氩氧精炼生产中低碳铬铁炉内在线测温技术的试验与探讨
氩氧精炼低碳铬铁终点碳含量预测模型
氩氧精炼低碳铬铁终点碳含量预测模型江虹;王宏志【摘要】采用RBF神经网络的方法建立冶炼终点碳含量预测模型,通过控制补吹氧气量和添加冷却剂量,及时有效地控制了各类物料的添加和供氧量的调节,实现冶金生产的自动化,并进行了仿真验证.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】4页(P692-695)【关键词】AOD;碳含量;RBF神经网络【作者】江虹;王宏志【作者单位】长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012;长春工业大学计算机科学与工程学院,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TP1830 引言冶金行业是我国实现节能减排目标的重点，也是一个高能耗行业。
氩氧炼钢（Argon Oxygen Decarburization，AOD）是通过高压的混合氧气和氩气吹入AOD炉内，从而在较低温度下也能实现脱碳保铬的目的［1］。
终点检测的主要对象是终点温度和碳含量，并决定是否能出钢。
如果这两个指标不满足出钢要求，控制模型将全启动进行调整［2］，如果和控制终点要求相差较大，会对钢包的寿命产生影响，而且各种调整材料的单耗增加［3］。
由于冶炼过程复杂，无法确定各个计算参数的具体数值，对传统的建模方法有局限。
而神经网络有着明显的优越性，可以不受非线性模型的限制，广泛应用于非线性系统的建模和辨识［4］。
1 神经网络预测模型的建立1.1 神经网络技术神经网络为解决那些复杂的、不确定的非线性控制问题提供了有效的解决途径［5］。
由于BP（Back Propagation）网络用的是负梯度下降法调节，会出现局部极小及收敛速度慢等问题，因此用于函数逼近时，权值的调整方法存在局限性［6］。
和BP网络在分析能力、逼近能力、学习速度等方面进行对比，明显RBF （Radial Basis Function）网络都要优于BP网络。
这是因为RBF网络的输出为隐单元输出的线性加权和，学习速度加快［7］，而且RBF网络使用径向基函数，并且激活函数用的是高斯函数，神经元里的输入空间区域非常小，隐含层空间到输出空间之间为线性映射，从而在实时控制要求较高的控制场合比较实用［8］。
氩氧精炼低碳铬铁过程喷溅预报及控制
０ｃ． ｔ ２０ｌ ２
氩 氧精 炼 低 碳 铬 铁 过 程 喷溅 预 报 及 控 制
尤 文 ， 马 海 涛 ， 赵 彬
（ 春 工 业 大学 电 气 与 电 子 工 程 学 院 ，吉 林 长 春 １０ １ ） 长 ３ ０ ２
摘 要 ：基 于红 外在 线检 测 渣液表 面 与 炉 内铁 水 温差 ， 用该 温 差表 征 渣液 中金 属 氧 化 物含 量 ， 依 据 炉渣 和铁 水 温差 量化 区间来预 报 喷溅 强度 ， 而依 据喷 溅 强度调 节 顶枪枪 位 、 喷剂及 高 进 压
第３ ３卷 第 ５ 期
２ ２年 ｌ Ｏ１ Ｏ月
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
ｃ ｈｕｎ Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｖ ｏｆＴｅ ｈ ｏｌ ｉ ｅ ｓｔ ｃ ｏｎ ｏ￣ｖ（ Ｎａｔ ｒ ｌＳｃｅ ｅ Ｅｄ ｔｏｎ） ｕ ａ ｉｎｃ ｉｉ
Ｖ ｏ１ ３ Ｎ Ｏ ．３ ．５
ｐ ａ ｈｉ ｉ ｅ ｉｙ ｉ ｆ ｒ ｃ ｓ ｅ ａ ｃ ｄ ｎｇ ｔ ｔ ｉ ｅ ｖａ ｏ ｔ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｄ ｆｅ ｅ ｃ ｌ ｓ ｎｇ ｎｔ ｎｓｔ ｓ ｏ ｅ ａ ｔ ｄ ｃ ｏｒ ｉ ｏ ｈｅ ｎｔ ｒ ｌ ｆ ｈｅ ｅ ｒｔ ｅ ｉｆ ｒ ｎ ｅ， ｃ ｒ ｅ ｐ ｄｉ ｇＩ ｏ ｒ ｓ ｏｎ ｎ ｙ，ｔ ｏ — ｕｎ ｐｏｓｔｏｎ，ｐ ｅ ｓ ｅ ｓ ａ ｈｉ ｓ ｎｄ ｐ ｏ ｒ ｉ ｎ，ａ ｇｏ — ｙｇ ｎ ｍ ｉ ｔ ｅ ｈｅｔ ｐ ｇ ｉｉ ｒ ｓ ｕｒ ｐｌ ｓ ｎｇ ｄｏ ｅａ ｒ ｐｏ ｔｏ ｒ ｎ ｏｘ ｅ ｘ ｕｒ
炉、 ＡＯＤ炉及 由氧气 助燃 的 电炉生 产过 程 中时有 发 生 ， 统 计 ｌ ， 溅 事 故 占 冶 金 行 业 事 故 的 据 ２ 喷 ｊ
氩氧精炼低碳铬铁过程喷溅的控制探讨
不 同程 度 的 喷 溅 风 险 强 度 等级 进 行 分 级 处 理 当 喷溅 风 险 强
度等级 为负一级时 ． 要适 当地提高枪 位 ． 从 而 控 制 炉 渣 中 三 氧化二铬的含量 ， 降 低供 氧 强 度 。 降 低 炉 内碳 氧 反 应 的速 率 ，
