CN115896372B - 一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，应用料面热图像仪和图像识别技术，建立判断规则，判断与识别高炉在生产过程塌料炉况，提醒高炉操作者采取应对措施，避免对高炉稳定顺行产生严重影响。包括：在高炉炉顶安装热像仪建立炉喉料面坐标体系，把高炉炉喉截面划按坐标分成n×m个单元；以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪每间隔一个扫描周期扫描1次料面，读取坐标(x_i，θ_j，k)的单元温度T(x_i，θ_j，k)和料线高度Z(x_i，θ_j，k)，从炉顶热像仪开启第2次扫描开始，每次扫描后计算每个单元下料速度和温度变化幅度，根据下料速度和温度变化幅度判断炉料下降过程是否出现塌料。

Description

一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法。

背景技术

高炉追求的目标是高效、低耗和长寿，保证高炉长期稳定顺行、避免出现异常炉况，或者能够在出现异常炉况初期，及时识别异常炉况征兆、采取正确应对措施，减少异常炉况所带来损失，是达到上述目标的必要条件。当高炉出现悬料、塌料、管道行程等异常炉况时，破坏高炉稳定顺行，容易造成铁水物理热不足、铁水质量差、高炉产能下降、焦比升高，甚至出现风口灌渣、炉缸冻结等严重危害。在高炉异常炉况种类中，塌料是最常出现一种。塌料是炉料在下降过程中，由于料柱中矿石与焦炭的分布不均匀和化学反应速度的不均衡造成的炉内各部位炉料下降速度不同，导致高处料柱向低处垮落，造成料层局部发生塌落的一种现象，如果高炉出现连续塌料会严重影响炉内矿石与高温预热与间接还原的效果，诱使炉缸急剧向凉，对高炉稳定顺行产生严重影响。

目前，高炉操作者依然以多年的经验为主，结合料尺、风压、风量等少数参数，判断高炉生产过程所发生的或可能发生的塌料异常炉况。这种以操作者经验为主的判断方法，其准确程度受操作者经验知识影响，如果发生误判或者判断迟误，都会给高炉产生不必要的损失。

此外，一些高炉应用高炉专家系统或人工智能系统，采用神经元网络和其它算法，结合高炉操作者专家知识判断高炉生产过程出现塌料异常炉况。这种方法属于间接法，无法准确直接判断出高炉生产过程所出现的异常炉况，容易出现漏判，会给高炉产生不必要的损失。

随着热图像和雷达检测技术在高炉上应用，高炉炉顶使用热图像仪在线检测高炉内料面图像，应用图像识别技术建立料面温度场，在料面图像和温度场基础上建立数学模型，模拟计算料面分布形状，能够方便准确地热图像仪视场内整个料面形状的全貌，辅助高炉操作者判断布料制度操作合理性，到目前为止，还没有应用热图像检测技术判断高炉生产过程出现塌料异常炉况的报道。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，应用料面热图像仪和图像识别技术，建立判断规则，判断与识别高炉在生产过程塌料炉况，提醒高炉操作者采取应对措施，避免对高炉稳定顺行产生严重影响。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，包括如下步骤：

步骤1：在高炉炉顶安装热像仪；

步骤2：建立炉喉料面坐标体系，以炉喉截面中心为原点，把炉喉截面积n等份成多个圆环，确定每个圆环径向坐标x_i，i＝1,2,3…n，指定炉喉截面的一个半径为起点，按顺时针方向把炉喉截面圆心角等分成m个扇区，确定每个扇区的圆心角θ_j，j＝1,2,3…m；

步骤3：把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成n×m个单元；

步骤3：把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成n×m个单元；

步骤4：以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪每间隔一个扫描周期扫描1次料面，扫描周期数k＝1,2,3…，读取坐标(x_i，θ_j)每次扫描的单元温度T(x_i，θ_j，k)(℃)和料线高度Z(x_i，θ_j，k)(cm)；

步骤5：从炉顶热像仪开启第2次扫描开始，每次扫描后计算每个单元下料速度v(x_i，θ_j，k)(cm/s)和温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)(℃/s)；

步骤6：根据下料速度v(x_i，θ_j，k)和温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)判断炉料下降过程是否出现塌料。

