关键词： 激光诱导击穿光谱技术   废钢   定性分析   定量分析  

摘要： LIBS作为20世纪诞生的一种高能快速的光谱检测技术,凭借其无损、准确和便捷的优势,于21世纪快速崛起和发展,并在材料分析领域发挥了重要作用。在冶金产业中,如何利用钢铁生产过程中产生的废钢成为加快钢厂炼钢流程与优化产能配置的重要一环。对废钢进行检测并合理分配,能够促进钢铁产业的转型升级进程,减轻炼钢过程中产生的污染,提高经济和环境效益。将废钢作为研究对象,基于机器学习与便携式LIBS对废钢进行了定量分析研究,即对废钢中所含元素含量进行检测;以及定性分析研究,即对不同种类的废钢进行分类识别。同时验证了废钢定量和定性的可行性与准确性,主要做了如下工作:1)以废钢光谱为研究对象,对仪器参数与光谱预处理方法进行优化研究。首先对便携式LIBS的仪器参数进行优化分析,通过研究确定最优的参数,提高了光谱的稳定性;其次对常用的光谱预处理方法如光谱平均、光谱滤噪、基线校正和归一化进行了描述,同时,为了确定后续实验的最优预处理组合,通过实验对各方法进行了筛选,最终选择了基线校正和强度归一化作为实验的预处理方法,得到了适合后续分析的光谱数据与预处理组合。2)以废钢样品作为研究对象,对不同牌号的废钢进行了分类研究。利用XGBSFS特征选择算法对输入的光谱谱线进行特征选择,减少输入矩阵的维度,降低模型复杂度,建立优化的K最近邻算法和支持向量机算法模型。得到的XGBSFS-KNN和XGBSFS-SVM模型在测试集上的准确率分别为98.02%和99.01%,最终选取XGBSFS-SVM作为废钢定性分析模型,同时也对模型进行了多轮次的效果验证,验证准确率为98.68%,为钢铁企业提供了一种废钢分类识别方法的参考。3)以废钢样品作为研究对象,对废钢中所含元素的含量进行了检测研究。对钢中多种元素针对性建立了基于优化Voigt函数拟合的光谱标准化单变量模型和基于SSA优化的KELM多变量模型,前者平均决定系数为0.9978,后者平均决定系数为0.9961,均实现了对废钢元素含量的良好检测,为便携LIBS废钢元素检测提供了新思路。图22幅;表13个;参65篇。

关键词： 废钢识别   目标检测   YOLOv5   小目标   αIoU  

摘要： 废钢是一种可以替代铁矿石的工业资源。在钢铁回炼时,正确配比的废钢对回炼钢铁品质至关重要,但是在回炼中最重要的电磁吸取废钢工序里,因为废钢来源不同、种类繁多且受人力因素影响的问题存在,不能精准对吸取的废钢种类占比进行评估,进而影响出炉钢铁质量。本文以废钢种类分类识别为研究问题,通过分析废钢图像性质和主流目标检测算法优劣,采用YOLOv5算法来解决问题,并根据解决表现对YOLOv5进行优化调校,最后将算法模型封装系统以完成废钢种类统计工作。本文研究工作包括:(1)采集并构建废钢图像数据集,分析自建数据集中废钢图像目标性质,设计适合废钢图像的预处理策略,其中包括使用传统分割技术处理多目标图像,完成数据增扩。(2)研究废钢识别任务提出一种改进YOLOv5算法,其主要改进策略如下:1)Backbone中引入Stem改善首层结构低速情况,再使用SPDConv来增强Backbone在废钢图像中低分辨率小目标的低细粒度特征提取能力,丰富特征信息,并利用Sim AM机制进一步提升全局特征提取能力,最后通过Shuffle Net Module来降低引入SPDConv增加的计算量。2)Neck中将基于RFB的Bottleneck与再次引入的SPDConv结合共同加深特征融合程度。3)后处理中使用Soft NMS和αIo U提升边界框抑制和定位的性能。(3)为提升模型性能和收敛速度,研究分析了迁移学习理论,选择预训练与冻结训练的策略辅助模型调校,并设置实验验证两种训练策略对模型性能提升的有效性。针对模块改进方案设置了对比实验,对引入模块与原模块进行比较,以验证其优劣。同时增设消融实验分析改进对YOLOv5性能的影响,观察各优化方案对模型的影响权重。此外,还研究了主流目标检测算法,与改进模型进行对比实验,结果表明,改进模型m AP达到95.32%,明显优于其他各模型。(4)分析废钢分类识别的环境,对废钢磁吸移料过程进行详细说明,并针对移料特点设计新的移料工骤。新的工骤会将废钢料堆分层,并采集各层图像。划分封装系统各模块功能,对系统功能与输出进行详细说明,并将模型封装到系统中。使用系统完成废钢的识别分类评估工作,以期提升废钢回炼质量,其提升对后续工作研究具有一定的积极意义。本文使用改进YOLOv5解决废钢种类分类识别问题,其改进的YOLOv5算法性能优于主流算法,并且有较好的检测效果。基于改进模型封装的废钢分类识别系统提升了废钢回铸的透明性,促进了产业智能化的发展。

