基于火焰多光谱分析的转炉终点控制研究

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1、分类号密级ＵＤＣｆ＾南ｆＩｆ，太＃ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ博士学位论文基于火焰多光谱分析的转炉终点控制研究（题名和副题名）邵艳明（作者姓名）指导教师姓名陈延如教授学位类别工学博士学科名称光学工程研究方向论文提交时间２０１６．０３：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号注１。博士学位论文基于火焰多光谱分析的转炉终点控制研究作者：邵艳明指导教师：陈延如教授南京理工大学２０１６年

2、３月Ｐｈ．Ｄ．ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＢａｓｉｃＯｘｙｇｅｎＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇＥｎｄｐｏｉｎｔＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＦ－ｌａｍｅＭｕｌｔｉｓｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓｐｙＢｙＹａｎｍｉｎＳｈａｏｇＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ．ＹａｎｒｕＣｈｅｎＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｒｃｈ２０１６，声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以

3、标注和致谢的部分外，不包含其他人己经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。玄研究生签名：ｆ松叫年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：年月曰—ｔ｜博士论文基于火焰多光谱分析的转炉

4、终点控制研究摘要业中最主要的炼钢生产方式之一转炉炼钢生产效率高、能耗低，是目前钢铁行，其吹炼终点的准确控制对降低能源消耗、节约生产成本，提高钢产品质量，提升环保能力，，扩大产品范围具有决定性的影响。然而由于转炉炼钢所采用的原料成分不稳定，吹炼过程涉及多种高温环境下复杂的物理、化学反应，吹炼终点的熔池成分受众多因素影响，使得转炉炼钢终点的在线准确控制至今难以实现，这也是全世界冶金行业亟待解决的难题。本文针对上述问题展开研究，具体内容包括以下几个方面：构建了炉口火焰多光谱辐射信息采集系统，该系统能够在炼钢现场的复杂环境

5、下、稳定地实现远距离非接触式的炉口火焰多光谱辐射信息的采集，且采集过程不受转炉的吹炼工艺变化以及转炉炉型差异的影响；将不同吹炼阶段炉口火焰的光谱分布特征和转炉炉前操作工人的经验相结合，分析了转炉吹炼过程中炉口火焰与熔池状态之间所存在的规律。以吹炼过程中与熔池碳含量相关的炉口火焰光谱特征及吹炼参数作为模型的输入变量，分别提出了两种针对于不同的终点目标碳含量范围的基于支持向量机分类与回归混合模型的终点碳含量预报方法。提出了采用吹炼中期的炉口火焰光谱特征等作为输入变量来构建终点磷含量二分类模型的方法。提出了采用炉内钢水作为

6、辐射源来测量辐射采集系统的响应系数的方法，并分别采用双波长法和多光谱法对炉口火焰温度。进行计算考虑到炉口火焰温度与熔池温度之间的联系，构建了基于支持向量机回归算法的终点温度预测模型，实现了熔池温度的在线、非接触式的准确预测。本文所有数据均是在实际的转炉吹炼过程中采集得到的，为了检验所提出。此外的方法与系统的实际应用效果，将上述系统与终点碳温预报模型应用于炼钢厂的实际吹炼过程，本文所构。实验对象均是随机抽样的钢厂正常的吹炼过程。实验结果表明建的终点预测模型能够完全满足炼钢现场的实际要求，在国内外首次实现了采用炉口火焰多

7、光谱分析进行转炉吹炼终点的准确预测，其终点命中率相比于人工经验法的７３％提升了约２０％。本文的研究方法能够适用于不同的转炉炼钢工艺，且不受吹炼过程中复杂的熔池反应的影响，对世界转炉炼钢终点控制技术的发展具有开创性的意义和广泛的应用价值。，关键词：转炉炼钢，炉口火焰，多光谱分析，支持向量机辐射测温法Ｉ博士论文基于火焰多光谱分析的转炉终点控制研究ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｈｉｇｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔｅｅｌｍａｋｉｎ

8、ｇｈａｓｂｅｅｎｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｏｒｔａｎｔｓｔｅｅｌｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｎ