基于ECT检测混合均匀性的系统、方法及实时成像方法

本发明涉及冶金熔池熔炼反应分析，尤其涉及基于ect检测混合均匀性的系统、方法及实时成像方法。

背景技术：

1、顶侧复合强化熔炼搅拌反应器包含富氧顶吹熔池熔炼以及富氧侧吹熔池熔炼。其中，顶吹喷枪根据冶金反应的需要，喷入反应气体，在湍动的熔池内完成化学反应；为使反应更加充分，加入富氧侧吹喷枪，主要通过2个或多个富氧侧吹喷枪对熔池进行富氧熔炼。传统方形熔池熔炼反应器当熔池熔炼反应器出现炉结时，不易处理。因此，亟需一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器来解决上述问题。

2、顶吹以及侧吹搅拌混合是化工、冶金和材料等领域中必不可少的操作环节之一，是相关生产工艺流程过程中的核心步骤，具有重要的应用研究价值。然而传统的实验方法包括数值模拟方法和高速摄像方法已经无法满足实际混合过程的监测，并且检测过程效率低，误差大。为快速准确的判定物料混合的均匀性，预测下一步应添加的物料、气体或燃料中的一种或几种，更准确研究预测混合搅拌中多相流混合动态分布特征，需一种快速、无侵入、测量精度高且可以实时成像的测量方法。而电容层析成像技术是一种用于工业两相流可视化过程的创新技术，其具有结构简单，无侵入、成本低、无辐射、安全性好以及适用范围广等优点。

3、ect技术进行工业应用的关键是能快速有效的得到高精度的介质分布图像，故成像算法的改进和优化成为ect图像重建技术研究领域的主要研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于ect检测混合均匀性的系统、方法及实时成像方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、一方面，为实现上述目的，本发明提供了基于ect检测混合均匀性的系统，包括：顶侧复合熔炼搅拌反应器和ect模块，其中，所述顶侧复合熔炼搅拌反应器包括：钢架、上炉体、铜管水套、下炉体、富氧顶吹喷枪、加料管、出烟管、吹风口、富氧侧吹喷枪、金属流出口、出渣口；所述ect模块包括若干传感器；

3、所述ect模块与所述顶侧复合熔炼搅拌反应器的外侧连接；

4、所述钢架内侧固接所述上炉体，所述上炉体内可拆卸连接所述富氧顶吹喷枪，所述富氧顶吹喷枪顶部伸出所述上炉体外，所述上炉体底面固接并连通所述铜管水套，所述铜管水套与所述钢架固接，所述铜管水套侧壁周向固接并连通若干所述富氧侧吹喷枪，所述铜管水套底部固接并连通所述下炉体，所述下炉体与所述钢架固接，所述下炉体侧壁开设所述金属流出口。

5、优选地，所述顶侧复合熔炼搅拌反应器还包括熔池反应区，所述熔池反应区置于所述下炉体反拱形区域内，通过所述富氧顶吹喷枪与所述富氧侧吹喷枪进行搅拌反应。

6、优选地，所述上炉体顶部一侧固接并连通所述加料管，所述上炉体顶部另一侧固接并连通所述出烟管，所述吹风口距所述上炉体顶部3-3.5m；所述下炉体远离所述金属流出口的一侧上方设置所述出渣口。

7、优选地，所述上炉体和所述下炉体为圆柱体，由耐火材料砌筑形成；所述下炉体内部为反拱形结构，所述上炉体内径小于等于所述下炉体外径。

8、优选地，所述ect模块还包括绝缘管道、传感器测量电极、径向保护电极和屏蔽罩，其中，所述传感器测量电极置于所述传感器外侧，所述径向保护电极与所述屏蔽罩连接，所述传感器测量电极与所述径向保护电极之间设置有海绵双面胶层。

9、另一方面，本发明还提供了应用于基于ect检测混合均匀性的系统的测量方法，包括：

10、熔池反应区通过富氧顶吹喷枪以及富氧侧吹喷枪对物料进行搅拌反应，所述熔池反应区内部的介电常数产生变化；

11、ect模块将所述介电常数的变化转换为电容信号的变化，并将电容信号传输给ect数据采集系统；

12、所述ect数据采集系统进行数据处理，再通过图像重建系统重现介电常数的分布，分析获取混匀时间，实现对顶侧复合熔炼搅拌反应器内物料混合均匀性的测量。

13、优选地，获取所述混匀时间的方法为：

14、采用均匀性评价指标法处理ect图像，获取每隔相同时间的ect图像的每个方格的气液混合相与液相面积比p值，并计算平均值，设定标准差为s值，绘制正态分布曲线，获取均匀性评价指标h，通过所述均匀性评价指标h反映混合的均匀性。