摘要： 2023年7月12-13日常州白金汉爵大酒店主办单位中国废钢铁应用协会中国国际贸易促进委员会冶金行业分会联合主办江苏沙钢集团有限公司承办单位冶金工业国际交流合作中心目前,经济社会恢复常态化运行,需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力得到缓解,国内经济开始企稳回升,社会生产生活秩序加快恢复,经济活力有望加速释放。存量政策和增量政策有望叠加发力,促进经济加快恢复,其中二季度因基数效应,GDP有望实现较大增幅。2023年中国经济发展走势将稳中有进,整体向好,经济发展的韧性、活力将进一步体现。

关键词： 转炉   废钢熔化   模型   成本   碳排放  

摘要： 随着近年来废钢产生量的逐年增加,以及国家对钢铁行业碳达峰、碳中和的要求,更高效的利用废钢已经成为转炉炼钢的重要发展方向。废钢是转炉冶炼的主要原料之一,由于其本身的冷料属性,废钢在转炉内的熔化过程对于转炉熔池温度的稳定控制和转炉生产的顺利进行有着十分重要的影响。但是目前关于转炉内废钢熔化的研究还比较缺乏,废钢比变化对转炉工艺、吨钢成本和污染物排放影响的定量研究也相对较少,限制了废钢在转炉中的高效利用。因此本文对废钢的熔化原理进行了分析,在此基础上建立了单体废钢熔化模型,并且结合转炉熔池温度和成分模型进一步得到了能够模拟转炉吹炼过程中废钢熔化的模型。根据机理模型建立了转炉物料消耗的计算模型,利用实际生产数据对模型参数进行分类回归计算,有效提高了模型的预测精度。基于碳平衡原理,通过合理划分高炉和转炉工序的计算边界,建立了碳排放模型。利用上述模型系统研究了废钢比变化对转炉物料消耗、转炉成本和污染物排放的影响。通过热态模拟实验探究了废钢熔化过程,确定了不同熔池条件下废钢熔化的控制环节,并且基于废钢熔化机理建立了废钢熔化模型。系统研究了转炉吹炼前期、中期、后期熔池条件下废钢的熔化速度和控制环节,确定了熔池碳含量和温度对废钢熔化的影响规律,分析了废钢尺寸和温度对废钢本身熔化过程的影响机理。在转炉冶炼前期和中期,提高熔池碳含量和温度都能够促进废钢熔化,在转炉冶炼后期,提高熔池温度对促进废钢熔化更重要。减少废钢尺寸提高废钢温度都能够有效缩短废钢熔化时间。基于三段式脱碳理论,建立了钢水含碳量连续预测模型。利用多元线性回归的方法建立了转炉磷含量和锰含量预测模型。根据转炉热平衡结合回归统计的方法建立了温度预测模型。在成分和温度模型的基础上,根据废钢熔化的原理使用有限差分法建立了转炉废钢熔化模型,模拟了转炉吹炼过程废钢熔化过程,并且分析了入炉废钢最大尺寸的影响因素。增加铁水温度和减少废钢比,都能够提高允许入炉的废钢最大尺寸。以某钢厂130t转炉为例,铁水温度提高25℃,废钢最大尺寸能够增加0.1 m左右。废钢比减少2.5%,废钢的最大尺寸增加约0.13 m。分析了废钢比对炉渣碱度、熔剂消耗量和氧气消耗量的影响规律。基于机理和分类回归的方法建立了静态模型计算石灰和氧气消耗量,明晰了废钢比对石灰和氧气消耗量的影响。基于转炉热平衡建立了废钢加入量计算模型,探究了影响转炉废钢比的因素。当废钢和钢水磷含量相同时,130 t转炉废钢比增加5%,碱度可以降低0.31,石灰消耗量可以减少241 kg,耗氧量减少189.63 Nm3。