内三 氧 化 二 铬 的含 量 是 造 成 喷 溅 现 象 的主 要 因 素 ２ ． 喷溅 的 定 义 和 种 类 喷 溅 是 指 在 Ａ Ｏ Ｄ炉 进 行 氩 氧 精
炼 的过程 中， 由于 一 氧 化 碳 气 体 的 大 量 生 成 ， 在 气 体 逸 出 的 过 程 中造 成 的炉 渣 和金 属 液 体 飞 溅 的现 象 喷溅 类 型 的划 分 标 准 是 喷溅 物 的 飞 溅 高 度 是 否 超 出 Ａ Ｏ Ｄ 炉 的 炉 口 ．若 飞 溅 高 度 不 高 于炉 口 ， 则称之为 内喷 ． 若飞溅高度超 出炉 口． 则 称
一
中加 入 铬 粒 和 萤 石 ． 从 而 通 过 化 学 反 应 来 实 现 三 氧 化 二 铬 含 量 的有 效 控 制 ． 降低 金属 性 喷 溅 的发 生 和 危 害程 度 。
２ ． 加 料 控 制 系 统 的 调节 策 略分 析 。 加 料 控制 系统 是 Ａ Ｏ Ｄ 炉 进 行 氩 氧 精 炼 低 碳 铬 铁 的重 要 组 成部 分 ． 对 于 加 料 系统 的 控 制 要 依 据 炉 内三 氧 化 二 铬 的 含量 适 当 地加 入 泡 沫抑 制 剂 、
应 用 技 术
＝ 蕾
从 而 实 现 了生 产 成 本 的 全 面 控 制 然 而 ． 由于 在 Ａ Ｏ Ｄ炉 运 转
铁合金 中低微碳铬铁合金比较
铁合金——中、低、微碳铬铁比较中、低、微碳铬铁比较摘要：比较了中、低、微碳铬铁的不同牌号，冶炼方法及原理，简单阐述了铬铁冶炼的工艺流程及中、低、微碳铬铁在不同领域的用途，讨论了不同冶炼方法的优缺点。
归纳了目前世界上较为先进的冶炼铬铁合金技术。
关键字：中低微碳铬铁冶炼方法牌号新工艺铬是最重要的合金元素之一。
我国铬矿资源较贫乏，所用铬矿主要依靠进口。
向钢中加铬合金元素，一般都使用不同牌号的铬铁合金。
按其含碳量可分为高碳铬铁、中碳铬铁、低碳铬铁和微碳铬铁。
一、铬系合金牌号比较：中碳铬铁：FeCr69C1.0~2.0~4.0、FeCr55C100~200~400低碳铬铁：FeCr69C0.25~0.50、FeCr55C25~50微碳铬铁：FeCr69C0.03~0.06~0.10~0.15、FeCr55C3~6~10~15二、冶炼方法中低碳铬铁的冶炼方法主要有两种：高碳铬铁精炼法和电硅热法。
中低碳铬铁多用于中低碳合金结构钢，铬钢，合金结构钢，制造齿轮、高压鼓风机叶片等。
高碳铬铁精炼法又分为用铬矿精炼高碳铬铁和用氧气精炼高碳铬铁。
用铬矿精炼高碳铬铁时，精练炉渣具有较大的粘度和较高的熔点，冶炼过程温度必须是较高的，因此，电耗高，炉衬寿命短，含碳量也不易降下来，用氧气吹炼高碳铬铁具有较大的优越性。
如生产率高，成本低，回收率高等。
吹氧精炼是节能工艺，与电硅热法相比，每吨中铬可节电1600～2200kWh/t，生产率高。
但到目前为止，它还不能取代电硅热法生产微碳铬铁一级品。
微碳铬铁的冶炼方法有电硅热法、热兑法、真空法等。
微碳铬铁主要作用为提高钢抗氧化性和耐腐蚀性，如不锈钢，用于石油、化工、汽车制造、建筑工业等。
日前传统的生产方法还是电硅热法。
电硅热法就是在电炉内造碱性炉渣的条件下，用硅铬合金中的硅还原铬矿中铬和铁的氧化物，从而制得中低碳铬铁。
电硅热法冶炼中低碳铬铁，对设备和原料的要求及熔炼操作工艺基本上与电硅热法冶炼微碳铬铁相同，只是中低碳铬铁含碳量较微碳铬铁高，因而可以使用固定式电炉和自焙电极，作为还原剂使用的硅铬合金的含碳量也可以相应地高一些。
精炼(LFVD)工艺优化及开发VD炉脱碳工艺的研究
精炼（LF/VD）工艺优化及开发VD炉脱碳工艺的研究随着我国能源和基础设施建设的发展，要求高强度低合金钢板具有较高的屈服强度、良好的焊接性、高的断裂韧性以及低的韧脆转变温度、良好的冷成型性等。
而低碳贝氏体钢由于具有高强度、高韧性、焊接性能优良、低成本的特点，故在欧美发达国家广泛应用于油气管线、工程机械、重型汽车、集装箱、造船、桥梁、压力容器等诸多领域。
我厂开发出VD真空氧脱碳等新工艺，不仅提高了宽厚板厂的综合技术水平，还确保了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高强度贝氏体钢的成功开发，扩大了高技术含量、高附加值产品的范围，增强了企业在市场上的竞争力和影响力。
本文就VD真空氧脱碳工艺进行了分析研究。
1真空氧脱碳冶金原理真空氧脱碳原理与真空碳脱氧原理是一致的。
换句话说，真空氧脱碳是根据真空碳脱氧原理反推出来的一种新的脱碳工艺，它们的区别只在于冶金侧重点不同而已。
它服从以下冶金热力学规律：[C]+[O]=CO↑根据冶金学原理，真空下[O]与[C]的反应能力随真空度的提高而提高，所以真空过程随着CO分压的降低，钢中富氧与C的反应被重新激活，从而达到降C的目的。
