第32卷，第11期 2012年11月
光谱学与
光谱分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
氧气顶炉口火焰温度多光谱分析王勇青，陈延如，赵
琦，，陈斐楠，陈晶晶
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京210094
Vol. 32,No.11,pp2920-2924
November, 2012
摘要采用多波长分析方法测量氧气顶回转炉口火焰温度的研究。在该方法中，采用USB4000型光纤光谱仪测量火焰在可见光波长范围内的火焰辐射光谱，结合Levenberg-Marquardt最优化算法，得到火焰温度和单色辐射率变化规律。本文还提出了采用小波神经网络处理多光谱测温数据，该方法可以取消发射率与波长之间的假设模型，是-一种获得目标真温及发射率行之有效的方法。网络中隐含层的神经元是由S函数和Morlet小波函数的乘积组合构成，在通近火焰温度中具有良好的表现。
多光谱；火焰温度；神经网络；小波；氧气顶回转炉
关键词
中图分类号：0433.1
引言
文献标识码：A
DOl:10.3964/j.issn.1000-0593(2012)11-2920-05
1实验部分
氧气顶回转炉(BOF)炼钢的终点控制是指当经过一系列吹炼反应后，所炼钢种的碳、硫、磷等含量和温度均能达到出钢的要求。在热力学平衡条件下，炉口燃烧火焰的温度间接反映了炉渣的温度及钢水的温度。炉口火焰温度与氧气顶回转炉运行参数有很大关系，炉口火焰温度很好地反映了氧气的调节过程、钢水内碳氧反应的剧烈程度（脱碳速率)、炉口CO和CO及碳氢化合物的浓度等。常用的燃烧火焰温度测量包括接触式温度测量和非接触测量。伴随CCD光电检测器件生产技术的进步，现在的便携式光谱仪已经达到很高的光谱分筛率和光谱测量范围，这为多光谱火焰温度测量技术的发展提供了有力的技术支持。多波长光谱辐射测温法是利用目标的多个光谱辐射测量信息，经过数据处理得到目标的真温及光诺发射率。真温的获得依赖于目标的光谱发射率，各波长通道内的有效波长及辐射量信息。基于多光谱辐射测温理论！)，采用实验室自主研发的转炉炼钢辐射监测系统，对转炉口火焰辐射强度信息进行实时的采集，并利用降噪算法进行预处理，结合火焰发射率模型及小波神经网络的数据处理方法构建模型进而取消发射率模型方程，对炉口火焰温度进行实时测量，从而对钢水温度实现在线实时监控与映射。
收稿日期：2012-06-07，修订日期：2012-08-28
氧气顶回转炉口火焰的主要成分是由水蒸气、一氧化碳、二氧氢化碳和炭黑粒子组成，其中水蒸气和二氧化碳分子对辐射能量存在着选择性吸收的特征：水蒸气分子的吸收波段主要集中在1.4~1.9~2.7~6.3~10m，而二氧化碳分子主要集中在2.0~2.7~4.3~1.5m，相比之下，炭黑粒子具有连续热辐射的特性。因此，如果选取得入射光波长能够避开上述这些波长区城的话，就能够用炭黑粒子的单色辐射率近似地表示火焰的单色辐射率，考虑到工业发光火焰的辐射特性接近灰体特性，在可见光波段具有明显的辐射能力，这对我们选择合理的光电探操测器件具有指导意义。在转炉炼钢辐射监测系统中的光谱仪是海洋光学的USB4000，使用Labview软件来设计数据采集软件系统。光谱仪的技术规范如下：物理特性尺寸为89.1mm×63.3mm×34.4mm，重量为190g，探测器为东芝TCD1304AP，线阵CCD探测范围为200～1100nm，像素为3648pixel，像素尺寸为8μm X200um，像素阱深为100000，电子信噪比为300：1（全信号），A/D16位暗晚声为12RMScounts，校正线性度大于 99.8%，灵敏度为400nm:130photon/count;600nm:60 photon/count。在对青岛钢铁控股集团有限责任公司二号炼钢炉口200多次的光谱信息采集中，发现炉口火焰光谱主要由背景辐射光谱和原子发射特征谱线组成。
基金项目：国家(863)计划项目(2007AA04Z181)资助
作简介：王勇青，1985年生，南京理工大学电子工程与光电技术学院博士研究生
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万方数据
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