權(quán)利要求

1.用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 多臺熱成像單元，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)； 成像測距單元，用于采集可見光圖像和熱像儀圖像，采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包殘留渣鋼質(zhì)量、出鋼后液渣溫度、鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 質(zhì)量單元，用于采集出鋼過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)； 終端數(shù)據(jù)處理及控制單元，與以上部件連接并控制調(diào)整運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識別并存儲鋼包動態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述多臺熱成像單元包括結(jié)構(gòu)相同的第一熱成像單元和第二熱成像單元，結(jié)構(gòu)為： 第一/第二紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)； 第一/第二云臺，其上設(shè)置有第一/第二紅外熱像儀； 第一/第二滑臺，設(shè)置于所述第一/第二云臺下部。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述成像測距單元包括： 高清工業(yè)相機，用于采集可見光圖像，確定鋼包到達/離開情況； 第三紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像，并采集鋼包內(nèi)襯溫度、出鋼后液渣溫度； 激光測距掃描儀，用于鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 第三云臺，其上設(shè)置有所述高清工業(yè)相機、第三紅外熱像儀以及激光測距掃描儀； 第三滑臺，設(shè)置于所述第三云臺下部。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別鋼包包括：確定鋼包到達/離開情況以及識別鋼包編號。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別鋼包編號的方法如下： 通過成像測距單元采集第一可見光圖像和第一熱像儀圖像，對二者進行融合形成第一融合圖像； 從所述第一融合圖像中切割出鋼包編號區(qū)域； 通過已訓(xùn)練的深度學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識別出鋼包編號。 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元確定鋼包內(nèi)襯渣鋼液殘留量的方法如下： 通過成像測距單元采集第二可見光圖像和第二熱像儀圖像，預(yù)處理后分別進行基于形態(tài)學(xué)的圖像分割，分別得到可見光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域； 對可見光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域進行圖像特征配準，形成第二融合圖像，結(jié)合第二融合圖像的圖像坐標和真實三維坐標確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個疑似區(qū)域及三維坐標，由此獲得數(shù)個疑似區(qū)域各自的面積； 通過成像測距單元依次測量采集所述數(shù)個疑似區(qū)域厚度； 根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度，確定各疑似區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)量單元包括： 稱重裝置，用于測量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量； 采集裝置，用于采集出鋼過程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述多臺熱成像單元和成像測距單元均配置冷卻保護裝置。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括： 控制單元，包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場控制箱，用于控制冷卻保護裝置、第一/第二/第三云臺、第一/第二/第三滑臺和數(shù)據(jù)信息接收； 工控機，通過通信傳輸單元與控制單元相連，控制調(diào)整運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識別并存儲鋼包動態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。 10.用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述熱狀態(tài)監(jiān)測方法基于根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行操作，所述熱狀態(tài)監(jiān)測方法包括： 確定鋼包到達，啟動熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)； 采集第一可見光圖像和第一熱像儀圖像，由此確定鋼包編號； 采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)、鋼包內(nèi)襯溫度數(shù)據(jù)、出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)以及出鋼后液渣溫度； 采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度； 測量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，并采集出鋼過程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量； 采集第二可見光圖像和第二熱像儀圖像，由此確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個區(qū)域，依次測量疑似渣鋼殘留區(qū)域厚度，根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度確定各疑似渣鋼殘留區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量； 將以上數(shù)據(jù)傳送至工控機數(shù)據(jù)庫中按照鋼包編號分類存儲，對每個鋼包進行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進行對比，跟蹤鋼包使用狀況。

說明書

用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及鋼包在空包運轉(zhuǎn)階段前往轉(zhuǎn)爐出鋼位以及轉(zhuǎn)爐出鋼時，監(jiān)測鋼包空包及出鋼過程熱狀態(tài)的一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

合適的鋼液溫度是保證連鑄生產(chǎn)的前提，也是獲得良好鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)。冶煉完成的鋼水在煉鋼工藝過程中會經(jīng)歷多個溫降過程，其中包括出鋼過程溫降，鋼包吸熱溫降、鋼包運輸過程溫降、精煉過程溫降、中間包過程溫降。鋼包作為重要的物質(zhì)載體設(shè)備，貫穿整個煉鋼流程，出鋼前鋼包熱狀態(tài)并不可知且無法確定。關(guān)注鋼包熱狀態(tài)監(jiān)測對于鋼液溫度控制，提高終點溫度命中率具有重要意義。