增加铁水温度、铁水碳含量和硅含量、降低钢水温度都能够提高废钢比,其中铁水硅含量的影响最大。在实际生产中可以根据铁水硅含量和铁水温度确定废钢比。分析了转炉成本的构成,建立了转炉成本计算模型,明确了原料条件、钢水条件、废钢成分和废钢比对转炉吨钢成本的影响规律。以130 t转炉为例,废钢碳含量增加0.1%,转炉吨钢成本增加约3.095元。废钢硅含量增加0.1%,转炉吨钢成本增加约1.2元。废钢磷含量增加0.01%,转炉吨钢成本增加约0.32元。存在一个废钢价格,在此价格时,当转炉存在多余热量,废钢比变化对转炉成本的影响很小。通过构建工序碳排放模型,得到了废钢比对高炉-转炉工序碳排放的定量影响。提高废钢比可以减少转炉工序的碳排放。当转炉中存在多余热量时,废钢比增加5%,转炉工序中吨钢碳排放量减少约7.1%,高炉工序中吨钢碳排放量可减少约5.97%,高炉和转炉工序吨钢碳排放量可减少约6.11%。当转炉热量不足时,废钢比增加5%,高炉和转炉工艺吨钢碳排放量可减少约4.67%。

关键词： 语义分割   废钢回收   卷积   Transformer   多尺度特征融合   双路编码器解码器  

摘要： 废钢回收是钢铁行业重要的生产环节之一。目前的废钢回收阶段依赖人工判级扣杂,存在多种问题,现场环境危险、人工判级扣杂标准不一、主观因素影响过大等。随着深度学习的发展,国内外学者将人工智能技术应用至废钢回收领域,大多方案依靠目标检测的方法识别图像中的废钢,得到不同类别废钢的件数特征,但是这种方法却无法得到不同类别废钢的面积特征,仅仅依靠件数特征无法准确预测整车废钢的重量。为了应对以上挑战,本文提出了一种基于深度学习的人工智能废钢回收方案。该方案包括基于卷积网络的车厢语义分割方法和基于Transformer的废钢语义分割方法,并且制作了废钢数据集,实现了智能化废钢扣杂系统。车厢分割任务使后续分割车厢内的废钢时不受图像背景中杂乱的废钢影响。 基于卷积结构的语义分割方法,实现分割装满废钢的货车车厢任务。为了使模型适应该任务,对算法进行改进。其一,在骨干网络的最后模块层加入卷积注意力机制,同时提高模型的通道注意力和空间注意力;其二,在空间池化金字塔中,将通过三个空洞卷积的特征图做级联方式的特征融合,保证在高空洞率下提高感受野的同时,不损失空间细节;其三,在解码器恢复特征图路径中逐层加入骨干网络中的浅层特征,加大多尺度特征融合,充分利用不同大小的特征图信息。实验结果显示,改进后的方法在车厢分割任务中m Io U达到96.40%。分割结果图像显示,改进后的方法在车厢分割任务中,车厢边缘连续、面积无空洞,充分适应本文任务。 基于Transformer的语义分割方法,实现废钢分割任务。为了使模型适应密集小目标语义分割任务,对算法进行改进。采用双路编码器解码器结构,同时汲取两个骨干网络的优点,将Transformer与卷积结合应用提取特征。Transformer的编码器对应简单高效的MLP解码器,CNN编码器对应特征融和的解码器,将两路特征图做线性变化和卷积融合,最后实现图像的语义分割任务。实验结果显示,改进后的方法在分割19类废钢任务中m Io U达到60.02%,相比基线模型的53.3%,提高了6.72%,充分证明了改进方法的有效性。分割结果图像显示,改进后的方法识别废钢种类更全,识别面积更精准,充分适应本文任务。

