[发明专利]一种高炉铁水硅含量在线检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种高炉铁水硅含量在线检测方法及系统，通过采集标准实验样品光谱数据与高炉铁水在线光谱数据，对在线光谱数据进行预处理，获得铁水各元素的光谱分析线，提取铁水各元素的光谱分析线的光谱特征量，基于光谱特征量，采用广义回归神经网络建立定标模型，并基于定标模型获得高炉铁水硅含量，解决了现有高炉铁水硅含量在线检测精度低的技术问题，充分结合铁水成分含量、检测环境等特点，基于谱线展宽机制求得铁水样本中关键元素的分析谱线最优线型，并对分析谱线最优线型进行参数优化，以及获取谱线积分强度特征，从而更准确的得到光谱特征信息与微量元素含量的定标模型，进而基于定标模型实现高炉铁水硅含量的高精度在线检测。

技术领域

本发明主要涉及高炉炼铁检测领域，特指一种高炉铁水硅含量在线检测方法及系统。

背景技术

钢铁是制造业的关键原材料之一，高炉炼铁是钢铁生产的上游和关键工序。高炉冶炼的主要产品是生铁，包括炼钢生铁与铸造生铁，铁水成分信息是高炉产品质量的重要表征，也是对高炉炼铁工作状态的间接反馈，能对转炉炼钢和铸件质量的提供炉前指导。优质铁水是冶炼“高纯净”优质钢的前提和提高钢材产品质量的基础。由于高炉冶炼使用的原料多源、多类，冶炼过程的化学反应条件严苛，铁水中除了铁元素外还存在硅、锰、磷、硫、碳、钛等微量元素。其中，高炉铁水硅含量是衡量高炉冶炼过程中炉况稳定性与产品质量的重要生产指标，也是表征高炉热状态及其变化趋势的关键变量。硅含量的准确检测能够反应高炉炉况，为高炉布料、送风等操作制度提供实时反馈信息，进而降低冶炼焦比、提升生铁质量。因此生铁硅含量的高精度在线检测对提升钢铁质量、降低高炉冶炼能耗具有重要的意义。

本发明检测对象为大型高炉铁水中的硅含量(也适用于其它元素的检测)，由于高温、熔融态等特性，极大地增加了直接检测的难度。现有技术中，其主流检测的方法主要有现场离线化验检测与在线预测两种形式。其中，高炉冶炼现场对生铁硅含量检测方法主要通过对铁水采样、制样后，使用重铬酸钾溶液滴定测量，检测信息具有严重的时滞性；硅含量在线预测方法主要依靠人工经验与大量历史数据，对实际生产环境变化等影响因素的抗干扰性不强。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过利用脉冲激光聚焦到检测对象上，检测对象烧蚀过程产生等离子体，等离子体膨胀消失过程中自发光，使用光谱仪采集并解析等离子体的光谱信号，根据光谱信号特征对样品进行定性与定量分析。LIBS技术具有不受检测对象状态限制、无损快速检测等优势，成为工业在线成分检测的新方法。但由于铁水中硅含量所占比例小、铁基体干扰大，高炉现场环境多粉尘、强辐射等多方面因素影响，使用LIBS技术实现铁水硅含量在线检测在提升检测精度方面还有待改进。

专利公开号CN110097929A发明专利是一种高炉铁水硅含量在线预测方法，主要思想是根据高炉硅元素传输机理,从高炉作业参数中选择影响铁水硅含量的参数作为预测模型的输入变量,采用皮尔森相关性分析方法确定输入变量与铁水硅含量之间的滞后时间,再对输入变量的样本数据和预测数据进行标准化处理,消除量纲不同对模型预测准确度的影响,采用核极限学习机对下一时刻的铁水硅含量进行预测,采用滑动窗更新的方法对训练集数据进行在线更新,引入遗传算法对核极限学习机模型的关键参数进行优化，能够实时更新网络的参数具有良好的自适应性，但当前时刻的数据再波动时刻依然对前一时刻硅含量具有极强的依赖，波动时刻的硅含量预测精度有待验证。

专利公开号CN109975274A发明专利是一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，该装置包含脉冲激光器、光谱仪和光电探测器、时序控制器、同轴采集光路、铁水在线取样设备和计算机等主要组成部分，通过激光诱导击穿光谱技术对铁水硅含量进行在线快速检测，主要特点在于铁水在线取样设备的设计，对于高炉现场铁水取样有很大帮助，但缺乏对检测技术本身的检测精度的考虑。

发明内容

本发明提供的高炉铁水硅含量在线检测方法及系统，解决了现有高炉铁水硅含量在线检测精度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的高炉铁水硅含量在线检测方法包括：

采集标准实验样品光谱数据与高炉铁水在线光谱数据；