長期以來，鋼鐵企業(yè)大多采用人工盲選調(diào)取鋼包去往轉(zhuǎn)爐出鋼位等待盛裝鋼液。由于空鋼包的熱狀態(tài)無法精確控制，導(dǎo)致出鋼后鋼水溫度巨幅波動。對于鋼包的管理僅僅停留在鋼包烘烤、鋼包內(nèi)襯殘厚檢測或依靠經(jīng)驗，查閱文獻發(fā)現(xiàn)某鋼廠在高碳鋼各生產(chǎn)工序溫度控制數(shù)據(jù)進行了分析，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度波動范圍較大，最高出鋼溫度與最低出鋼溫度的差值達到了121℃，鋼包狀況對整個溫度控制過程造成了較大影響。CN202885936U公開了一種鋼包熱狀態(tài)的自動測量裝置，通過天車、臺車位置及鋼包重量對鋼包狀態(tài)的跟蹤記錄，并未關(guān)注鋼包空包熱狀態(tài)對出鋼過程鋼水溫降的影響。

上述文獻和專利沒有提出適應(yīng)于鋼包空包運轉(zhuǎn)階段前往轉(zhuǎn)爐出鋼位時，多維度測量鋼包熱狀態(tài)的測量系統(tǒng)或方法。本文根據(jù)出鋼過程中鋼水因鋼包吸熱、散熱，提供了一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，根據(jù)鋼包容量、鋼包質(zhì)量、鋼包溫度、鋼包內(nèi)襯分布、鋼液溫度、渣液厚度、渣鋼液殘留等多維度精確掌控鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)，分析出鋼過程中鋼包吸熱散熱對鋼水降溫的影響。

根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第一方面，提供一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

多臺熱成像單元，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)；

成像測距單元，用于采集可見光圖像和熱像儀圖像，采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包液渣溫度、鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

質(zhì)量單元，用于采集出鋼過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)；

終端數(shù)據(jù)處理及控制單元，與以上部件連接并控制調(diào)整運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識別并存儲鋼包動態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。

進一步地，所述多臺熱成像單元包括第一熱成像單元和第二熱成像單元，所述熱成像單元和第二熱成像單元均與終端數(shù)據(jù)處理及控制單元連接。

進一步地，所述第一熱成像單元和第二熱成像單元結(jié)構(gòu)相同，包括：

第一/第二紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像并采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)和出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)；

第一/第二云臺，其上設(shè)置有第一/第二紅外熱像儀；

第一/第二滑臺，設(shè)置于所述第一/第二云臺下部。

進一步地，所述成像測距單元包括：

高清工業(yè)相機，用于采集可見光圖像，確定鋼包到達/離開情況；

第三紅外熱像儀，用于采集熱像儀圖像，并采集鋼包內(nèi)襯溫度、鋼包液渣溫度；

激光測距掃描儀，用于采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

第三云臺，其上設(shè)置有所述高清工業(yè)相機、第三紅外熱像儀以及激光測距掃描儀；

第三滑臺，設(shè)置于所述第三云臺下部。

進一步地，所述質(zhì)量單元包括：

稱重裝置，用于測量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量；

采集裝置，用于采集出鋼過程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量。

進一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別鋼包包括：確定鋼包到達/離開情況以及識別鋼包編號。

進一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別鋼包編號的方法如下：

通過成像測距單元采集第一可見光圖像和第一熱像儀圖像，對二者進行融合形成第一融合圖像；

從所述第一融合圖像中切割出鋼包編號區(qū)域；

通過已訓(xùn)練的深度學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識別出鋼包編號。

進一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元確定鋼包內(nèi)襯渣鋼液殘留量的方法如下：

通過成像測距單元采集第二可見光圖像和第二熱像儀圖像，預(yù)處理后分別進行基于形態(tài)學(xué)的圖像分割，分別得到可見光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域；

對可見光渣鋼殘留區(qū)域和熱像儀渣鋼殘留區(qū)域進行圖像特征配準，形成第二融合圖像，結(jié)合第二融合圖像的圖像坐標和真實三維坐標確定疑似渣鋼殘留的數(shù)個疑似區(qū)域及三維坐標，由此獲得數(shù)個疑似區(qū)域各自的面積；

