Аннотация
При производстве стали в кислородном конвертере в качестве охладителя процесса используется стальной металлолом, составляющий около двадцати процентов шихты. От количества загруженного в печь металлолома зависит себестоимость и качество готовой стали. Однако насыпная плотность металлолома также является важным параметром, влияющим на технологический процесс. Поэтому насыпную плотность загружаемой в кислородный конвертер стали необходимо измерять. Масса металлолома измеряется с помощью специализированных весов для взвешивания совков. При известной массе металлолома в совке задача измерения насыпной плотности сводится к измерению объема металлолома, загруженного в совок. Очевидно, что такое измерение невозможно осуществить с помощью контактного метода. Поэтому данная задача была решена бесконтактным способом с помощью времяпролетной 3D-камеры, измеряющей расстояние до поверхности металлолома в совке. В результате экспериментального измерения в скрапном отделении кислородно-конвертерного цеха были получены изображения совков, представляющие собой матрицы расстояний по всем трем измерениям (x, y, z) для пустого совка и для совка с загруженным в него металлоломом. В качестве алгоритма вычисления объема в данной работе исследовался способ вычитания из изображения совка с металлоломом эталонного изображения пустого совка. Исследование базируется на результатах промышленного эксперимента в кислородно-конвертерном цехе ПАО «ММК». В работе описаны проблемы применения эталонного изображения пустого совка при расчете объема металлолома и предложены пути их решения. В работе рассчитаны значения объема металлолома для отснятой части совка и сверены со значением, полученным ранее другим способом вычисления для того же совка. Полученное в работе значение объема металлолома отличается от рассчитанного ранее не более чем на 5%.
Ключевые слова
Металлургическая промышленность, производство стали, печи, измерение объема, 3D-камера, металлолом, насыпная плотность, кислородный конвертер, бесконтактное измерение, совок для скрапа.
1. Колесников Ю.А., Бигеев В.А., Сергеев Д.С. Расчет технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием различных охладителей // Металлургия стали. 2014. №2(15). С. 45-48.
2. Макарова Е.А., Перистый М.М. Проблемы конвертерного производства стали и пути решения дефицита металлолома // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сборник докладов ХХІІІ Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов. Донецк: ДонНТУ, ДонНУ, 2013. Т.2. С. 158-159.
3. Шелягович А.В. Разработка режимов формирования металлозавалки в кислородном конвертере с применением композиционных материалов и исследование их влияния на технологические показатели выплавки стали: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Шелягович Андрей Владимирович. М., 2005.
4. T. Möller, H. Kraft, J. Frey, M. Albrecht and R. Lange, “Robust 3D measurement with PMD sensors,” Proceedings of the 1st Range Imaging Research Day at ETH, Zurich, Switzerland, 2005.
5. Q. Xu, Y. Huang, L. Xing, Z. Tian, Z. Fei and L. Zheng, “A fast method to measure the volume of a large cavity,” IEEE Access, 2015, pp. 1555–1561. DOI:10.1109/ACCESS.2015.2476661.
6. Y.D. Chincholkar and S. Bangadkar, “A Review of ToF PMD Camera,” International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, vol. 4, Issue 5, 2015, pp. 4142-4149. DOI: 10.15662/ijareeie.2015.0405058.
7. Патерикин В.И. Оптические методы зондирования для наголовных средств измерения пространственных параметров поверхности трехмерных предметов в реальном времени // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. №2. C. 44-48.
8. Крысин Д.Ю., Небылов А.В. Применение времяпролетных PMD-камер для определения дальности до водной поверхности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. №2 (84). C. 33-39.
9. Рутковский В.О., Рутковская М.А. Метод получения трехмерных цифровых моделей технических объектов, основанный на применении искусственных текстур // Вестник СибГАУ. 2010. №5. С. 249-254.
10. G. Berkovic and E. Shafir, “Optical methods for distance and displacement measurements,” Advances in Optics and Photonics 4, 2012, pp. 441–471. DOI: 10.1364/AOP.4.000441.
11. Y.R. Huddart, “Non-contact free-form shape measurement for coordinate measuring machines,” dissertation, Heriot-Watt University, 2010.
12. Скляренко М.С. Оценка точности методов трекинга для определения 2D-координат и скоростей механических систем по данным цифровой фотосъёмки // Компьютерная оптика. 2015. №1. С. 125-135.
13. Борминский С.А., Солнцева А.В., Скворцов Б.В. Метод оптоэлектронного контроля жидкости в резервуаре // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. №4. С. 552-559.
14. M. Wilczkowiak, E. Boyer and P. Sturm, “Camera Calibration and 3D Reconstruction from Single Images Using Parallelepipeds,” 8th International Conference on Computer Vision (ICCV '01), Vancouver, Canada. IEEE Computer Society, 1, pp.142-148, 2001.
15. A. Criminisi, I. Reid and A. Zisserman, “SingleView-Metrology”, University of Oxford, 1999.
16. X. Luan, “Experimental investigation of Photonic Mixer Device and development of TOF 3D ranging systems based on PMD technology,” dissertation, University of Siegen, 2001.
17. O3M150. Фотоэлектрические датчики для распознавания объектов [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ifm.com/products/ru/ds/O3M150.htm (дата обращения: 05.05.2016).
18. Расчет насыпной плотности стального металлолома в совках для скрапа с использованием трехмерной камеры / Ишметьев Е.Н., Чистяков Д.В., Панов А.Н., Бодров Е.Э., Рабаджи Д.В. // Черные металлы. 2017. №4. С. 22-28.