以脱氧元素0.1%的质量分数为例，当PCO=10132.5Pa时，C/O反应能力超过Si-O反应能力；当PCO=133.32Pa 时，[C]与[O]的亲和力又大于[Al]与[O]的结合力。
另外，由于转炉熔炼时采取强化供氧方式冶炼，氧化末期钢水中总氧含量通常大于10-3。
因此利用宽厚板厂现有的VD真空设备，在钢水未经硅、铝等脱氧还原的情况下，进行真空氧脱碳能够使钢中成品w([C])降到0.05%以下。
2真空脱碳工艺2.1转炉冶炼工艺显然，在转炉冶炼过程中，增加钢液中的氧含量，对保证VD炉真空氧脱碳的冶炼效果是有利的。
同时，为了提高冶炼速度，扩大生产规模，对转炉冶炼操作提出如下要求：(1)降低炉料的配碳量，生铁配入量以20t为宜，同时，须减少炉料中的易氧化元素，如锰钢、渣钢等不允许加入，返回废钢不宜配入过多；(2)提高钢液温度，以增大钢液中氧的溶解度；(3)加大供氧强度，增加供氧量，保证氧压在10kg以上；(4)出钢大包温度大于1600℃，出钢w([C])<0.08%。
AOD炉铁水碳含量在线检测与控制
０ 引 言
在炼 铁生 产 时 ， 常把 铁水 终 点 的成分 、 常 温度 作为 衡量 铁水 是否 合格 的主要 指标 。由于 铁水成
分 主要是 考察 铁 水 的碳 含 量 是 否满 足 出铁 要 求 ， 因此 ， 对冶 炼过 程 中熔池 的碳 含 量变 化进 行研 究 ，
程， 高温 条件 下直 接测 量元 素 含量 困难 较 大 ， 目前
Ａｂ ｔａｃ ：Ａｐ ｙｉ ｇ ｆｂ ｒ ｓ ｃ ｒ ｓｒ ｔ ｐｌ ｎ ｉ ｅ ｐｅ ｔ ｕｍ ｎａ ｙ ｉ ｎｓ ｒ ｍ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｅ ｔ ａ ｂｏ ｏｎ ｅ ｆＡＯＤ ｕ ｎａ ｅ ａ ｌ ｓ ｓ ｉ ｔ ｕ ｎｔｔ ａ ｕｒ ｈｅ ｃ ｒ ｎ ｃ ｔ ｎｔｏ ｆ ｒ ｃ ｏｎ ｉ ｌｎｅ，ｗｅ ｂ ｌ ｕ ｚ ｏ ｒ ｌｍｏｄ ｌｔ ｅ ｌｚ ｈｅ ｐｒ ｃｓ ｙ ｍｉ ｏ ｒ ｌｔ ｈｅ ｃ ｒ ｏｎ ｃ ｔ ｎｔ ｕｉｄ ａ ｆ ｚ ｙ ｃ ｎｔ ｏ ｅ ｏ ｒ ａ ｉｅ ｔ ｅ ｉ ｅ ｄ ｎａ ｃ ｃ ｎｔ ｏ ｏ ｔ ａ ｂ ｏｎ ｅ ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｃ ｒ ｏｎ ｃ ｔ ｎ ａ ｂ ｏｎ ｅ ｔ；ｓ ｅ ｔ ｕ ａ ａ ｙｓｓ；ｆ ｚ ｏ ｒ ｌ ｐ ｃ ｒ ｍ ｎ ｌ ｉ ｕｚ ｙ ｃ ｎｔ ｏ ；ＡＯＤ
测量 分 析 ， 把 结果 反馈 到 生产 中去 ， 测量 时 间 再 其
远远 不 能满 足冶 炼过 程控 制的实 时性 要求 。如果 能把 现 有 的这种 间 接测 量 改 进 为直 接 在 线 测 量 ，
有 助 于加深 对 冶炼过 程 复杂 机理 的认 识 ， 同时 ， 可
以 预 报 ＡＯＤ 炉 炼 铁 终 点 铁 水 的 碳 含 量 高 低 。 这
第 ３卷 第３ １ 期 ２１ ０ ０年 Ｏ 月 ６
氩氧精炼低碳铬铁生产过程喷溅在线检测系统
Ｍ Ａ Ｈａ ｉ — ｔ ａ ｏ， ＧＵ Ｏ Ｆｅ ｎ ｇ — ｔ ａ ｏ， ＹＯＵ Ｗ ｅ ｎ ， ＸＵ Ｌｉ ａ ｎｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ＆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ １ ２ 。 Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
３ ６ ２
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ． ． ４ Ａｕｇ ．２ ０１ ３
氩 氧精 炼 低 碳 铬 铁 生 产 过 程 喷溅 在 线 检 测 系 统
马 海涛 ， 郭凤 涛 ， 尤 文 ， 徐 亮
（ 长 春 工 业 大学 电 气 与 电 子 工 程 学 院 ，吉林 长 春 １ ３ Ｏ Ｏ １ ２ ）
第 ３ ４卷 第 ４ 期 ２ ０ １ ３年 Ｏ ８月
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