进一步地，所述的步骤2中，每个圆环径向坐标x_i的计算方法如下：

公式中：x_i，每个圆环径向坐标，cm；

r₀为炉喉半径，cm。

进一步地，所述的步骤5中，下料速度v(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期，单位s。

进一步地，所述的步骤5中，温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期，单位s。

进一步地，所述的步骤6中，判断炉料下降过程是否出现塌料的方法如下：

如果A1＞v(x_i，θ_j，k)≥A2，但ΔT(x_i，θ_j，k)>B1，则认定将会出现塌料异常炉况；如果v(x_i，θ_j，k)≥A1，则直接认定出现塌料异常炉况；

A1、A2为下料速度v(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值和最小值，B1为温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的应用料面热图像仪，实时提取炉内料面下降过程料面图像，利用图像识别技术，把整个料面按等面积划分多个区域，分别提取每个区域图像坐标、每个区域料面温度及特征，建立判断规则，判断与识别高炉在生产过程塌料炉况，提醒高炉操作者采取应对措施，避免对高炉稳定顺行产生严重影响，保证炉况稳定顺行、高炉稳产、高炉长寿，同时有利于实现高炉炉料形状的动态分布控制。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法的炉喉料面坐标体系建立图。

具体实施方式

以下对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，包括如下步骤：

步骤1：在高炉炉顶安装热像仪；

步骤2：建立炉喉料面坐标体系，以炉喉截面中心为原点，把炉喉截面积n等份成多个圆环，确定每个圆环径向坐标x_i，i＝1,2,3…n，指定炉喉截面的一个半径为起点，按顺时针方向把炉喉截面圆心角等分成m个扇区，确定每个扇区的圆心角θ_j，j＝1,2,3…m；

步骤3：把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成n×m个单元；

每个圆环径向坐标x_i的计算方法如下：

公式中：x_i，每个圆环径向坐标，cm；

r₀为炉喉半径，cm。

步骤3：把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成n×m个单元；

步骤4：以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪每间隔一个扫描周期扫描1次料面，扫描周期数k＝1,2,3…，读取坐标(x_i，θ_j)每次扫描的单元温度T(x_i，θ_j，k)(℃)和料线高度Z(x_i，θ_j，k)(cm)；

步骤5：从炉顶热像仪开启第2次扫描开始，每次扫描后计算每个单元下料速度v(x_i，θ_j，k)(cm/s)和温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)(℃/s)；

下料速度v(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期。

温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期。

步骤6：根据下料速度v(x_i，θ_j，k)和温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)判断炉料下降过程是否出现塌料。判断炉料下降过程是否出现塌料的方法如下：

如果A1＞v(x_i，θ_j，k)≥A2，但ΔT(x_i，θ_j，k)>B1，则认定将会出现塌料异常炉况；如果v(x_i，θ_j，k)≥A1，则直接认定出现塌料异常炉况；

A1、A2为下料速度v(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值和最小值，B1为温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值。

具体设置可以为：判断炉料下降过程是否出现塌料，如果10cm/s＞v(x_i+1,θ_j+1,k+1)≥6.7cm/s，但是ΔT(x_i+1,θ_j+1,k+1)>3.3℃/s，则可以认定将会出现塌料异常炉况；如果v(x_i+1,θ_j+1,k+1)≥10cm/s，则可以直接认定将会出现塌料异常炉况。

最佳实施方式一：

适用于炉喉直径为840cm的高炉。

(1)建立炉喉料面坐标体系，如图1所示，把炉喉截面积11等份，每个圆环径向坐标(x_i)计算方法如下：

每个圆环x₁,x₂,x₃,...x₁₁径向坐标分别为420cm，400cm，380cm，358cm，335cm，310cm，283cm，253cm，219cm，179cm，127cm。

(2)以炉喉中心为起点，按顺时针方向把炉喉圆心角等分成8个扇区(θ_j)，

每个扇区圆心角θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇，θ₈分别为，0°，45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°。

(3)把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成88个单元。

(4)以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪扫描第2次和3次料面，k＝2，3，读取(400，45，k)单元料线高度分别为150cm和300cm。

