项目名称:一种基于视觉识别的钢包底吹氩智能控制系统
- 武钢有限技术中心
- 湖北省武汉市青山区冶金大道28号
- 430080
- 江超
- 15629189385
姓名 |
邓 攀 |
电话 |
86487829 |
电子邮件 |
dengpan390@126.com |
区号 |
027 |
邮编 |
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通信地址 |
湖北省武汉市青山区冶金大道28号 |
刘 洋 周 甫 曾永龙 林雪松 张召朋 李 华 胡念慈 邱 晨
专利类型 |
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专利状态 |
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申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
202010449878.9 |
2020-05-25 |
ZL202010449878.9 |
202010911789.1 |
2021-12-14 |
ZL202010911789.1 |
202110817267.X |
2023-01-24 |
ZL202110817267.X |
202110740482.4 |
2023-11-21 |
ZL202110740482.4 |
202111129741.6 |
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202210746741.9 |
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202210371638.0 |
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钢包底吹氩系统由于其设备简单、成本低、精炼效果好,是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法。目前国内外大多数钢厂钢包底吹氩流量控制采用手动,易受操作工熟练程度和外界环境(压力、温度)及其钢包透气砖堵塞、管道漏气等因素的影响,常出现吹氩失控现象,致使出现钢中杂质增多、质量下降、冶炼时间延长等问题。为了降低人工操作强度及主观不确定性,许多大型钢厂通过引入自动吹氩设备,优化自动吹氩工艺,一定程度上改善了氩气流量控制精度和搅拌效果。但钢包底吹氩搅拌过程是一个存在耦合的多输入多输出的非线性对象,包含高温气体与液体之间的复杂的物理化学反应,存在非线性、数学模型的不确定性及系统工作点的剧烈变化等因素,常规的控制策略往往难以克服负载、模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响,无法实现氩气精准调控。并且不同钢包、同一钢包不同炉次的透气性都有很大差异,不可能用标准的流量、压力来实现不同冶金功能下的精确底吹氩搅拌控制。因此,经常出现爆吹和欠吹,需要人工手动修正调节,并缺少有效地氩气搅拌效果定量检测方法。
为此,本技术通过开展钢包底吹氩机理、视觉识别技术和自适应控制技术研究,探索出氩气流量与搅拌强度、混匀时间关系,确定了钢包底部透气砖最佳布置方式;设计了一种自适应权重的最大内间方差阈值分割算法,实现了高温复杂环境下钢渣界面氩花图像分割与氩花大小定量测量;构造了一种模型参考自适应控制算法,实现了氩气流量自适应精准调控;开发了一套钢包底吹氩精准智能控制系统及装备,实现了基于氩花大小实时检测负反馈的氩气流量智能调控。
目前,本技术研究成果已成功应用于武钢有限CSP钢包底吹氩工序中,取代氩气流量人工调节,实现了基于氩花大小实时检测负反馈的氩气流量智能调控,将每炉钢平均吹氩时间缩短了2.63分钟,底吹氩过程中钢水平均增氮控制在7.6ppm左右,有效均匀了钢液成分和温度,提高了钢液质量,推动了国内钢包底吹氩技术发展,促进了我国炉外精炼冶金装备技术进步。同时,本技术研究中共获得国家发明专利7项,形成了具有宝武自主知识产权的成套独有技术,该技术正在宝武集团内全面推广应用,后续可推广应用到国内外其它钢铁企业底吹精炼工艺中,推广应用前景广阔。
通过开展钢包底吹氩机理、视觉识别技术和自适应控制技术研究,开发了一套钢包底吹氩精准智能控制系统及装备,实现了基于氩花大小实时检测负反馈的氩气流量自动调控,并融合非线性自适应控制技术,提高了吹氩控制精度,有效均匀了钢液成分和温度、去除钢液中的夹杂物、提高钢液质量。发明创新点如下:
1、建立了钢包底吹氩数学模型和钢包熔池内气--液两相流数值仿真模型,探索出氩气流量与搅拌强度、混匀时间关系;确定了钢包底部透气砖最佳布置方式,为钢包底吹氩工艺参数优化和结构优化提供理论支撑;开发了一种转炉出钢位的钢包底吹氩搅拌工艺,提高了氩气搅拌效率,并形成了1项发明专利(专利名称:钢包底吹氩控制方法、装置、设备及介质,专利号:202210371638.0)。
2、搭建了渣面氩花图像采集存储系统,设计了一种自适应权重的最大内间方差阈值分割算法,实现了高温复杂环境下钢渣界面氩花图像分割与氩花大小定量测量,为底吹氩气流量控制提供了一种有效的搅拌强度定量检测方法,并形成了2项发明专利(专利名称:钢包渣面图像校正方法,专利号:202111129741.6;专利名称:一种钢包底吹氩钢渣界面氩花图像分切方法及系统,专利号:202210746741.9)。
3、建立了钢包底吹氩控制系统数学模型和AMESim仿真模型,设计了一种模型参考自适应控制算法,提高了吹氩系统氩气流量控制的动静态性能,实现了底吹氩气流量自适应精准调控,并形成了2项发明专利(专利名称:一种PCM钢包底吹氩控制系统及控制方法,专利号:ZL202010911789.1;专利名称:钢包底吹氩系统流量控制方法及计算机可读存储介质,专利号:202110740482.4)。
4、开发了一套钢包底吹氩精准智能控制系统及装备,替代了传统底吹氩人工手动调节,实现了基于氩花大小实时检测负反馈的氩气流量自适应调控,提高了吹氩控制精度和自动化水平,并形成了2项发明专利(专利名称:一种基于视觉识别的钢包底吹氩智能控制系统,专利号:ZL202010449878.9;专利名称:钢包底吹氩故障诊断方法、装置及存储介质,专利号:202110817267.X)。
本技术开发的一套钢包底吹氩精准智能控制系统及装备在武钢有限CSP厂1#转炉完成了安装调试,并于2021年8月1号投入使用,运行稳定良好。本技术成果实施后,能够持续、恒定地降低CSP厂1#转炉钢包底吹氩过程中的钢水温降,每年创造直接经济效益223.75万元(经宝钢股份经营财务部审计认定)。可以取代人工吹氩控制,实现基于氩花大小实时检测负反馈的氩气流量自动调控,提高了吹氩控制精度和吹氩效率,改善了底吹氩气的搅拌效果。
同时,通过本技术实施可将每炉钢平均吹氩时间缩短了2.63分钟,底吹氩过程中钢水平均增氮控制在7.6ppm左右,有效均匀了钢液成分和温度,提高了钢液质量,推动了国内钢包底吹氩技术发展,促进了我国炉外精炼冶金装备技术进步。
本技术研究中共获得国家发明专利7项,形成了具有宝武自主知识产权的成套独有技术,该技术正在宝武集团内全面推广应用,稍加改造可以应用于LF精炼炉氩气流量自动调控中,可以提高氩气精炼设备控制效果和自动化水平。同时,后续项目技术成果可推广应用到国内各大钢铁企业,创造显著的经济效益和社会效益,推广应用前景广阔。