作者简 介：马海涛 （ １ ９ ７ ７ 一） ， 女， 汉族 ， 吉林 长春人 ， 长春工业 大学讲师 ， 博士 ， 主要从事生 产过程信息获取及智能控制方 向研究 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｍａ ｈ ａ ｉ ｔ ａ ｏ ＠ｍａ ｉ ｌ ． ｃ ｃ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ ．＊联系人 ： 尤 ２ ｊ ￣ （ １ ９ ６ １ 一） ， 男， 汉族 ， 吉林长春人 ， 长 春工业大学教授 ， 博士 ， 主要从 事 生 产 过 程 信 息 获 取 及 智 能 控 制 方 向研 究 ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｏ ｕ ｗｅ ｎ ＠ ｍａ ｉ ｌ ． ｃ ｃ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ ．
AOD炉炉温在线检测的研究与实现
文章编号:167427070(2009)0420289204AOD炉炉温在线检测的研究与实现林晓梅1 李慧然1摘要针对AOD红外副枪测温法中多种不确定背景辐射导致的发射率波动问题,提出了基于双色测温原理和黑体等温空腔理论的底枪测温法,稳定了铁水的发射率.应用基于最小二乘法的曲线回归实现红外测温设备的现场校准,完成温度补偿.通过在样炉上的精炼实验证明底枪测温系统具有较高的精度和可重复性,可以满足实际生产的要求.关键词底枪测温;双色测温;等温空腔;现场校准;AOD中图分类号TP216文献标志码A收稿日期2009208217资助项目国家科技支撑计划项目(2007BAQ2 00097)作者简介 林晓梅,女,博士,教授,主要从事信号检测研究.linxiaomei@李慧然(通讯作者),女,硕士生,研究方向为信号检测.autumnfall@1长春工业大学电气与电子工程学院,长春, 1300120 引言I ntr oducti on AOD(A rgon Oxygen Decarburizati on)是氩氧脱碳的简称.AOD炉由于具有原料适应性强、操作简便、投资费用低等优点[1],广泛应用于冶金行业的各种材料精炼中.在AOD炉普遍应用的同时存在一个亟待解决的关键问题,就是AOD炉的测温问题.温度是冶金工业中一个重要的参数,在AOD炉精炼铁合金的过程中,为了更好地控制各种反应的进行,预报铁水成分以及准确地命中终点温度和终点成分,需要对铁水温度做连续的在线检测.AOD炉具有封闭结构,生产中其内部要发生多种化学反应,炉内熔体一般会温升几百度,反应的最高温度可达近1800℃,以上因素都给测温,特别是温度的在线检测带来很大困难.针对AOD炉测温中存在的上述问题,本文从实现角度出发,提出了基于侧吹底枪的红外在线测温方法.1 红外底枪测温法Bott om2lance infrared te mperature measure ment111 测温中常见干扰的消除方法温度连续在线检测主要有接触式测温和非接触式测温两种方法.在高温连续检测中普遍应用的是非接触式测温,红外测温是非接触式测温领域中应用最广的一种测温方式,其应用基础为普朗克公式[2]E bλ=2πhc2λ5・1e hcλkT-1.(1)式(1)中:π,h,c,k均为常数.Ebλ是波长λ和温度T的函数.对于近似的灰体,引入发射率ελ,得到实用的辐射能表达式Eλ=ελEbλ.通过光学滤光系统使λ固定,便可以通过测量Eλ的值求出相应的温度值T,这就是红外传感器工作的基础.但在实际应用中,红外传感器的接收信号会引入很多干扰量.对于AOD炉系统,当选择在AOD炉的顶枪或副枪安排红外探头时,会存在以下几类显著的干扰:高温吹氧在顶枪端口部的剧烈燃烧引入的独立的光噪声;原料带入的大量粉尘以及反应中生成的大量气体对光路的削弱;反应中生成的堆积在铁水顶部没有及时扒除的炉渣产生的背景辐射[3].各种干扰因素如图1所示. 图1 红外测温中的干扰因素Fig .1 I nterfering fact ors in the infraredte mperature measurement 光噪声产生的位置固定,在光路上添加挡板或适当改变副枪位置就可以消除.对于粉尘和气体,常使用双色测温仪表,双色测温的原理基于普朗克公式的一个变换式,表示为K =E λ1E λ2=ελ1ελ2λ1λ2-5e C 2T 1λ2-1λ1.(2)式(2)中:E λ1和E λ2,ελ1和ελ2分别表示目标物体在波长为λ1、λ2处的单色辐射功率和发射率.1500℃以上的铁水温度位于近红外区域,通常满足e C 2/λT 远远大于1,C 2即为式(1)中的hc /k .双色测温的基础就是当传感器由于光路干扰,接收到的辐射能被严重削弱时,两个波长下的干扰近似相等,可以抵消.但这种测温法只能降低光路被削弱的影响,却无法消除背景辐射的影响.设铁水在λ1和λ2处的单色辐射功率分别为E λ1和E λ2,炉渣在λ1和λ2处的单色辐射功率分别为ξλ1和ξλ2,则比值K ′为K ′=E ′λ1E ′λ2=E λ1+ξλ1E λ2+ξλ2.