(5)计算(400，45，3)单元下料速度v(400，45，3)(cm/s)

(6)判断炉料下降过程是否出现塌料，v(400，45，3)＝10cm/s，则可以认定(400，45，3)单元将会出现塌料异常炉况。

最佳实施方式二：

适用于炉喉直径为900cm的高炉。

(1)建立炉喉料面坐标体系，如图1所示，把炉喉截面积11等份，每个圆环径向坐标(x_i)计算方法如下：

每个圆环x₁,x₂,x₃,...x₁₁径向坐标分别为450cm，429cm，407cm，384cm，359cm，332cm，303cm，271cm，235cm，192cm，136cm。

(2)以炉喉中心为起点，按顺时针方向把炉喉圆心角等分成8个扇区(θ_j)，

每个扇区圆心角θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇，θ₈分别为，0°，45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°。

(3)把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成88个单元。

(4)以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪扫描第3次和4次料面，k＝3，4，读取(450，135，k)单元料线高度分别为150cm和250cm；进过图像识别该单元料面温度分别为150℃和215℃。

(5)计算(450，135，4)单元下料速度v(450，135，4)(cm/s)和温度上升幅度ΔT(450，135，4)(℃/s)

(6)判断炉料下降过程是否出现塌料，v(450，135，4)＝6.7cm/s，ΔT(450，135，4)＝4.3(℃/s)，则可以认定(450，135，4)单元将会出现塌料异常炉况。

本发明的应用料面热图像仪，实时提取炉内料面下降过程料面图像，利用图像识别技术，把整个料面按等面积划分多个区域，分别提取每个区域图像坐标、每个区域料面温度及特征，建立判断规则，判断与识别高炉在生产过程塌料炉况，提醒高炉操作者采取应对措施，避免对高炉稳定顺行产生严重影响，保证炉况稳定顺行、高炉稳产、高炉长寿，同时有利于实现高炉炉料形状的动态分布控制。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (4)

1.一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在高炉炉顶安装热像仪；

步骤2：建立炉喉料面坐标体系，以炉喉截面中心为零点，把炉喉截面积n等份成多个圆环，确定每个圆环径向坐标x_i，i＝1,2,3…n，指定炉喉截面的一个半径为起点，按顺时针方向把炉喉截面圆心角等分成m个扇区，确定每个扇区的圆心角θ_j，j＝1,2,3…m；

步骤3：把高炉炉喉截面划按(x_i，θ_j)坐标分成n×m个单元；

步骤4：以炉顶料流阀关闭作为起始，以炉顶料流阀开启布下一批炉料作为终止，炉顶热像仪每间隔一个扫描周期扫描1次料面，扫描周期数k＝1,2,3…，读取坐标(x_i，θ_j)每次扫描的单元温度T(x_i，θ_j，k)，单位℃，以及料线高度Z(x_i，θ_j，k)，单位cm；

步骤5：从炉顶热像仪开启第2次扫描开始，每次扫描后计算每个单元下料速度v(x_i，θ_j，k)，单位cm/s，以及温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)，单位℃/s；

步骤6：根据下料速度v(x_i，θ_j，k)和温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)判断炉料下降过程是否出现塌料；

判断炉料下降过程是否出现塌料的方法如下：

如果A1＞v(x_i，θ_j，k)≥A2，但ΔT(x_i，θ_j，k)>B1，则认定将会出现塌料异常炉况；如果v(x_i，θ_j，k)≥A1，则直接认定出现塌料异常炉况；

A1、A2为下料速度v(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值和最小值，B1为温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)的设定阈值的最大值。

2.根据权利要求1所述的一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，其特征在于，所述的步骤2中，每个圆环径向坐标x_i的计算方法如下：

公式中：x_i，每个圆环径向坐标，cm；

r₀为炉喉半径，cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，其特征在于，所述的步骤5中，下料速度v(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期，单位s。

4.根据权利要求1所述的一种基于料面热图像识别高炉塌料炉况的方法，其特征在于，所述的步骤5中，温度变化幅度ΔT(x_i，θ_j，k)计算方法如下：

i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…m；k＝2,3…，t为采样周期，单位s。