CCD相机高温环境感知机器人设计(2)

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In this study, the image diagnosis of high-temperature furnace coke oven wall, for example, designed a high-temperature environment sensing robot model, introduces a lack of information in the process of iron and steel making process to effective measurement technology blast furnace, coke oven and the like.

Key words: Coke oven; high temperature measurement techniques; CCD camera

1 绪论1

1.1 本研究的背景.1

1.2 本研究的目的及意义.1

1.3 本论文的构成.2

2 热辐射基本理论及测量应用.3

2.1 黑体辐射.3

2.2 辐射测温法.4

2.2.1 辐射测温法在钢铁行业的应用.4

2.2.2 辐射测温法原理.5

2.2.3 实际应用辐射测温法的困难.5

3 热成像装置.7

3.1 热成像装置简介.7

3.2 CCD摄像机热图像测量的特性7

3.3 CCD摄像机的温度校正9

4 焦炭炉炭化室炉壁测量的应用11

4.1 焦炭炉简介11

4.2 焦炭炉的结构和测量对象11

4.3 炉内温度的测定13

4.3.1 诊断探测器13

4.3.2 炉壁的凹凸和热图像的同时测量14

4.3.3 凹凸测量所需的图像处理18

4.4 实炉诊断21

4.4.1 热图像炉壁状态22

4.4.2 炉壁凹凸23

4.5 炉壁凹凸信息的应用24

4.5.1 实验室测试设备24

4.5.2 实际焦炭炉的应用26

4.5.3 基于阻力指数的修补判断27

5 结论28

5.1 本研究的结果28

5.2 今后的发展28

致谢29

参考文献30

1 绪论

1.1 本研究的背景

钢铁制造包括铁矿石等原料在高炉中提取还原成铁的炼铁工艺，熔融铁精炼成钢的炼制工序，各种类型的钢和钢板的轧制过程，一系列广泛的表面处理工艺。每个过程批量生产需要的巨大生产设备，具有非常复杂的动力学包括物理、化学、热力学的现象特征[1]。比如,铁矿石在高炉2000℃以上温度下还原,融化成铁，需要每天制造10000吨以上。二次炼钢工艺，转炉装入300t的溶融生铁吹氧，在短短15min内清除杂质元素提取钢水。在此过程中铁的温度从1500℃上升到1700℃。热轧过程中，将200mm厚的钢板加热到1000℃在平行带上滚动轧制成几毫米的薄钢板。钢带轧制的结束阶段速度达到600m/min，冷却水喷洒到钢带上降温[2]。这种炼钢过程,材料的处理和加工,劳动生产率,生产成本以及产品质量的控制和管理都很重要,因此“测量与控制”是非常重要的因素一种技术。

钢铁行业的测量，主要是“过程测量”，如温度、形状和成分等过程的测量。质量检测主要是通过检测材料的质量和瑕疵来把控产品质量。相对于其他行业，需要在极其恶劣的条件下进行在线测量，比如巨大的设备、高温、振动、粉尘[3]。国内的钢铁制造企业,公司的生产设备所需的测量技术由本公司自己开发的情况也有很多。钢铁制造生产线的测量对象包括温度测量、形状和尺寸测量、位置检测识别、成分测量、速度测量、厚度测量等。尤其是对与钢材的反复加热冷却的过程控制及节能直接相关的高温测量有普遍的需求。另外，很多高温场合的物体尺寸、形状等方面的测量也有很多特征。这些测量技术、传感器技术随着计算机的发展有很大的进步。

随着计算机性能的提升，我国的钢铁工业在上世纪80年代引进现代控制理论，过程现象的数学建模。通过引入现代控制理论，过程控制的精度有了很大的提高。然而多变量控制在实际应用中，主要是对钢铁制造工艺中相对简单的轧制工艺和表面处理工艺进行建模。另外一方面，对超过铁熔点的高温粉体及流体的原本测量手段本身有欠缺，工艺参数的说明和建模不是十分详细[4]。在生产过程中，即使是现在依靠有成熟经验与知识的熟练工生产时也会出现很多情况，研究开发克服测量、控制技术的课题也有很多。这些研究以挑战钢铁制造的科学性、生产的优化和产品质量的提高，在激烈的全球竞争中保持国内钢铁企业技术上的优势性为目标。目前来看这种背景下，以前的方法是不够用的，本文主要对炼铁工艺的新型测量技术进行研究。