炉口光谱采集光学系统的设计(2)

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5.1软件开发工具的选择与介绍 21

5.2软件界面的介绍 21

5.3数据采集模块 22

5.4数据处理模块 22

5.5光谱曲线处理模块 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

1.1 课题的背景及选题意义

氧气顶吹转炉于上世纪50年代初期问世，因工业生产的需求，转炉炼钢的生产规模不断的壮大，其工艺生产的流程不断被完善，其设备及自动化等方面取得的技术突飞猛进，并在全球范围内获得推广与应用。氧气转炉工艺在当前的炼钢中占主导地位。转炉钢的平均份额占世界钢总产量的比例已经达到70%左右。近几年来许多国家转炉钢比率始终保持在较高水平，其中德国达到了83%,英国、日本、芬兰、加拿大、巴西、韩国、台湾地区约在70—75%，澳大利亚、奥地利、卢森堡、比利时、荷兰等达到了90%以上[1]。我国转炉钢产量占总粗钢的70%以上。

转炉炼钢法以其众多的优势得到了广泛的应用，该方法是目前炼钢方法中效率最高的一种。使用氧气顶吹转炉炼钢法可冶炼的多种钢。冶炼出的钢性能优良，杂质较少。由于钢中所含的气体量很低。冶炼出的钢受时效影响较小、易于焊接等操作，通过冷加工后变形抗力大。

炼钢的终点控制是转炉炼钢后期的重要操作。由于脱硫、脱磷比脱碳复杂，因此总是尽可能使硫、磷提早去除以达终点要求的范围。因而，终点控制实际上指的是终点钢水温度和终点含碳量的控制。

转炉炼钢的过程中炉内不断发生着复杂的物理化学反应，反应伴随着传热，流动，熔化，传质，熔解和高温化学反应等复杂的现象。进行转炉炼钢的主要目的在于通过注入大量的氧气与所含杂质较多的铁水中的磷硫等元素发生反应，从而除去杂质，以此来获得温度和成分都达到标准的钢水。由此可见，在转炉炼钢中对终点的控制主要是对处于终点处钢水的碳含量和温度的控制。

由于现有转炉炼钢终点判断存在判断误差大、终点命中率低、生产效率低下等缺陷。南京理工大学赵琦教授课题小组采用炉口火焰光谱信息对转炉炼钢终点进行判断并完成系统设计。

1.2光谱仪发展状况

本文使用光谱仪对炉口火焰的光信息进行处理分析，以得到的光谱信息反馈回熔炉达到完成在线自动控制的目的。

1.2.1 光谱仪简介

光谱仪是一种用于对光谱进行分析的仪器，又称为分光仪，通过对物质光谱的分析研究可以得到物质的化学组成成分及其各成分的含量早在250多年前，英国著名的物理学家牛顿用棱镜把白色的太阳光分成了不同颜色的光谱，该实验有力的证明了白光是一种复合光，同时打开了光谱学的大门。实验中的棱镜可以看作是最简单的一种光谱仪，经过棱镜的分光，肉眼即可观察到白光的组成。然而，光谱的发展在这之后的一百多年中并没有取得很大的发展。直到1802年沃拉斯顿使用狭缝取代了牛顿实验中的圆孔，从而大大提高了光谱分辨力，得到了光谱图像是线状的。1814年夫琅和费制造一个分光装置，带有狭缝、棱镜和视筒。这个装置实用性不好，但夫琅和费用它发现了太阳光的吸收暗线，这些谱线后被人命名为夫琅和费谱线。随着光谱学的发展，这种分光装置得到了进一步的完善。十九世纪中期，基尔霍夫对光谱仪的发展起到巨大的作用。基尔霍夫在海德堡大学期间设计并制造出了第一台实用的光谱仪，这种光谱仪具有现代实验光谱仪器的基本结构。基尔霍夫用这种光谱仪研究了夫琅和费谱线、火焰和各种金属的谱线，并和化学家本生合作发明了光谱化学分析法，为光谱分析建立了初步的基础。十九世纪后期，罗兰致力于研究光栅的刻划技术，成功刻出了满足光谱仪器要求的光栅，光栅成为光谱仪器的色散元件。光栅取代棱镜得到的光谱仪器具有更高的光谱分辨力和线性的光谱图像，现代光谱仪器中使用的色散元件大部分都是光栅。