(3)由于炉渣是一种随机性很强的背景辐射,所以K 与K ′一般不相等,且由于ξλ1和ξλ2随机变化,它们之间的关系也不确定.因此,炉渣的背景辐射成为顶部测温中不可控制的干扰因素.112 底枪测温法的可行性AOD 炉底枪从炉的侧壁深入底部,一般为内外管的双层结构,内管吹入氩氧(或者以氮代氩)混合气体,外管吹入冷却剂,精炼时通氩气冷却,非吹炼的空隙时间改吹压缩空气或氮气.在精炼铁合金时底枪内部要保持持续地吹入气体,起搅拌作用的同时,防止高温铁水倒流堵塞底枪,吹入的气体需要维持在一定的速度,速度大小由生产工艺决定.图2给出了一个典型的的20t AOD 炉的精炼工艺曲线[4].图2 底吹气体工艺曲线Fig .2 Technol ogy curve of bott om bl owing gas射流气体在进入铁水后形成一个气体腔,相比于AOD 炉内的铁水体积,这个气体柱所占据的那部分铁水可以视为一个等温腔体,如图1所示.等温腔体的发射率常用积分发射率来表示,当一个腔体完全等温时,对于一个固定安放的探测器,腔体的积分发射率不随腔体的温度和波长而变化,基本保持为一个常数.就是说,等温腔体是一个理想的灰体.铁水空腔在体积变化不大的范围内,可以维持较好的等温性,这为红外测温提供了一个理想的观测点,在几乎没有背景辐射的情况下,保持被测目标的发射率恒定.底枪测温引入了另一个问题,就是底吹气体的降温作用.氩氧混合气体一般在室温吹入,当气液两相以较大的温差相接触时,必然存在一个换热过程.试图对气液两相区进行建模计算换热量是比较困难的,因为大量实验结果表明,气液两相区并不具有规则的界面,实际上存在着大量的气泡[5].换热与搅拌作用都主要由气泡导致,这种干扰以换热为基础,需要对此做温度补偿,为了解决建模的困难,要对测温系统实施现场校准[6].2 现场校准Field calibrati on 现场校准就是将待标定的测温设备置于生产中,用现场测得的温度值拟合出温度曲线.由于AOD 炉底吹气体的主要作用在于大量气泡产生的搅拌作用,底吹气体的主要做功表现也集中于气泡的浮力和膨胀所做的功,消耗在铁水腔体上的功只是其中很小的一部分,所以在做红外测温设备现场校准的时候做如下假设:1)底吹气体的能量主要实现铁水的搅拌,只有很小一部分消耗于底枪空腔处;92林晓梅,等.AOD 炉炉温在线检测的研究与实现.L I N Xiao mei,et al .Research on and i m p le mentati on of online te mperature measure ment f or an AOD furnace .2)相比于铁水的整个升温过程,底吹气体所做的功不足以改变温度变化的整体趋势,只能影响局部形态.有了上述假设,就可以利用统计的方法,通过样本数据对红外设备实施现场校准.将标准热电偶采集到的N 个温度值T i (i =1,2,3,…,N )和双色测温读出电路测得的N 个Ki 值(i =1,2,3,…,N )一起组成样本对空间(K 1,T 1),(K 2,T 2),(K 3,T 3),…,(K N ,T N ),将式(2)重写,并做变换,得K =ελ1ελ2λ2λ15eC 2T 1λ2-1λ1.(4)式(4)中:λ和C 2为定值;ελ1/ελ2是发射率的比值,对于底枪测温法,可以认为其值为定值.令a =(ελ1・λ52)/(ελ2・λ51), b =C 2(1/λ2-1/λ1),则a,b 均为常量,可以得到铁水温度变化曲线具有指数函数的形式.由于底吹气体对铁水具有降温作用,并且依据前面的假设,这种降温作用只是局部的,不足以改变铁水整体的温度变化趋势,可以将这种影响计入参数a 和b 中,通过对a,b 的修正,获得T 与K 的对应关系曲线.将a,b 带入式(4)中,得K =a ・e bT .(5)将式(5)作为经验回归曲线,在样本对空间(K i ,T i )上做基于最小二乘法的曲线拟合,完成红外系统的现场校准.3 实验验证Experi m ental verificati on 在实验室中,以20t AOD 炉实验样机冶炼铁合金,实施现场校准验证上述结论.实验中选择热电偶铂铑302铂铑6,型号K B 2602,外加热保护管,反应时间不大于8s .在48m in 的工艺区间上用热电偶和红外测温设备采集24对样本值,其比色测温电路的读出值和对应温度值如表1所示.在式(5)中,令y =ln K,x =1/T,得到y 关于x 的线性关系式y =bx +ln a .应用最小二乘原理,对此关系式做一元线性回归[7],得a =0157,b =172619,即经现场校准的曲线为K =0157・e172619T.线性相关的显著性检验F 参数为312174,F 0101为7188;相关系数r 为01965,r 0101为01514.