转炉出钢注流目标跟踪系统设计与卷渣过程数值模拟

论文摘要

为提高钢材质量,转炉出钢时,应减少转炉流入钢包中的钢渣含量。基于图像处理的下渣检测系统能准确判断下渣点,带动挡板进行挡渣工作。本课题的目的是为下渣检测系统提供出钢注流目标跟踪设备,通过减小图像的复杂度,提高检测系统的精度和处理速度；针对出钢末期存在的卷渣现象,使用Fluent流体仿真软件对其进行数值模拟,得出出钢注流中钢渣表面含量与钢渣入口实际含量、钢渣入口速度等的关系。在出钢注流目标跟踪控制系统设计中,目的是通过摄像机采集运动目标的视频图像序列,经图像处理,得到目标的运动参数,以此作为依据控制摄像机始终指向运动目标,使目标始终位于图像显示区的中心。首先,从分析系统行为入手,将系统划分为摄像机指向的闭环控制系统和图像处理及分析系统两个大的部分,并在此基础上确定了控制系统框图。然后根据两个分系统的各自要实现的功能,划分并实现了各个功能模块,分析并解决了功能模块实现中遇到的问题。最后,在步进电机控制摄像机指向的控制系统设计中,一是给出了目标运动的预测算法,并进行预测模块的设计；二是设计了电机的参数初始化和控制源程序；三是建立系统的工作流程,并针对遇到的特殊情况,如图像采集系统的噪声、位移极小运动的累积使目标移出预测区,给出处理方法。针对出钢末期出钢流卷渣现象,运用Fluent流体软件进行数值模拟。目的是找出出钢注流中钢渣表面含量与钢渣入口实际含量的关系。首先对要模拟对象进行数学建模,一是建立了几何模型,并对计算区域进行离散化；二是建立了计算模型,针对计算机计算能力的限制和转炉复杂的转动控制系统的限制,将计算模型进行了假设,并计算了模拟时需要用到的参数,如运动粘度、钢流流动状态、钢水与钢渣表面张力的具体数值；三是计算出模拟所需的边界条件和初始条件。然后在求解过程中,对参数如求解器、计算模式、计算模型等的设置进行选择。最后对所模拟的流场运动结果进行了分析,得出钢渣表面含量与入口含量、出钢口倾斜状态和钢渣与钢水入口相对速度的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 图像处理与跟踪技术应用现状
• 1.2.1 图像跟踪技术应用现状
• 1.2.2 本课题所用跟踪算法
• 1.3 本课题所做主要工作
• 第2章 转炉出钢注流目标提取与跟踪
• 2.1 单帧图像的获取与预处理
• 2.1.1 单帧图像的采集
• 2.1.2 注流单帧图像的预处理
• 2.2 单帧图像的目标质心定位
• 2.2.1 图像目标的检测
• 2.2.2 图像质心的计算与提取
• 2.3 注流连续帧图像目标质心提取
• 2.3.1 注流连续帧图像的处理
• 2.3.2 图像质心数据去抖动处理
• 2.4 影响注流目标质心跟踪的因素及解决措施
• 2.4.1 钢包大口下渣对目标质心跟踪的影响及解决措施
• 2.4.2 解决大口下渣前后跟踪效果对比
• 2.4.3 烟雾与火焰对目标质心跟踪的影响及解决措施
• 2.5 小结
• 第3章 转炉出钢注流目标跟踪控制系统设计
• 3.1 控制系统分析
• 3.1.1 控制系统分析
• 3.1.2 本课题所用控制系统
• 3.2 与目标跟踪有关概念的建立
• 3.2.1 图像采集平面上目标运动轨迹投影分析
• 3.2.2 角度跟踪设想的建立
• 3.2.3 课题所用目标预测方法
• 3.3 步进电机跟踪部分设计
• 3.3.1 电机控制方式的选择和控制参数的设置
• 3.3.2 电机跟踪算法的设计
• 3.4 中央处理单元的设计
• 3.4.1 运动分析模块的设计
• 3.4.2 预测模块的设计
• 3.5 系统工作流程及特殊情况的处理
• 3.5.1 系统正常工作流程
• 3.5.2 特殊情况的处理
• 3.6 小结
• 第4章 转炉出钢中卷渣过程数值模拟
• 4.1 卷渣过程计算模型建立
• 4.1.1 模型的基本假设
• 4.1.2 卷渣数学模型的建立
• 4.1.3 几何模型建立与计算区域离散化
• 4.2 边界条件与初始条件求解
• 4.3 出钢卷渣仿真过程
• 4.3.1 计算网格划分
• 4.3.2 仿真模型求解流程
• 4.4 流场模拟结果与分析
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