通過成像測距單元依次測量采集所述數(shù)個疑似區(qū)域各自的總厚度(渣鋼殘留區(qū)域平均厚度+鋼包內(nèi)襯原始厚度)；

根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度，確定各疑似區(qū)域的平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留總質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量。

進一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元通過成像測距單元采集的第三可見光圖像確定鋼包到達/離開情況。

進一步地，所述多臺熱成像單元和成像測距單元均配置冷卻保護裝置。

進一步地，所述冷卻保護裝置包括冷卻水冷卻保護、壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口。

進一步地，當所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別到鋼包到達后，開啟壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口，保證成像明亮清晰；當所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別到鋼包離開后，關(guān)閉壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。

進一步地，當所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別到鋼包到達后，開啟所有部件；當所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元識別到鋼包離開后，關(guān)閉所有部件。

進一步地，運動裝置與控制單元相連，通過工控機觀察設(shè)備成像畫面，控制移動熱像儀及激光測距儀，監(jiān)測鋼包不同位置的溫度和厚度。

進一步地，鋼包外壁設(shè)置的紅外熱像儀觀測鋼包外壁溫度分布，針對鋼包易損壞區(qū)域進行分區(qū)域重點監(jiān)測，熱像儀數(shù)量根據(jù)實際現(xiàn)場、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀及激光測距掃描儀所測數(shù)據(jù)建立傳熱數(shù)學(xué)模型配置數(shù)臺，一般為1臺或2臺。

進一步地，所述成像測距單元包括兩種工作狀態(tài)：

獨自測量，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀測量鋼包內(nèi)襯溫度，內(nèi)襯激光測距掃描儀測量鋼包內(nèi)襯厚度。

聯(lián)動測量，通過可見光圖像和熱圖像經(jīng)過圖像算法分析渣鋼液殘留區(qū)域的面積及位置，控制激光測距掃描儀依次測量區(qū)域，獲取該區(qū)域厚度，并根據(jù)以往鋼包內(nèi)襯厚度信息計算渣鋼液殘留的厚度，由此得知渣鋼液殘留的質(zhì)量和融化渣鋼液殘留所需熱量。

進一步地，所述終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括：

控制單元，包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場控制箱，用于控制冷卻保護裝置、第一/第二/第三云臺、第一/第二/第三滑臺和數(shù)據(jù)信息接收；

工控機，通過通信傳輸單元與控制單元相連，控制調(diào)整運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸交互，識別并存儲鋼包動態(tài)、鋼包質(zhì)量、鋼包內(nèi)外壁溫度、鋼液溫度、渣液厚度以及確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留及融化所述熱量。

進一步地，所述熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還包括通信傳輸單元，用于傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)、控制指令及供電，包括各設(shè)備數(shù)據(jù)接口、線纜及相關(guān)通訊設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第二方面，提供一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測方法，所述熱狀態(tài)監(jiān)測方法基于根據(jù)以上任一方面所述的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行操作，所述熱狀態(tài)監(jiān)測方法包括：

確定鋼包到達，啟動熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；

采集第一可見光圖像和第一熱像儀圖像，由此確定鋼包編號；

采集鋼包外壁溫度數(shù)據(jù)、鋼包內(nèi)襯溫度數(shù)據(jù)、出鋼鋼水溫度數(shù)據(jù)以及鋼包液渣溫度；

采集鋼包液面高度以及鋼包渣液厚度；

測量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，并采集出鋼過程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量；

采集第二可見光圖像和第二熱像儀圖像，由此確定疑似渣鋼殘留區(qū)域，測量疑似渣鋼殘留區(qū)域總厚度，根據(jù)鋼包內(nèi)襯原始厚度確定疑似渣鋼殘留區(qū)域平均厚度，由此確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留質(zhì)量，并確定鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留融化所需熱量；

將以上數(shù)據(jù)傳送至工控機數(shù)據(jù)庫中按照鋼包編號分類存儲，對每個鋼包進行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進行對比，跟蹤鋼包使用狀況。

