基于煤气流分布信息的高炉炉况监测系统关键技术研究

【摘要】：高炉炼铁是钢铁工业生产中的主要炼铁方式，而高炉作为炼铁的关键设备，其内部的生产过程是一个高温、高压、密闭条件下的物理、化学、动力学的复杂过程，涉及到固、液、气三态物质的交互作用，是一个多变量、非线性的冶炼系统，因此，实时掌控高炉炉内生产状况对保证高炉炼铁的安全、环保、高效生产具有重大意义。然而，在很长一段时间内，高炉炼铁生产过程都是一个黑匣子，高炉作业者依据各种传感器获取到的炉内参数调整操作制度，而传感器采集的非独立性、非实时性大大影响高炉作业者对炉况掌控的精确度；此外，在现有的引入计算机应用的高炉智能化技术研究中，对高炉生产的监控缺乏成套的技术方案。针对上述存在的问题，本文基于高炉内煤气流分布信息，采用红外激光照明、热电制冷、图像处理和单片机控制等技术设计高炉炉况监测系统，分析系统研究中的关键技术。 从炉内耐高温光纤照明、CCD摄像机冷却控温、高炉料面图像采集与数据传输、高炉料面图像处理与炉况识别、安全报警等几方面，分析了高炉炉况监测系统设计中的关键技术。第一，采用红外激光技术研制耐高温光纤照明系统，选用808nm红外激光器，设计功率和焦距调节控制器，完成Tracepro建模仿真和光谱、照度、光强分析，以及模拟测试，结果显示照明指数成功达标；第二，基于热电制冷器设计CCD摄像机冷却系统，采用半导体热电制冷器作为冷却源，利用数字温度传感器和PWM技术实现自动控温，保持CCD摄像机维持在恒温状态持久稳定地工作；第三，研制高炉料面图像采集和数据传输系统，CCD摄像机采集炉内料面红外图像，经视频传输线传至外部监控室内计算机上的视频采集卡，数字温度传感器采集CCD摄像机工作温度、电接点压力表采集炉顶氮气压力和冷却水压力，上位机将采集到的数据压缩打包后经RS485传输线传至外部监控室；第四，基于数字图像处理技术设计炉况识别系统，提取视频信息中的帧静态图像，进行滤波去噪、锐化增强图像预处理后，采用OTSU阈值分割算法和局部统计特征识别算法进行炉况识别；第五，设计温度和压力报警装置检测CCD摄像机工作温度和氮气、冷却水压力值，通过单片机控制实现自动报警，为高炉生产的安全性提供保障，最后完成了高炉炉况监测系统数学模型构建。高炉炉况监测系统具有非接触、低成本、易维护、实时性的特点，具有广泛的工业应用前景。 【关键词】：高炉炼铁 红外激光照明 热电制冷器 OTSU阈值分割 局部统计特征识别
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景与目的9-10
• 1.2 国内外研究现状与发展前景10-12
• 1.3 主要研究内容及论文构成12-14
• 第二章 高炉生产工艺与炉况监测系统设计14-19
• 2.1 高炉生产工艺14-15
• 2.2 高炉炉况监测系统设计要求15-16
• 2.3 高炉炉况监测系统总体结构和工艺路线16-17
• 2.4 高炉炉况监测系统设计中的关键技术17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 耐高温光纤照明系统19-27
• 3.1 耐高温光纤照明系统硬件构成19-21
• 3.2 耐高温光纤照明系统软件测试与仿真21-26
• 3.3 耐高温光纤照明系统模拟测试26
• 3.4 本章小结26-27
• 第四章 基于热电制冷器的红外摄像机冷却系统27-33
• 4.1 CCD 摄像机冷却原理概述27-28
• 4.2 CCD 摄像机冷却系统控制方法28-29
• 4.3 测试结果和分析29-31
• 4.4 本章小结31-33
• 第五章 高炉料面图像采集与数据传输系统33-42
• 5.1 系统设计33-34
• 5.2 料面图像采集与传输34-37
• 5.3 环境参数检测37-41
• 5.4 本章小结41-42
• 第六章 高炉料面图像处理和炉况识别系统42-57
• 6.1 高炉炉况分析42-44
• 6.2 高炉料面图像处理与炉况识别的步骤44-45
• 6.3 算法原理和关键技术45-52
• 6.4 高炉料面图像处理与炉况识别52-56
• 6.5 本章小结56-57
• 第七章 温度和压力自动报警装置57-64
• 7.1 温度和压力自动报警装置总体设计57
• 7.2 报警装置硬件设计57-61
• 7.3 报警装置软件设计61-62
• 7.4 本章小结62-64
• 第八章 高炉炉况监测系统建模探究64-68
• 8.1 模型简化64
• 8.2 高炉建模64-67
• 8.3 本章小结67-68
• 第九章 结论与展望68-71
• 9.1 结论68-69
• 9.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 申请硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文75

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