噴濺成因分析
[0003]分析氬氧精煉噴濺成因，通過內部化學反應機理及反應特征得出，由于熔池內碳氧反應不均衡，瞬時產生大量的CO氣體，當CO氣體積集到較大能量后，就會挾帶著一定量的鐵水和熔渣從爐口噴出產生噴濺。氬氧精煉煉鋼過程中，脫碳主要集中在以下兩種反應，碳與所供氧氣的直接反應1:C+0 — CO ;碳與氧化亞鐵的間接反應2:C+Fe0=C0+Fe，前者為放熱反應，后者為吸熱反應，其反應速率受供氧量、冶煉熔池內碳含量、CO含量、洛中(FeO)含量和溫度的共同影響。在冶煉過程中，如果對供氧量、爐內的CO含量以及溫度控制不當，熔池驟然受到影響，導致間接反應C與FeO不能充分反應，爐渣中FeO將累計過度，當間接反應2條件滿足時，就會瞬間產生大量的CO氣體，當CO氣體積集到較大能量后，就會從爐口噴出，同時還挾帶著一定量的鐵水和熔渣形成噴濺；冶煉中期溫度升高(一般在1470°C以上)，熔池內(FeO)累積到20%或更高時，爐內化學反應加快、渣液泡沫化程度較高和渣層較厚，導致CO逸出困難，此時更易發生噴濺，這些特征為研究噴濺預報技術提供了可能。同樣，在轉爐和AOD爐精煉低碳鉻鐵合金過程中，鉻鐵合金熔體內及其熔體液面也會發生3個化學反應，即化學反應1:C+0 — CO丨；化學反應2:2Cr+30 — Cr2O3 ;化學反應3:3C+Cr203 - 2Cr+3C0丨。其反應過程和上述的煉鋼過程極其相似，過高的渣夜泡沫化和渣液厚度過高將導致CO逸出困難，導致噴濺的發生。不同的是在鉻鐵合金冶煉過程中，由于比煉鋼溫度高(最高可達到1860°C)，爐容比又小，熔體碳含量大(wt.%大于8%)，而且鉻比鐵容易被氧化，因而Cr2O3更容易積累，導致冶冶煉鐵合金的噴濺發生率高于煉鋼。
[0004]氬氧精煉生產過程噴濺預報【背景技術】
[0005]中國鋼鐵研究總院提出的氣體分析方法為解決噴濺問題提供了一條途徑，并在韓國浦項和日本新日鐵進行了應用研究，預報準確率達到了 81%，但由于分析的實時性較差，目前僅用作噴濺發生時及事后分析原因，不能實現自動控制，而且成本較高，當爐體容量小于20噸時，爐氣分析設備成本將大大高于冶煉設備，使該方法難以實現工程應用。國內利用已經成熟的聲納化渣技術，實現對爐渣的在線檢測，取得了一定的效果，但這種方法的干擾大，實時性不好。為了減少前期噴濺，山東濟鋼采取了減少礦石加入量，改變礦石加入時間及改變氧槍操作方式的方法，但是效果不好， 因為加料時間和加入量是靠經驗決定的。本溪鋼鐵廠利用音頻控渣系統及光標跟蹤收集的現場數據進行線性回歸分析噴濺的原因和預防噴濺的發生，這種方法雖然比聲納法和加料法有巨大的優勢，但它們也有問題，設備和操作過于復雜。而音頻分析方法由于冶煉現場環境干擾十分嚴重且干擾源各不相同，導致分析精度不高且隨環境變化而變化，具有較大的不確定性，況且，該方法在檢測到信號時噴濺已經輕微發生，給后續壓噴帶來實效方面的困難，不能從根本上控制噴濺發生。美國的Ispat Inland鋼鐵廠和捷克的Trinecke zelezarng鋼鐵廠轉爐車間采用數學模型來預測噴濺，然后通過調整工藝和加料方法來預防噴濺，該方法主要特點在于冶煉前離線收集冶煉工藝數據，通過模型進行分析噴濺的可能性，而無需冶煉時在線采集實時信息，可以避免爐氣分析的成本過高和音頻分析干擾難以濾除等困難，但該方法對物料來源及成分變化較大的企業難以適用。因此，開展氬氧精煉生產過程噴濺預報及控制方面的研究對提高我國冶金自動化裝備水平具有重要意義。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法，該方法針對氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程，以冶煉過程中發生的噴濺為研究對象，在深入分析冶煉過程噴濺發生機理的基礎上，利用噴濺時爐內振動信號、音頻信號、火焰圖像信號作為表征噴濺的特征信號，采用多傳感器信息融合技術，對爐內振動信號、音頻信號、火焰圖像信號進行融合處理，進而重構噴濺信號，該方法較準確的預報了氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺的發生，提高了合金的收得率，并保證了生產安全。
[0007]本發明之方法包括以下步驟:
[0008]一、信息的采集:
[0009]采用第一振動傳感器、第二振動傳感器、超指向麥克風、紅外攝像頭分別對氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程與噴濺有關的振動信號、音頻信號、火焰圖像信號進行采集；將第一振動傳感器安裝在AOD爐高壓冷卻水入口管路上，測取噴濺引起的振動信號，第二振動傳感器安裝在AOD爐供氣管路上，分析并剔除供氣管路引起的振動干擾，經過第二信號處理箱處理后，傳輸至多功能采集卡；超指向麥克風采集爐內音頻信號，經過第一信號處理箱處理后，傳輸到多功能采集卡；三路信號經過多功能采集卡轉換后，送給工控機進行進一步處理；采用紅外攝像頭采集爐內火焰圖像信號，傳輸到硬盤錄像機后，再通過多功能采集卡傳送到工控機，對采集到的圖像進行切割分析與平滑處理；最后將采集的振動信號、音頻信號和火焰圖像信號數據樣本集進行加權融合處理，在基于Labview的噴濺監測系統界面上，顯示噴濺狀態。
[0010]二、對采集的振動信號、音頻信號、火焰信號進行處理:
[0011]對采集的高壓冷卻水入口管路振動信號，通過頻域分析得出噴濺時刻振動信號頻率值，確定所關注的頻率帶，并對這個頻帶內的振動信號作小波去噪，分解重構，并對振動信號做標準化處理；
[0012]對采集的音頻信號通過頻域分析得出噴濺時刻音頻信號頻率值，確定所關注的頻率帶，并對這個頻帶內的音頻信號作小波去噪，分解重構，并對音頻信號做標準化處理；
[0013]對采集的火焰圖像信號進行去噪處理、圖像增強處理、圖像邊緣檢測處理、提取特征參數，并對火焰圖像信號做標準化處理；
[0014]三、數據的綜合融合及重構:
[0015]首先計算振動信號、音頻信號和火焰圖像信號被支持的綜合程度，程度越高則傳感器數據越重要；然后根據振動信號、音頻信號和火焰圖像信號數據的重要程度對其數據進行綜合融合，重構噴濺信號，給出最終判斷結果；
[0016]( I)、各傳感器數據的綜合支持程度計算
[0017]采用橢圓曲線確定傳感器之間的相互支持程度，即
【權利要求】
1.一種氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程噴濺預報方法，該方法包括以下步驟: 一、信息的米集:采用第一振動傳感器、第二振動傳感器、超指向麥克風、紅外攝像頭分別對氬氧精煉低碳鉻鐵生產過程與噴濺有關的振動信號、音頻信號、火焰圖像信號進行采集；將第一振動傳感器安裝在AOD爐高壓冷卻水入口管路上，測取噴濺引起的振動信號，第二振動傳感器安裝在AOD爐供氣管路上，分析并剔除供氣管路引起的振動干擾，經過第二信號處理箱處理后，傳輸至多功能采集卡；超指向麥克風采集爐內音頻信號，經過第一信號處理箱處理后，傳輸到多功能采集卡；三路信號經過多功能采集卡轉換后，送給工控機進行進一步處理；采用紅外攝像頭采集爐內火焰圖像信號，傳輸到硬盤錄像機后，再通過多功能采集卡傳送到工控機，對采集到的圖像進行切割分析與平滑處理；最后將采集的振動信號、音頻信號和火焰圖像信號數據樣本集進行加權融合處理，在基于Labview的噴濺監測系統界面上，顯示噴濺狀態； 二、對采集的振動信號、音頻信號和火焰信號進行處理: 對采集的高壓冷卻水入口管路振動信號，通過頻域分析得出噴濺時刻振動信號頻率值，確定所關注的頻率帶，并對這個頻帶內的振動信號作小波去噪，分解重構，并對振動信號做標準化處理； 對采集的音頻信號通過頻域分析得出噴濺時刻音頻信號頻率值，確定所關注的頻率帶，并對這個頻帶內的音頻信號作小波去噪，分解重構，并對音頻信號做標準化處理； 對采集的火焰圖像信號進行去噪處理、圖像增強處理、圖像邊緣檢測處理、提取特征參數，并對火焰圖像信號做標準化處理； 三、數據的綜合融合及重構: 首先計算振動信號、音頻信號和火焰圖像信號被支持的綜合程度，程度越高則傳感器數據越重要；然后根據振動信號、音頻信號和火焰圖像信號數據的重要程度對其數據進行綜合融合，重構噴濺信號，給出最終判斷結果； (I )、各傳感器數據的綜合支持程度計算 采用橢圓曲線確定傳感器之間的相互支持程度，即
【文檔編號】C21C7/068GK103468876SQ201310449621
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月28日 優先權日:2013年9月28日
【發明者】馬海濤, 尤文, 韓順杰, 郭鳳濤 申請人:長春工業大學