進一步地，工控機從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取測量數(shù)據(jù)信息，按時間順序或鋼包編號提取各類數(shù)據(jù)信息，繪制對應(yīng)的變化曲線圖。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鋼包空包的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用紅外熱成像儀、激光測距儀、稱重裝置等多種測量儀器全面的獲取出鋼前鋼包內(nèi)外壁溫度和內(nèi)襯材料狀態(tài)。采用紅外熱像儀和激光測距儀聯(lián)動測量方式獲取渣鋼液殘留，清晰得知鋼包吸熱對鋼水降溫的影響，進一步地有利于鋼液溫度控制，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼包空包的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的多維度鋼包熱狀態(tài)建立示意圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的可見光與紅外的圖像融合流程圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼包外壁鋼號識別方法流程圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的渣鋼液殘留測量方法流程圖。

具體實施方法

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明提供了一種用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多臺熱成像單元、成像測距單元、質(zhì)量單元、通信傳輸單元、終端數(shù)據(jù)處理及控制單元。

成像測距單元包括高清工業(yè)相機、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測距掃描儀，用于監(jiān)測周圍環(huán)境狀況，當識別到鋼包到達指定地點后，自動開啟其他采集設(shè)備，當識別到鋼包離去后，自動關(guān)閉其他采集設(shè)備，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。采集高清工業(yè)相機圖像和熱像儀圖像，通過圖像處理識別鋼包編號。激光測距掃描儀和高清工業(yè)相機可用于測量出鋼完畢后鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。其中，高清工業(yè)相機、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測距掃描儀還可用于監(jiān)測鋼包內(nèi)襯厚度及渣鋼液殘留。

熱成像單元包括鋼包外壁紅外熱像儀和鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀，用于采集鋼包空包內(nèi)外壁溫度信息，出鋼過程中調(diào)節(jié)云臺和滑臺，使鋼包熱像儀能夠清晰測量鋼水和鋼包外壁溫度。

質(zhì)量單元包括稱重裝置和采集模塊，稱重裝置用于測量鋼包空包質(zhì)量和出鋼完畢后鋼包總質(zhì)量，采集模塊進行數(shù)據(jù)采集，由此采集出鋼過程中合金加入量、增碳劑質(zhì)量和造渣劑質(zhì)量等。

終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括控制單元和終端工控機，控制單元包括PLC模塊及其輔助電氣元件，放置于現(xiàn)場控制箱，用于控制各設(shè)備的保護冷卻裝置、云臺、滑臺和數(shù)據(jù)信息接收；通信傳輸單元包括各設(shè)備數(shù)據(jù)接口、線纜及相關(guān)通訊設(shè)備；終端數(shù)據(jù)處理及控制單元包括終端工控機，通過特定軟件對數(shù)據(jù)進行分析和顯示，對各設(shè)備運行狀態(tài)進行控制調(diào)整。根據(jù)鋼包容量、鋼包質(zhì)量、鋼包溫度、鋼包內(nèi)襯分布、鋼液溫度、渣液厚度、鋼包渣鋼液殘留等多維度精確掌控鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)，分析出鋼過程中鋼包吸熱散熱對鋼水降溫的影響。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測距儀均包括冷卻保護裝置。冷卻保護裝置包括冷卻水冷卻保護、壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口。當識別到鋼包離去后，關(guān)閉壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口，防止設(shè)備鏡頭沾染灰塵。當識別到鋼包抵達后，開啟壓縮空氣鏡頭吹掃和鏡頭保護窗口，保證成像明亮清晰。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和激光測距儀配置云臺，滑臺等運動裝置與控制單元相連，通過工控機觀察設(shè)備成像畫面，控制云臺移動熱像儀及激光測距儀，監(jiān)測鋼包不同位置。

優(yōu)選地，鋼包外壁紅外熱像儀觀測鋼包外壁溫度分布，針對鋼包易損壞區(qū)域進行分區(qū)域重點監(jiān)測，熱像儀數(shù)量根據(jù)實際現(xiàn)場、鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀及激光測距掃描儀所測數(shù)據(jù)建立傳熱數(shù)學(xué)模型，配置1臺或2臺。

優(yōu)選地，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀和內(nèi)襯激光測距儀有兩種工作狀態(tài)，一種是各自獨立測量，另一種是聯(lián)動測量。獨自測量時，鋼包內(nèi)襯紅外熱像儀測量鋼包內(nèi)襯溫度，內(nèi)襯激光測距儀測量鋼包內(nèi)襯厚度。聯(lián)動測量時，由于內(nèi)襯與渣鋼液殘留的發(fā)射率不同，熱像圖像所呈現(xiàn)的溫度分布也有所差別，通過圖像算法分析渣鋼液殘留區(qū)域的面積及位置，隨后控制激光測距儀依次測量位置區(qū)域，獲取該區(qū)域厚度，并根據(jù)以往鋼包內(nèi)襯厚度信息計算渣鋼液殘留的厚度，由此得知渣鋼液殘留的質(zhì)量，即內(nèi)襯渣鐵殘留監(jiān)測單元。

