[00108884]基于 LIBS 炉外精炼在线检测智能装备样机研发

成果简介：

钢铁工业是国民经济及国防建设的基础材料供应商，钢铁产品广泛应用于汽车、交通、机械、桥梁、石油、化工、电力、建筑等行业。随着国家供给侧改革及碳中和排放等政策的落地实施，精准化、自动化、智能化控制是提高产品质量及节能降耗的重要途径之一，高端钢铁产品关系到产业转型升级及高质量发展。

精炼过程是钢铁冶炼过程的重要工序，精炼起着脱氧、脱碳、脱硫、去气、去除杂质、夹杂物改性、调整钢液温度和成分（合金微调整）的作用，是提高钢铁产品质量、冶炼高端钢种、优化生产工艺流程、提高生产效率、保障连铸稳定顺行的重要环节。精炼过程终点控制是关系到钢铁产品质量的关键控制工序，其最终目标为定时、定温、定成分。

目前精炼过程温度及成分检测采用离线及间歇式检测，未实现实时检测。成分及温度采用预报模型，导致工艺控制缺乏实时性及准确性。冶炼过程的控制精度低、终点命中率低、智能化程度低、控制难度大，针对这些问题采用 LIBS 技术手段开发精炼过程温度及成分在线检测智能装备，可实现功能如下：

1. 氧枪与 LIBS 光路系统集成，智能化检测装备可自动完成破渣、吹气、测距聚焦、激发脉冲激光、光谱收集、钢水温度及成分在线检测的功能。

2. LIBS 系统可实现同轴光路，远距离 1.5-2m 光路聚焦和收光的功能。

3. 提高光谱质量和定量分析数学模型算法的优化。

技术优势：

1. 通过改造氧枪，研发炉外精炼在线检测智能装备，实现对过程样品成分温度的快速检测与分析。为优化工艺操作提供基础数据，进而达到提高钢水质量、减少炉次间差异、缩短冶炼周期、降低能耗的目标。

2. 远距离 LIBS 光路系统搭建，可实现光路系统与氧枪设备的集成；可实现同轴光路，远距离 1.5-2m 光路聚焦和收光的功能。

3. 集成高温精炼环境成分及温度检测所需的软硬件设备，集成开发成分及温度在线检测算法；集成设计炉外精炼在线检测装备样机的总体应用方案，并应用于生产工业现场。

4. LIBS 高温钢水成分检测与智能装置开发还包括以下几个方面优势：

①高精度自动聚焦装置的开发；

②高精度 LIBS 时序控制装置的开发；

③光谱预处理、光谱分析模型的开发；

④快速、稳定的光谱数据存储与读取软件的开发；

⑤高效的元素光谱数据库设计与开发。

性能指标：

钢液渣层厚度 30~40mm，吹气枪持续工作 10~15s 后，观察钢渣破裂情况，若钢液面具备检测条件，则在下氧枪过程中进行温度检测，待激光测距仪检测确定检测枪距离液面位置约为 1.5m 时，进行相应的成分检测。

市场分析：

1. 炉外精炼在线检测智能装备样机研发项目，主要应用于精炼炉氧枪破渣、吹气、钢液成分温度检测，该研究方法也可推广到转炉、电炉等领域。

2. 可推广国内外钢铁冶炼或其他金属冶炼行业。

经济效益分析：

1. 为企业的钢铁生产提供了质量保障，通过提高钢水质量缩短了钢铁冶炼周期，减少炉次间差异，降低能耗，优化了工艺流程提供了基础数据。

2. 解决了钢铁冶炼过程中高温钢水成分及温度无法在线检测的难题。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权；研究成果已授权相关发明专利 2 项；已进入实质审查相关发明专利 1 项。

2. 成果来源：苏州宝联重工企业横向项目炉外精炼在线检测智能装备样机研发。

3. 技术先进性：国内领先,能实现对高温约 1400℃钢水成分及温度快速在线检测与分析。