15、本发明还提供了应用于基于ect检测混合均匀性的系统的实时成像方法，包括：

16、基于混合物料电容信号，采用改进landweber算法进行图像重建获得ect图像；

17、基于高通滤波去噪处理所述ect图像，获取去噪ect图像，并提取所述去噪ect图像中的气相区域、液相区域以及气液混合相区域不同颜色的rgb值；

18、通过深度学习算法对所述不同颜色的rgb值进行学习及训练，获取rgb值数据库；

19、基于所述rgb值数据库对所述ect图像进行识别，获得特征提取图，并对所述特征提取图进行灰度处理，获得灰度特征提取图；

20、对所述灰度特征提取图通过色彩对比度定性判别顶侧复合熔炼搅拌反应器内混合物料浓度与分布。

21、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

22、本发明中上炉体和下炉体均为圆柱形，避免了反应器内熔体搅拌不均匀，解决了炉身拐角炉结严重的问题，使其具有结构较为简单、原料适应性强、资源利用率高等优点；由于加入侧吹喷枪，可使熔池搅拌更加均匀，并有效加快反应速率，提高生产效率，降低能耗。ect传感器可通过传感器系统、数据采集系统以及图像重建系统重现混合状态，可有效快速的获取熔池内部的物料分布情况，对进一步反应所加物料、气体或燃料一种及多种提供了反馈预测作用，且本发明所采用ect图像重建算法成像速度快、质量更加稳定并且抗噪声干扰性能优。

技术特征：

1.基于ect检测混合均匀性的系统，其特征在于，包括：顶侧复合熔炼搅拌反应器和ect模块，其中，所述顶侧复合熔炼搅拌反应器包括：钢架、上炉体、铜管水套、下炉体、富氧顶吹喷枪、加料管、出烟管、吹风口、富氧侧吹喷枪、金属流出口、出渣口；所述ect模块包括若干传感器；

2.根据权利要求1所述的基于ect检测混合均匀性的系统，其特征在于，所述顶侧复合熔炼搅拌反应器还包括熔池反应区，所述熔池反应区置于所述下炉体反拱形区域内，通过所述富氧顶吹喷枪与所述富氧侧吹喷枪进行搅拌反应。

3.根据权利要求2所述的基于ect检测混合均匀性的系统，其特征在于，所述上炉体顶部一侧固接并连通所述加料管，所述上炉体顶部另一侧固接并连通所述出烟管，所述吹风口距所述上炉体顶部3-3.5m；所述下炉体远离所述金属流出口的一侧上方设置所述出渣口。

4.根据权利要求1所述的基于ect检测混合均匀性的系统，其特征在于，所述上炉体和所述下炉体为圆柱体，由耐火材料砌筑形成；所述下炉体内部为反拱形结构，所述上炉体内径小于等于所述下炉体外径。

5.根据权利要求1所述的基于ect检测混合均匀性的系统，其特征在于，所述ect模块还包括绝缘管道、传感器测量电极、径向保护电极和屏蔽罩，其中，所述传感器测量电极置于所述传感器外侧，所述径向保护电极与所述屏蔽罩连接，所述传感器测量电极与所述径向保护电极之间设置有海绵双面胶层。

6.应用于权利要求1-5任一项所述的基于ect检测混合均匀性的系统的测量方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，获取所述混匀时间的方法为：

8.应用于权利要求1-5任一项所述的基于ect检测混合均匀性的系统的实时成像方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了基于ECT检测混合均匀性的系统、方法及实时成像方法，系统包括：顶侧复合熔炼搅拌反应器和ECT模块，其中，顶侧复合熔炼搅拌反应器包括：钢架、上炉体、铜管水套、下炉体、富氧顶吹喷枪、加料管、出烟管、吹风口、富氧侧吹喷枪、金属流出口、出渣口；ECT模块包括若干传感器；ECT模块与所述顶侧复合熔炼搅拌反应器的外侧连接。本发明可有效快速的获取熔池内部的物料分布情况，对进一步反应所加物料、气体或燃料一种及多种提供了反馈预测作用，且本发明所采用ECT图像重建算法成像速度快、质量更加稳定并且抗噪声干扰性能优。

技术研发人员：肖清泰,刘佳佳,杨凯,许威,姚钦文
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1