高温环境下的铜品位软测量方法文献综述.docVIP

文献综述 指导老师：宋执环 控制系 自动化0703班 袁小锋 3070902016 一、背景介绍 1.1 废杂铜冶炼 铜是容易回收再生的金属。随着经济的增长，铜的消费量逐年增长，然而矿产铜的持续开采将使铜矿资源枯竭。再生铜生产的单位能耗仅为矿产铜的20%，每利用一吨废杂铜，可少开采矿石130吨，少产生2吨SO2和100多吨工业废渣，节能87%[1]。因此世界各国对废铜的回收再生尤为重要。2007年国内铜产量662.6万吨，消耗量为420.5万吨，回收的废铜占消耗量的16.7%，占铜产量的10%，再生铜产量占电铜产量的35%。几年来世界再生铜产量已占原生铜产量的41~55%，其中美国约为60%，德国约为80%。我国废杂铜的再利用与世界发达国家还有很大的差距。为此，国务院出台的有色金属行业振兴规划中提出了“加大再生资源利用，促进资源综合回收”，扩大废铜处理技术进行升级改造势在必行。【2】 工业上的废杂铜再生技术主要有两种，一种是直接利用法，是将废杂铜直接熔炼成铜合金或者精铜；另一种方法是将废杂铜先经过火化处理铸成阳极铜，然后电解精炼成电解铜（阴极铜）。后者的工业过程流程主要有加料、预处理、融化、氧化还原及浇铸等工序，是一个涉及化学反应、传质传热的复杂工艺过程，具有较大的时间滞后性和不确定性等。在废铜冶炼中，最重要的工艺流程是氧化还原工艺，而即时的铜品位又是判断氧化还原反应的重要信息。因此，对废铜冶炼工艺来说，如何准确及时地在线测量铜品位关系到废铜冶炼的效率和效益。 1.2软测量技术 许多工业装置设计复杂的物理、化学、生化反应，物质及能量的转换和传递，其系统的复杂性和不确定性导致了过程参数检测的困难。因此，有些过程参数是无法直接用检测仪表进行有效测量。因此，常常采用先测量易测的变量，一句这些易测变量与难以直接测量的待测变量之间的数学关系，通过各种数学关系和估计方法以实现对待测变量的测量，这种方法就是软测量技术。软测量技术对过程参数的软测量一般主要有副主编梁选择、测量数据预处理、软测量模型的建立和软仪表校正四个步骤。【3】 1.3光谱分析 根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析．其优点是灵敏，迅速。光谱分析的物理原理为： 　　任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成的，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可以具有多种能级状态。 　　能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。 　　如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差E时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。 电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。 根据分析原理光谱分析可分为发射光谱分析与吸收光谱分析二种，发射光谱分析是根据被测原子或分子在激发状态下发射的特征光谱的强度计算其含量。吸收光谱是根据待测元素的特征光谱,通过样品蒸汽中待测元素的基态原子吸收被测元素的光谱后被减弱的强度计算其含量。它符合郎珀-比尔定律:A=-lgI/I0=-lgT = KCL，式中I为透射光强度，I0为发射光强度，T为透射比，L为光通过原子化器光程由于L是不变值，所以A=KC。 1.4基于光谱信息的铜品位软测量 由于废杂铜的冶炼过程中，准确地判断氧化还原反应的程度能够及时地控制冶炼过程，而铜品位又是反映出氧化还原程度的重要参数。因此，准确及时地获取提炼炉中的铜品位，对提炼过程的控制有着极为重要的作用。但是，对于高温熔炼炉中的铜液，现有工艺要么无法对其进行准确地在线测量，要么即使能够搭建出相应的测量系统，却需要花费大量远高于收入的资本，这对于企业的经济效益是不利的，很多企业为了追求经济利益，更不会愿意出巨资来设计相应测量系统。基于上述原因，我们希望提出一种基于光谱分析和图像处理技术的铜品位软测量技术，通过获取高温高亮熔炼炉内铜液的发出的可见光部分的彩色信息，用自主研发的红外和紫外检测仪，测量高温铜液的红外、紫外信息，从而在光谱上获取更多的特征，用以准确估算铜品位。2.1研究方向及进展 目前，国内外对于光谱分析已经具有相当成熟的研究。从分析波长来分，有红外光谱分析、可见光谱分析、紫外光谱分析和X射线荧光光谱分析等多种方法，这些方法也在实际研究中取得了较大的进展，并对许多工艺流