本發(fā)明屬于鋼鐵冶金，特別是涉及一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、轉(zhuǎn)爐煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)中的核心工藝，火點(diǎn)區(qū)溫度直接決定冶金反應(yīng)效率與鋼水質(zhì)量。傳統(tǒng)監(jiān)測手段依賴單一熱電偶或紅外測溫裝置，存在以下局限：(1)高溫熔池噴濺、強(qiáng)氧化環(huán)境導(dǎo)致傳感器壽命短、測量失準(zhǔn)；(2)單點(diǎn)測量無法反映溫度場三維分布，導(dǎo)致噴吹控制粗放；(3)工藝參數(shù)調(diào)整依賴人工經(jīng)驗(yàn)，滯后性強(qiáng)。近年來，雖有研究嘗試采用多傳感器融合技術(shù)，但多源數(shù)據(jù)時(shí)空異步、冶金反應(yīng)動態(tài)耦合等問題尚未有效解決，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)及方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
2、一方面為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括氧槍、供氣模塊、冷卻模塊、通信模塊和邊緣計(jì)算模塊，所述供氣模塊和所述冷卻模塊均與所述氧槍連接，所述氧槍內(nèi)部集成有多模態(tài)溫度傳感器組，所述氧槍的外側(cè)安裝有通信模塊，所述冷卻模塊、供氣模塊和所述多模態(tài)溫度傳感器組均通過所述通信模塊與所述邊緣計(jì)算模塊通信連接。
3、可選的，所述氧槍包括噴頭和保護(hù)套管，所述噴頭設(shè)置于所述氧槍的末端，所述保護(hù)套管安裝于所述噴頭內(nèi)部，所述保護(hù)套管內(nèi)設(shè)置有所述多模態(tài)溫度傳感器組。
4、可選的，所述保護(hù)套管包括氮化硅陶瓷層和設(shè)置于所述氮化硅陶瓷層的外層的液態(tài)金屬冷卻夾層。
5、可選的，所述多模態(tài)溫度傳感器組包括激光紅外溫度傳感器、光纖溫度傳感器和微型熱電偶。
6、可選的，所述供氣模塊包括依次連接的氣體增壓機(jī)和儲罐。
7、可選的，所述冷卻模塊包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、進(jìn)水管路和回水管路，進(jìn)水管路和回水管路一端與水冷卻系統(tǒng)相連，另一端與氧槍相連。
8、可選的，所述邊緣計(jì)算模塊包括主控制器和與所述主控制器電連接的多傳感器數(shù)據(jù)融合模塊、動態(tài)控制指令生成模塊、數(shù)字孿生預(yù)測模塊和應(yīng)急響應(yīng)模塊。
9、另一方面為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測方法，應(yīng)用于所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
10、s1.通過氧槍內(nèi)部集成的多模態(tài)溫度傳感器組實(shí)時(shí)采集火點(diǎn)區(qū)多維溫度數(shù)據(jù)，所述多維溫度數(shù)據(jù)包括激光紅外光譜數(shù)據(jù)、光纖振動頻率信號及熱電偶電勢信號；
11、s2.通過通信模塊將所述多維溫度數(shù)據(jù)上傳至邊緣計(jì)算模塊，利用多傳感器數(shù)據(jù)融合模塊對異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空校準(zhǔn)，建立溫度場三維分布模型；
12、s3.動態(tài)控制指令生成模塊基于所述溫度場三維分布模型，結(jié)合預(yù)設(shè)冶煉工藝曲線，計(jì)算氧槍噴頭供氣參數(shù)修正量及冷卻水流量調(diào)整量，其中供氣參數(shù)修正量包括氧氣-惰性氣體混合比例、氣體壓力及噴吹速率；
13、s4.通過數(shù)字孿生預(yù)測模塊構(gòu)建轉(zhuǎn)爐冶金反應(yīng)動力學(xué)仿真模型，注入實(shí)時(shí)工藝參數(shù)進(jìn)行推演，預(yù)測未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)溫度演變趨勢，并逆向優(yōu)化當(dāng)前控制參數(shù)；
14、s5.將優(yōu)化后的控制參數(shù)通過通信模塊下發(fā)至供氣模塊和冷卻模塊，其中供氣模塊的比例混合器根據(jù)指令動態(tài)調(diào)整混合氣體組分，氣體增壓機(jī)分級調(diào)節(jié)輸出壓力；冷卻模塊的氧槍冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通過變頻水泵調(diào)整進(jìn)水管路流速；
15、s6.應(yīng)急響應(yīng)模塊持續(xù)監(jiān)測異常溫度梯度特征，當(dāng)檢測到局部溫升速率超過安全閾值時(shí)，觸發(fā)多級聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)制，所述多級聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)制包括一級響應(yīng)啟動強(qiáng)制冷卻模式，二級響應(yīng)切斷供氣模塊并提升氧槍高度；
16、s7.通過邊緣計(jì)算模塊的主控制器建立反饋控制回路，以設(shè)定的溫度分布均勻性指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，采用模型預(yù)測控制算法動態(tài)更新s3-s5的控制參數(shù)，形成閉環(huán)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
17、本發(fā)明的技術(shù)效果為：
18、本發(fā)明提供的智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過多模態(tài)溫度傳感器組實(shí)時(shí)采集火點(diǎn)區(qū)的多維溫度數(shù)據(jù)，并結(jié)合邊緣計(jì)算模塊的多傳感器數(shù)據(jù)融合、動態(tài)控制指令生成、數(shù)字孿生預(yù)測和應(yīng)急響應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐冶煉過程的精準(zhǔn)監(jiān)測和智能調(diào)控。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)校準(zhǔn)異構(gòu)數(shù)據(jù)，建立溫度場三維分布模型，并通過動態(tài)調(diào)整供氣參數(shù)和冷卻水流量，優(yōu)化冶煉工藝參數(shù)，顯著提高冶煉效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)模塊能夠快速檢測異常溫度梯度特征，并觸發(fā)多級聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)制，有效防止設(shè)備過熱和熔渣滲入，顯著提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
19、本發(fā)明通過邊緣計(jì)算模塊的閉環(huán)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)能夠以溫度分布均勻性為優(yōu)化目標(biāo)，采用模型預(yù)測控制算法動態(tài)更新控制參數(shù)，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)機(jī)制。這種自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力不僅提高了系統(tǒng)的智能化水平，還顯著降低了人工干預(yù)需求，減少了能源消耗和生產(chǎn)成本，為轉(zhuǎn)爐冶煉過程的高效、安全、智能化運(yùn)行提供了有力支持。
1.一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括氧槍(1)、供氣模塊(2)、冷卻模塊(5)、通信模塊(4)和邊緣計(jì)算模塊，所述供氣模塊(2)和所述冷卻模塊(5)均與所述氧槍(1)連接，所述氧槍(1)內(nèi)部集成有多模態(tài)溫度傳感器組，所述氧槍(1)的外側(cè)安裝有通信模塊(4)，所述冷卻模塊(5)、供氣模塊(2)和所述多模態(tài)溫度傳感器組均通過所述通信模塊(4)與所述邊緣計(jì)算模塊通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述氧槍(1)包括噴頭和保護(hù)套管，所述噴頭設(shè)置于所述氧槍(1)的末端，所述保護(hù)套管安裝于所述噴頭內(nèi)部，所述保護(hù)套管內(nèi)設(shè)置有所述多模態(tài)溫度傳感器組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)套管包括氮化硅陶瓷層(6)和設(shè)置于所述氮化硅陶瓷層(6)的外層的液態(tài)金屬冷卻夾層(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述多模態(tài)溫度傳感器組包括激光紅外溫度傳感器、光纖溫度傳感器和微型熱電偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述供氣模塊(2)包括依次連接的氣體增壓機(jī)和儲罐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻模塊(5)包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、進(jìn)水管路和回水管路，進(jìn)水管路和回水管路一端與水冷卻系統(tǒng)相連，另一端與氧槍(1)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述邊緣計(jì)算模塊包括主控制器和與所述主控制器電連接的多傳感器數(shù)據(jù)融合模塊、動態(tài)控制指令生成模塊、數(shù)字孿生預(yù)測模塊和應(yīng)急響應(yīng)模塊。
8.一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種智能自適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：