優(yōu)選地，稱重裝置稱量鋼包空包質(zhì)量，與測量計算后的鋼包質(zhì)量對比，若相差過大，則需進行人工查修。當出鋼結(jié)束，再次經(jīng)過熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，稱重裝置測量出鋼后的質(zhì)量，高清工業(yè)相機和激光測距儀測量鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。

優(yōu)選地，上述的測量設(shè)備及運動裝置都將與控制單元相連，再通過通信單元與工控機進行數(shù)據(jù)傳輸交互。在終端工控機獲取測量設(shè)備、運動裝置及冷卻裝置數(shù)據(jù)信息和運行狀態(tài)，通過特定軟件對數(shù)據(jù)進行分析和顯示，對各設(shè)備運行狀態(tài)進行控制調(diào)整和數(shù)據(jù)傳輸交互。溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機數(shù)據(jù)庫中按照鋼包編號分類存儲，可從數(shù)據(jù)庫中按時間順序或鋼包編號提取各類數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明技術(shù)方案中，各部件彼此協(xié)作，互相影響，從而實現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)效果。具體說來，鋼包將鋼水運輸至各冶煉工位，是冶金生產(chǎn)過程中重要的冶煉容器。因此接觸式測溫方式并不適用于長距離運動的鋼包。只要鋼包任意一處位置發(fā)生漏鋼，就會造成嚴重的安全事故，因此需選用紅外熱像儀，實現(xiàn)非接觸式的溫度成像，對鋼包進行全方位的溫度檢測。無論是鋼包耐火材料侵蝕損壞，還是鋼包外壁變形裂紋，都會導(dǎo)致溫度的突變，從而在紅外熱圖像中顯示。至此為了全方位的檢測和盡量節(jié)省設(shè)備成本，添加云臺和滑臺裝置。由于鋼包為圓柱形，在鋼包兩側(cè)設(shè)置兩組熱成像組合實現(xiàn)鋼包外壁監(jiān)測；在鋼包上方設(shè)置一組熱成像組合實現(xiàn)鋼包內(nèi)壁監(jiān)測。

在出鋼過程，高溫的鋼水裝入鋼包中，低溫的鋼包和鋼包內(nèi)渣鋼殘留會導(dǎo)致鋼水溫度降低。為明晰鋼水降溫過程，需明確出鋼前鋼包溫度和渣鋼殘留量。根據(jù)熱像儀的測溫原理，不同材料的發(fā)射率不同，熱成像圖片的顯示也有所不同。鋼包內(nèi)襯為非金屬物，渣鋼殘留為金屬和非金屬混合物，通過熱成像圖片和可見光圖像可以提取疑似區(qū)域，并測量疑似區(qū)域面積。激光測距掃描儀利用時間飛行原理來測量激光到物體的距離，可以不受冶金現(xiàn)場高溫高粉塵環(huán)境的影響。對比原始鋼包內(nèi)襯厚度可以測量疑似區(qū)域渣鋼殘留厚度，計算渣鋼殘留質(zhì)量。至此測量組合單元包括熱像儀、工業(yè)相機、激光測距掃描儀、云臺和滑臺。將測量組合放置在鋼包上方，實現(xiàn)鋼包內(nèi)襯渣鋼殘留監(jiān)測。