关键词： 废钢   语义分割   FCN   OCRNet   SegFormer-B5   Deeplabv3P  

摘要： 目前业界对废钢智能评级和扣杂的方案都是基于目标识别模型，但是目标识别模型与语义分割模型相比其无法精确刻画废钢的边界，造成对废钢的面积估计和特征采集不精准。然而当前语义分割模型众多，如何选择一种适合废钢判级场景的模型是亟待解决的问题。针对该问题，首先在实验室建立1∶3物理模型，模拟不同类型废钢入厂验质场景；然后，用2K分辨率摄像头采集图像数据；最后，将主流的20种语义分割模型进行对比分析。试验表明，在139张废钢数据集上应使用全卷积神经网络(fully convolutional network, FCN)模型搭配高分辨率网络(high-resolution net, HRNet)对废钢进行语义分割；在图像增强的1 529张废钢数据集上应使用基于Transformer改进的高效语义分割模型SegFormer-B5对废钢进行预测分类；从平均交并比(mean intersection over union, mIoU)评价指标来看，FCN和基于上下文表示的语义分割网络(object-contextual representations network, OCRNet)使用HRNet主干网络比残差主干网络(residual network, ResNet)平均提高6.6个百分点。

关键词： 废钢检判   图像识别   废钢分类   危险品检测   语义分割  

摘要： 随着国家对钢铁企业在节能、减排和可持续发展方面更严格政策标准的制定,废钢作为一种绿色环保且可循环利用的铁矿石替代资源,在钢铁行业中的重要性日益凸显。废钢传统检判方法主要依赖现场工作人员经验判断,容易导致由人为干扰、视觉疲劳等引发的误判现象。此外,废钢检判现场环境混乱复杂,给工作人员人身安全带来潜在风险。针对这些问题,钢铁回收和冶炼行业亟待寻求一种更科学高效的废钢智能检判方法,以适应行业发展。为此,论文采用图像识别等技术,针对废钢智能检判问题,研究图像分类、目标检测与语义分割等算法,实现对废钢分类判级和对废钢中潜在危险品、混入杂物等进行快速、准确的检测与扣除,提高废钢检判的准确性和安全性,为钢铁行业可持续发展提供有力支持。 论文将废钢智能检判分解为三项任务:废钢分类、废钢危险品检测、废钢混入杂物扣除分割。根据实际场景,将监控摄像头安装在钢铁企业废钢回收场地,构造合适的视角,覆盖废钢回收作业区域,构建废钢检判图像数据集,并进行算法设计改进与验证。 针对废钢分类任务,设计图像分类算法,识别废钢现场图像中的废钢类别。论文设计基于Conv Ne Xt的废钢分类识别算法。引入CA坐标注意力机制以提升网络特征提取能力。针对样本不平衡问题,改进损失函数,提高分类网络在废钢图像分类任务上的性能。设计对比试验与消融实验,验证算法的有效性。 针对废钢危险品检测任务,设计目标检测算法,对废钢现场图像中的危险品进行检测判别。考虑到对模型精度和实时性要求,设计了一种基于YOLOv5的目标检测模型。设计混合注意力策略,增强特征表达能力。利用Bi FPN网络改进原始网络特征融合结构,提高模型对多尺度目标特征的提取融合能力。通过增加困难样本在计算置信度损失值时的权重占比,使网络关注废钢危险品检测中困难样本学习。采用通道剪枝策略,降低模型参数量和运算量,提高模型推理速度。对比实验表明,优化方案满足废钢危险品检测任务的需求。 针对废钢混入杂物扣除分割任务,设计语义分割算法,对废钢中混杂物进行语义分割,估计杂物混入量。论文设计了基于Deep Lab V3+的废钢混入杂物扣除分割网络模型,将主干网络更换为Mobile Net V2,提升网络的推理速度与分割精度。在空洞空间金字塔中引入可变形卷积与带状池化,提升上下文特征信息的融合能力。对比实验表明,改进算法在处理废钢中混入杂物扣除分割任务上的有效性。