由于F >表1 样本对空间Table 1 Space of sa mp le pairs序号Kt /℃序号K t /℃111464015582114563156831145491571411446015825114352159961142871611711438016168114259162191141711627101141521631111141021636121140961640131140651644141140461647151140031652161141151657171139491661181139311666191139071671201138771676211135791679221138361680231138421680241138481679F 0101,r >r 0101,所以线性相关显著.曲线相关系数R xy为01931,数值接近1,曲线拟合效果较好.拟合曲线如图3所示.图3 现场校准拟合曲线Fig .3 Field calibrati on fitting curve将内置校准曲线的样机应用于精炼过程,温度示值与拟合曲线对应关系如图4所示.图4 拟合曲线回归效果Fig .4 Regressi on effect of fitting curve192学报:自然科学版,2009,1(4):2892292Journal of Nanjing University of I nf or mati on Science and Technol ogy:Natural Science Editi on,2009,1(4):2892292从图4中可以看出,铁水温度值基本落在拟合曲线上,尽管原材料成分有所不同,冶炼环境改变了,曲线的拟合效果仍然很好,这是因为底枪测温法中的等温铁水腔体发射率可以保持稳定.4 结论Conclusi on 本文通过对几种AOD 炉炉温连续在线检测方法的可行性进行分析,提出了一种基于底枪的测温方式,消除了随机背景辐射的影响,降低了发射率的波动;再辅助以现场温度校准,提高了测温设备的精度和鲁棒性.由于工艺曲线只用于样机实验,所以文中的数据值不能作为实际中的参考值,需要根据生产要求,按照上述方法实施现场校准.参考文献References[1] 吴燕萍.AOD 设备及工艺设计特点[J ].中国冶金,2007,17(4):45247WU Yanp ing .Device and technol ogy design features of AOD [J ].China Metallurgy,2007,17(4):45247[2] 高魁明,谢植.红外辐射测温理论与技术[M ].沈阳:东北工学院出版社,1989:1172126G AO Kui m ing,X I E Zhi .Theory and technol ogy of infrared radia 2ti on te mperature measure ment[M ].Shenyang:Northeast Engineer 2ing I nstitute Press,1989:1172126[3] Masat o S,Tsuyoshi Y,Ryuji N,et al .Devel opment of ne w tech 2nique for continuous molten steel temperature measurement[J ].N i ppon Steel Technical Report,2004,89:23227[4] 李瑞丽,方爱民.小型氩氧混合脱碳(AOD )炉炼钢工艺[J ].江苏冶金,2007,35(6):46248L I Ruili,F ANG A i m in .Steel 2making p r ocess using a s mall argon 2oxygen m ixture (AOD )furnace [J ].J iangsu Metallurgy,2007,35(6):46248[5] 朱苗勇,萧泽强.钢的精炼过程数学物理模拟[M ].北京:冶金工业出版社,1998:2032222ZHU M iaoyong,X I A O Zeqiang .Mathematical and physical si m ula 2ti on of steel refining p r ocess[M ].Beijing:Metallurgical I ndustry Press,1998:2032222[6] 张忠恒.双波长红外测温仪的研究[D ].天津:天津理工大学,2007ZHANG Zhongheng .Research on double 2channel infrared ther 2mometer[D ].Tianjin:Tianjin University of Technol ogy,2007[7] 林文浩.