實施例

由圖1可以看出：本鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2、高溫紅外熱像儀3、激光測距掃描儀4、高清工業(yè)相機5、云臺裝置6、電動滑臺7、稱重裝置8、和冷卻裝置9、現(xiàn)場控制箱10和工控機11；其電動滑臺7是帶限位和鎖緊功能，云臺裝置6是可以300度旋轉(zhuǎn)控制，電動滑臺7與云臺裝置6固定連接，云臺裝置6與激光測距掃描儀4固定連接，高溫紅外熱像儀3、高清工業(yè)相機5與高溫激光測距4固定連接，高溫紅外熱像儀3、高溫激光測距4通過數(shù)據(jù)線與現(xiàn)場控制箱10連接。高清工業(yè)相機5與高溫激光測距4通過數(shù)據(jù)線和電源線連接，以便數(shù)據(jù)傳輸、控制和提供電源；高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2均配置云臺裝置6和電動滑臺7；高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2、云臺裝置6、電動滑臺7和冷卻裝置9與現(xiàn)場控制箱10通過數(shù)據(jù)線和電源線連接，以便數(shù)據(jù)傳輸、控制和提供電源。現(xiàn)場控制箱10與工控機11相連進行數(shù)據(jù)傳輸交互。在終端工控機獲取測量設(shè)備、運動裝置及冷卻裝置數(shù)據(jù)信息和運行狀態(tài)，通過特定軟件對數(shù)據(jù)進行分析和顯示。溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機數(shù)據(jù)庫中按照鋼包編號分類存儲，可從數(shù)據(jù)庫中按時間順序或鋼包編號提取各類數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明在具體實施時：整套系統(tǒng)裝置于轉(zhuǎn)爐出鋼鋼包等待位附近，待轉(zhuǎn)爐煉鋼后期，空鋼包就位之后開始檢測，采集鋼包空包、出鋼過程及出鋼完畢的數(shù)據(jù)信息，如圖2所示。

通過高清工業(yè)相機5監(jiān)控和圖像處理分析，如圖3和圖4所示，識別鋼包編號；當檢測鋼包就位后，通過現(xiàn)場控制箱PLC開啟所有測量設(shè)備測量窗口，測量設(shè)備開始采集數(shù)據(jù)，熱像儀、激光測距儀和稱重裝置的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)采集單元和通信單元在工控機的屏幕上顯示。

調(diào)整高溫紅外熱像儀3和激光測距掃描儀4的探頭使其正對鋼包口的軸線上沿，并開啟數(shù)據(jù)采集，檢測鋼包內(nèi)襯溫度及渣鋼液殘留。如圖3和圖5所示其檢測步驟為：一、開啟高溫紅外熱像儀3和高清工業(yè)相機5對鋼包內(nèi)襯進行成像，采集鋼包內(nèi)襯溫度分布、熱成像圖像和可見光圖像，依據(jù)圖3的方法進行圖像融合；二、由于不同物質(zhì)發(fā)射率不同，通過可見光圖像和熱圖像的圖像處理，得知渣鋼液殘留的區(qū)域，結(jié)合圖像坐標和真實三維坐標找出各區(qū)域的三維位置。三、根據(jù)疑似區(qū)域位置的三維坐標，通過云臺和滑臺移動激光測距儀和高清工業(yè)相機，采集該區(qū)域內(nèi)襯厚度變化和區(qū)域面積。四、對比鋼包內(nèi)襯原始厚度，計算渣鋼液殘留質(zhì)量和渣鋼液殘留所需熱量。

通過稱重裝置8稱量鋼包空包質(zhì)量，與測量計算后的鋼包質(zhì)量對比，若相差過大，則需進行人工查修。

在出鋼過程中，調(diào)整高溫紅外熱像儀1或高溫紅外熱像儀2，使其正對出鋼鋼流附近，檢測鋼液溫度及鋼包外壁溫度變化。

當出鋼結(jié)束，再次經(jīng)過熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，稱重裝置測量出鋼后的質(zhì)量，高清工業(yè)相機和激光測距儀測量鋼包內(nèi)鋼渣液總高度和渣液厚度。

溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、位置厚度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至工控機數(shù)據(jù)庫中按照鋼包編號分類存儲，對每個鋼包進行記錄，在獲取新的數(shù)據(jù)后，均與前一次的數(shù)據(jù)進行對比，跟蹤鋼包使用狀況。

工控機主要分為4個部分，一、高溫紅外熱像儀1、高溫紅外熱像儀2和高清工業(yè)相機5的成像情況；二、激光測距儀和稱重裝置的數(shù)據(jù)顯示；三、高溫紅外熱像儀3和激光測距掃描儀4的渣鋼液殘留顯示；四、云臺和滑臺的控制。

主控機可從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取測量數(shù)據(jù)信息，按時間順序或鋼包編碼提取各類數(shù)據(jù)信息，利用主控電腦繪制對應(yīng)的變化曲線圖。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

用于鋼包空包及出鋼過程的熱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法.pdf