基于LabVIEW的火焰光谱分析系统研究
毕业论文关键词 ： 火焰 光谱辐射 转炉炼钢 温度测量 数据处理Title Title Title Title : : : : S tudy on F lame S pectrum A nalysis S ystemBased on LabVIEWAbstract Abstract Abstract AbstractBOF endpoint prediction is of great significance for industrialproduction . In t his paper , the prediction of the temperature of BOFsteelmaking based on the radiation information of flame at the furnacevessel mouth is studied . Due to the influence of the actualenvironment ,f lame spectroscopic data are of great fluctuation . This paperpresents some methods for processing fluctuation curve s. In addition ,a ftertesting the commonly used dual-wavelength temperature measurementmethod ,t hree wavelength equation is used to measure the temperature basedon the assumption that the flame is a gray body approximation and r esultsgood . Some of the data processing methods and temperature measuring method sis presented in this paper are not only suitable in the steelmakingindustry ,they can also be used when the fl ame radiation information isavailable .
Key words : Flame Spectral Radiance Converter Steelmaking TemperatureMeasurement Data Processing
目次
1引言1
1.1研究背景及意义.1
1.2本文的研究内容.6
2光辐射测温6
2.1辐射测量基础.6
2.2火焰及光谱分析.19
2.3火焰（炉内）温度测量.23
3火焰光谱分析26
3.1炉口火焰信息的处理.26
4模型测温方法36
4.1光传播的损耗.36
4.2光谱图的数学分析.38
5工作总结42
结论44
致谢45
参考文献46
1 1 1 1 引言引言引言引言1.1 1.1 1.1 1.1 研究背景 研究背景 研究背景 研究背景 及意义 及意义 及意义 及意义
1.1.1 转炉炼钢的重要性钢铁在当今社会占据着非常重要的位置 。 现代任何国家是否发达的主要标志是其工业化及生产自动化的水平 ， 即工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一 。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备 。 钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料 ， 属于基础材料工业的范畴 。 钢铁还可以直接为人民的日常生活服务 ， 如为运输业 、 建筑业及民用品提供基本材料 。 在一定意义上 ， 一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度 [1]。炼钢的基本任务是脱碳 、 脱磷 、 脱硫 、 脱氧 ， 去除有害气体和非金属夹杂物 ，提高温度和调整成分。归纳为 ： “ 四脱 ” （碳、氧、磷和硫 ） ， “ 二去 ” （去气和去夹杂 ） ， “ 二调整 ” （成分和温度 ） 。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温 ，加脱氧剂和合金化操作 [2]。炼钢的方法 ， 一般可分为转炉炼钢 、 平炉炼钢和电炉炼钢三种方法 。 而本课题与转炉炼钢密切相关 。 这种炼钢法使用的氧化剂是氧气 。 把空气鼓入熔融的生铁里 ， 使杂质硅 、 锰等氧化 。 在氧化的过程中放出大量的热量 ， 可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
1.1.2 转炉炼钢的过程以及终点判断的重要性转炉炼钢是在转炉里进行 。 转炉的外形就像个梨 ， 内壁有耐火砖 ， 炉侧有许多小孔 ， 压缩空气从这些小孔里吹炉内 。 开始时 ， 转炉处于水平 ， 向内注入 130 0摄氏度的液态生铁 ， 并加入一定量的生石灰 ， 然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来 。 这时液态生铁表面剧烈的反应 ， 使铁 、 硅 、 锰氧化生成炉渣 ， 利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用 ， 使反应遍及整个炉内 。 几分钟后 ， 当钢液中只剩下少量的硅与锰时 ， 碳开始氧化 ， 生成一氧化碳 （ 放热 ） 使钢液剧烈沸腾 。 炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰 。 最后 ， 磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷 与 硫逐渐减少 ， 火焰退落 ， 炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时 ， 表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里 ，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需 15 分钟左右 [2]。因熔池成分和发生反应的不同 ， 可将吹炼过程分为 ： 吹炼前期 ， 吹炼中期和吹炼后期。吹炼前期：这一时期为反应的开始阶段，由于氧枪刚刚插入，炉温不高 ， 尚未达到碳氧大规模反应的要求 ， 这一时期 ， 反应以熔池中硅 、 锰氧化为主 ， 并伴有少量的铁和磷的氧化 。 由于硅 、 锰 、 磷 、 铁的氧化均为放热反应 源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ ， 反应热使炉温迅速升高 ， 为吹炼中期碳氧的剧烈反应奠定了基础 。 在开始吹氧 3 至 5 分钟后 ，熔池中的硅 、 锰基本被氧化 ， 炉温逐步升至预定温度 ， 吹炼前期结束 ， 冶炼进程进入吹炼中期。吹炼中期 ： 在溶池中硅 、 锰的氧化反应基本结束后 ， 熔池温度已达到碳氧剧烈反应的要求，在这一时期，吹入熔池的氧几乎 100% 的与碳发生反应，脱碳速度达到最大 。 由于脱碳反应同时产生大量热量 ， 炉温进一步提升 ， 磷 、 锰在渣 ―金属间的分配发生变化，产生回磷、回锰的现象。吹炼后期：随着吹炼中期脱碳反应的快速进行，熔池中含碳量逐渐降低 ， 碳氧反应速率随之减慢 ， 这时吹入溶池的氧除与碳反应外 ， 也逐渐开始与铁发生反应 ， 渣中 ( ) FeO ω 和熔池中 ( ) O ω 增大 ， 同时 ， 熔池温度和含碳量逐渐接近出钢标准 ， 钢水中磷 、 硫得以去除 。 在各项指标接近预设的终点标准时 ， 进行终点判断操作，之后停止吹氧，倒炉出钢，吹炼过程结束 [2]。转炉炼钢法的主要特点可概括为以下几点：1 、 脱碳速度快，吹炼时间短，吹炼过程在 15 到 25 分钟内完成；2 、 温度上升快，热效率高；3 、 吹炼过程中易发生炉渣或金属喷溅，中期炉渣易反干回磷；4 、 吹炼后期脱碳反应远离平衡点，熔池容易过氧化。向转炉兑入铁水开始吹炼过程后 ， 通过供氧 、 造渣等一系列操作 ， 并经过一系列复杂的物理化学变化后，当熔池最终达到冶炼钢种对其成分和温度的要求时，称为吹炼到达终点。到达终点的三个基本条件是：1 、 熔池中含碳量到达所炼钢种的控制范围；2 、 熔池中磷、硫含量低于所炼钢种规格下限；