具有时变覆盖层的连铸中间包钢水液位测量方法研究

Molten steel level in tundish is an important metallurgical parameter. As a result of the high-temperature medium and the time-varying covering slag, the existing sensing technologies and measuring methods cannot be used in the tundish..By utilizing the stratification of temperature gradient in metallurgical processes, the project proposes a new measuring principle, that is, using temperature gradient to distinguish the molten metal and the covering slag, and the method is using a refractory sensor to sense the temperature gradients of the different layers. For practical applications, there are two challenges for the newly proposed principle and method: dynamic changes of the temperature gradient distributions and slag adhesion on the sensor surface disabling the extraction of true temperature gradients. By exploring the slag adhesion characteristics, three models are proposed to identify the molten metal level: the temperature gradient model, the slag adhesive thickness model, and the slag adhesive flowability model. Via multi model fusion, accurate identification of the molten steel-slag interface is studied: (1) for the temperature gradient model, convolutional calculations via deep neural networks are adopted; (2) for the slag adhesive thickness model, clustering of the slag adhesive thickness histogram is adopted; (3) for the slag adhesive flowability model, piecewise linear regression of the spliced trajectory of optical flow analysis is adopted; (4) model identification and fusion of the results by the multi models.

连铸中间包钢水液位是重要的冶金工艺参数。受高温介质和不断变化的覆盖层遮挡等因素影响，现有传感器和测量方法均无法在连铸中间包得到应用。.根据冶金工艺自身的温度梯度分层特点，本项目提出新的测量原理——利用温度梯度区分钢水和覆盖层，并建立利用耐火材料感知器获取各介质温度梯度的测量方法。以工业实用化为目标，新的测量原理和测量方法面临温度梯度分布动态变化以及感知器表面被粘渣覆盖导致真实温度梯度分布无法获取的难点。为此，发掘并利用粘渣特性，提出三种模型识别钢水液位：温度梯度模型、粘渣厚度模型和粘渣流动性模型，通过多模型融合研究钢水-覆盖层分界面的准确识别：（1）基于温度梯度模型，采用深层神经网络进行卷积计算识别；（2）基于粘渣厚度模型，采用粘渣厚度直方图的聚类分析进行识别；（3）基于粘渣流动性模型，采用光流分析拼接轨迹的分段线性回归进行识别；（4）模型的辨识及多模型识别结果的融合。

受高温介质和覆盖层遮挡的影响，中间包钢水液位是冶金领域的检测难题，而中间包钢水液位是影响产品质量的重要工艺参数。.结合钢铁冶金工艺特点，本项目提出新的测量原理——利用温度梯度测量钢水液位。新的测量原理面临温度梯度分布动态变化以及感知器表面被覆盖层粘附导致温度梯度分布无法获取的难点。以工业实用化为目标，本项目主要开展了以下四方面研究工作：（1）利用温度梯度测量钢水液位的测量原理研究；（2）复杂工艺条件下多模型融合的钢水液位识别方法研究；（3）中间包钢水液位测量装置的研制；（4）中间包钢水液位测量工业应用试验。.项目组人员在执行期内完成了预期研究目标，取得了如下研究成果：.（1）对利用温度梯度测量钢水液位这一新原理展开了深入研究，实现了温度梯度分布不断变化和不确定情况下钢水液位的准确识别，解决了感知器表面被液态覆盖层粘附（粘渣）无法获取真实温度梯度分布的测量可靠性问题。.（2）研制了中间包钢水液位测量装置，开发了中间包钢水液位测量系统，在国内三家钢厂开展了大量工业应用试验，对测量原理和测量方法进行了持续改进和完善。.（3）本项目的研究成果在两家钢厂实现了示范性应用，达到以下技术指标：测量范围50～1200 mm, 测量误差<5 mm，响应时间< 1 s，满足现场测量需求并得到客户高度认可，为钢厂创造了可观的经济效益。