图像处理和数值分析在加热炉钢坯中的应用

【摘要】我国一直的发展标准都是向工业化发展,而钢铁业的发展更是重中之重,目前国内钢铁业的发展形势还是比较乐观的,但是与发达国家相比差距还是很大的。因此,进一步提高钢铁的质量和工艺水平是刻不容缓的,只有这样才能提高国家在钢铁行业的竞争力,才能更好的发展自己的经济水平,提高整体的综合国力,实现真正意义上的国富民强。现在的研究看重的是钢材表面的温度,而且方法大都是通过使用热电偶获得步进式加热炉炉膛周围的气氛温度,再通过长期获得的经验公式推算出钢材的表面温度,然后再结合传热学的相关知识使用一些工业中通用的计算软件获取所要的温度。因此导致在实际的生产过程中,通过经验方法获取的钢材表面的温度,会因为各种仪器和周围环境的因素以及钢材本身材料的各向异性等因素而存在部分误差。准确的获取步进式加热炉内钢材的表面温度并推导出其内部的温度,一直以来是各部门和专业领域的研究方向。近十几年来,伴随着材料学的革新和计算机应用技术以及光电检测技术的快速发展,红外比色测温技术在各个研究领域和方向中得到广泛发展和应用。在相关测温论文研究中,我们通过把红外双波长比色测温方法运用到步进式加热炉的大方坯当中,从而直接测得大方坯的表面温度。然而,在步进式加热炉中的均热段,由于钢材本身氧化烧损的性质会出现“鱼鳞”,针对这个问题的相关研究主要是如何避免氧化烧损；同时考虑到现场钢材材料的各向异性和导热系数不断变化的一系列问题,没有作出相关的处理而是直接视为均一性的物质处理。最后通过有限元法和热传导法对热量从大方坯表面到内部的传导过程进行了实时的温度分析,从而在实时监测获得的表面温度的基础上,通过有限元模拟获得方坯中心的温度。但是针对上述研究的结果,关于如何实时的通过数值分析获得与钢坯在均热段和加热段中心温度同步的时间问题,并没有详细的研究讨论。本论文首先从红外辐射度学的知识和Planck定律出发,这其中具体包括传热学的控制方程和一些附加的初始和边界条件。然后从数字图像出发通过几种算法分析对氧化烧损的进行处理,最终得到通过CCD获得的灰度图像。最后说明所采用的红外双波长比色测温系统,以及整个实时监测温度的流程,单光路红外比色测温系统和一些主要的相关硬件。例如：在现场工业三段式加热炉中对现场灰度图像实时采集和进行相关数字图像分析处理的分析软件和把光能向电能相互转换的器件以及光学现场监测工程系统等。关于红外比色测温方法所采取的最佳匹配双波长组合的方法；同时采用三种滤波方法来降低周围环境和热点器件产生的噪声干扰,即：多图平均、均值滤波和中值滤波等基础知识,相关论文已有介绍。本论文重点详细介绍了几种灰度图像算法的分析处理过程,最后再通过对方坯热传导过程进行有限元方法的分析,并将双波长比色测温方法所监测到的方坯的实时表面温度视为方坯热传导过程的第一类边界条件,用微元思路把时间和表面、中心温度相对应的相关内容。
【作者】张明；
【导师】吴海滨；
【作者基本信息】安徽大学，光学，2014，硕士
【关键词】双波长红外比色测温；数字图像处理；热传导；有限元分析；

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