关键词： 水面   冬季   地表参数   大气环境影响预测  

摘要： 本文主要分析不同地表参数选取对某沿海废钢炼钢项目点源的预测影响。按照采用《AERMET用户指南***》建议值、在建议值基础上修改冬季地表参数、在建议值基础上修改水面扇形地表参数以及在建议值基础上同时修改冬季地表参数与修改水面扇形地表参数四种情景开展预测。研究结果表明，不同地表参数选取对大气环境影响预测结果有一定的影响。环评预测时应当根据项目周边实际环境状况修改地表参数，才能真实客观反映环境影响程度。

关键词： 残膜打包   卷膜式   摩擦特性   田间试验  

摘要： 针对国内残膜打包机生成的残膜包密度过低导致运输不便或残膜包密度过高造成后续的残膜加工环节难以完成正常的拆包工序,打包室空间过小导致机具频繁卸膜以及残膜成包率低的问题设计了一种新型卷膜式残膜打包机,重点研究了服役期结束后的残膜与不同类型卷膜带之间的摩擦特性和残膜包在卷膜式残膜打包机打包室内的成形原理,对卷膜式残膜打包机的打包机构、卷膜带拉紧力调节机构、传动系统和液压系统进行了设计计算,通过田间试验验证,本文设计的卷膜式残膜打包机可以适应我国残膜打包的作业需求。论文的主要研究内容为: （1）对国内外不同结构的残膜打包机进行调研,得到卷膜式残膜打包机结构简单且残膜成包率高,能够较好地适应我国目前的国情。通过对新疆地区棉花种植模式、农艺路线和棉田地膜覆盖情况进行调研,得到残膜打包机在新疆地区棉田中的作业环境,并根据残膜打包机作业环境提出设计要求,为残膜打包机的结构设计提供依据。 （2）根据设计要求进行了卷膜式残膜打包机的整机结构确定并对其关键部件进行了设计。通过斜面法对残膜和不同类型卷膜带之间的摩擦特性进行了试验,试验结果表明残膜与PVC材质卷膜带的光滑面、波纹面、粗糙面以及PVK材质卷膜带的粗糙面接触面之间的摩擦角平均值分别为32.31°、41.29°、51.82°和41.72°。分析了卷膜式残膜打包机的工作原理和残膜包在机具打包室内的成形原理,得到了影响残膜包成形的因素为卷膜带线速度、卷膜带的表面状态、打包角（打包前角+打包后角）、残膜包半径和残膜包质量。 （3）通过单因素试验得到了试验因素的合理水平范围为打包前角30°～40°,卷膜带线速度0.742～1.167 m/s,卷膜带表面状态为光滑面、波纹面和粗糙面。利用正交试验法进行多因素试验,对试验结果进行分析后得到机具作业的优水平组合为打包前角β=35°,卷膜带表面状态为粗糙面,卷膜带线速度v=1.167 m/s。取机具作业的优水平进行田间验证试验得到各试验指标的平均值为残膜成包率100%,残膜包密度121.137 kg/m3,机具在试验因素优水平组合下的残膜成包率满足田间残膜打包作业需求,残膜包密度满足方便运输和容易拆包的要求。