概率论与数理统计[M ].厦门:厦门大学出版社,2002:3582424L I N W enhao .Pr obability theory and mathematical statistics[M ].Amoy:Xia men University Press,2002,3582424Research on and i m ple ment ati on of onli n e te mperature measure mentfor an AOD furnaceL IN Xiaomei 1 L I Huiran11I nstitute of Electrical and Electr onic Engineering,Changchun University of Technol ogy,Changchun 130012Abstract D irected at the fluctuati on of the e m issivity induced by several kinds of uncertain backgr ound radiati ons in the AOD infrared sub lance method,a kind of bott om lance method has been put f or ward in this paper based on the col ori m etric te mperature measure ment theory and the blackbody is other mal cavity theory,s o that the e m issivity of the hot metal could be kep t stable .The curvilinear regressi on based on the least square method is app lied in a sa m 2p le s pace t o perf or m the field calibrati on and the te mperature compensati on of the equi pment .The experi m ent car 2ried out on a p r ot otype shows a high p recisi on and a good rep r oducibility,thus the bott om lance measure ment syste m can meet the de mands of actual manufacture .Key words bott om lance measure ment;col ori m etric te mperature measure ment;is other mal cavity;AOD;field cali 2brati on292林晓梅,等.AOD 炉炉温在线检测的研究与实现.L I N Xiao mei,et al .Research on and i m p le mentati on of online te mperature measure ment f or an AOD furnace .。
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铁 合金 行 业 冶炼 是 高 温 、 速 、 应 剧 烈 的 过 快 反
程． 因此 直接 测量 温度 困难 较 大 ， 大多采 用 间接测 量
１
的方 法 ． 间接测 量往 往不 如直 接测 量 的信 息准 确 、 而
快速 。冶炼 环境 下温 度 的准确 测量 对反 应终 点 的控
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Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ Ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｈ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｉｍ ｆ ｏ ｌ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｈ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｆ ｆｒｏ ｌ ｙ ． Ｍａ ｅ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｉ ｔ ｅ ｒ ｄ ｃｉ ｏ ｅｒ ａ ｌ ｓ ｏ ｏ ｄ ｉ ｄ ｓ ｉ ｌ ｔ ｓｓ ｆ ＡＯＤ ｕ ｎ ｃ ｉ ｎ ｒ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｎ ｕ ｔ ａ ｅ ｔ ｏ ｒ ｆ ｒ ａ ｅ ｎ ｅ ｏ ｌ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｕ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｄ ｒ ｇ ｈ ｍｅ ｉ ｍ ｌｗ ａ ｂ ｎ ｉ ｄｕ ｏ ｃ ｒ ｏ
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ｆｒｏ ｈｒｍ ｅ ｐ ｏ ｕｃｉ ．Ａｎ ｃ ｌｕ ａｅ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｌｂ ａｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｂａ ｅ ｎ ｔｓ ｅ ｕｌｓ ｅｒｃ ｏ ｒｄ ｔ ｏｎ ｄ ａｃ ｌ ｔｄ ｔｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａｉ ｒ ｔｏ ｕ ｖ ｓ ｄ ｏ ｅ ｔｒ ｓ ｔ，ｂａ ｉ ｌｙ ｉ ｌ ｍｅ ｎｌ ｓｃａｌ ｍｐ ｅ ｎｔｏ ｉ ｎｅ
制及 确 保设 备安 全 又至关 重要 。在氩 氧精 炼技术 生
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中低 碳 铬 铁 过 程 中 的在 线 测 温 技 术 进 行 研 究 和 试
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（ｃｎｍｉ ｔｃｎｃｌ ｅｅｏｍ ｎ ｃｒｏ ｔ ｎ Ｊ ｉ ｅｏ ｏ ｉ ｄｖｌ ｍ ｎ ｒａ Ｊｉ １ ２０ ， ｈｎ） Ｅ ｏｏ ｃ＆ ｅｈ ｉ ｖｌｐ ｅ ｔ ｏｐｒ ｉ ，ｉｎ ｃｎｍ ｃ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｅ，ｉｎ ３ ０ ０ Ｃ ｉ ａｄ ａｏ ｌ ｏ ａ ｌ ａ
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２０１ Ｎ ０４ ２ ． ｒ ． ５ Ｏｔ２２
氩氧精炼 生产 中低碳铬铁炉 内在线测温技术 的 试 验 与探 讨
刘 立 新 丑
（ 吉林 经济技 术开发 区经济技 术开发 总公 司 吉林 中国 １ ２ ０ ） ３ ０ ０
１ 在 线 测 温 原 理
温 度连续 在 线检 测 主要有 接触 式测 温 和非接 触
作 者简 介
收 稿 日期
数 ， 于 近似 的灰体 ， 对 引人 发 射 率 ， 到 实用 的辐 得 射 能表达式 Ｅ ＝ Ａ ｂ ＡｓＥ 。通 过光学 滤 光系统 使 Ａ固定 ， 便 可 以通过 测量 Ｅ的值 求 出相 应 的温 度值 ，这 就
摘 要 探讨 了 铁 合金 生产 中在 线 测 温 的机 理 ， 氩 氧 精 炼 工 艺 生 产 中 低 碳 铬 铁 过 程 中 ， Ａ Ｄ炉 在 线 测 温 技 术 在 对 Ｏ
进 行 了工 业试 验 ， 根 据试 验 结 果 ， 算 出 了温 度 校 验 曲线 ， 本 实 现 在线 测 温 ， 反 应 终 点 的控 制 及 确 保 设 备 安 全 并 计 基 对 具有重要意义。 关键 词 氩 氧 精炼 中低 碳 铬铁 中 图分 类 号 Ｔ６１ － Ｆ ４ －３ ３ 在 线 测 温 文献 标 识 码 Ｂ 文 章 编 号 １０ ．９ ３ ２ １ ）４ Ｏ ２ ． ０ １１ ４ （ ０ ２ ０ ．０ ００ ４
…
式 （ ）中： 黑体 在单 位 面积上 的单 色辐 射功率 ， １ 既一 Ｗ／ｍ Ａ 波 长 ， ｃ ； 一 ｍ；ｃ 真 空 中 的 光 速 ，其 值 为 一 ２９ ｘ ０ ｍ ｓ 一 波尔 兹曼 常数 ，其值 为 １ ８ ｌ ．８ １。 ／ ； ． ×Ｏ ３
Ｊ 一普 朗克常 数 ，其值 为 ６ ２ ６ １ － ・ ； ／ Ｋ； ． ５ ￣ ０３Ｊ Ｓ ６ ４
刖 置
式 测温 两种 方法 。在 高 温连续 检 测 中普遍 应 用 的是 非 接触 式测 温 。红外 测 温是 非接 触式 测温 领 域 中应 用 最广 的一种 测温 方式 。 其应 用基 础为 普 朗克 公 式 。
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