[01473377]煤显微分析高效智能化检测关键技术研发与应用

“煤显微分析高效智能化检测关键技术研发与应用”,属光学、计算机学、煤岩学交叉学科。我国每年炼焦煤用量6亿吨,产值超7000亿元,炼焦煤显微特征是炼焦效果主要影响因素,如何对炼焦煤进行准确、快速评价对炼焦煤开采、使用及贸易至关重要。 中国烟煤显微结构分成镜质组、半镜质组、惰质组和壳质组4个组分,包括22个细分亚组分,显微镜下各煤种显微组分灰度存在大量重叠区间,因此,仅依靠灰度很难将镜质组从其他组分中准确辨别,更淡不上对其反射率的准确测定。如何自动识别镜质组并进行微弱光的反射率准确、快速测定,可谓是世界难题。在冶金和煤化工行业探索出精准、快速鉴别和用煤技术对推动人工智能在传统领域的应用具有重大示范和引领作用。 1、关键技术创新 （1）自主集成及优化全自动煤显微组分分析测定系统。首创将高精度电荷耦合检测器应用于煤显微分析测定系统,使精度等级从12位提高到16位,提高了16倍,解决了制约显微分析自动系统识别精度不超过256级灰度的技术瓶颈;针对传统重量超过2.5kg的载物台重量过大而带来显微镜调焦轴寿命短、回位不准及移动时样品抖动等难题,采用新材质及发明新型结构设计,将载物台重量控制在400g以下,实现载物台轻量化、高精密化、多功能化,攻克了煤显微检测系统对焦难题;针对传统煤样品光片制备需24小时的问题,发明新型热态制样机、样品抛光后吹扫机,将制样时间缩短至5分钟,实现生产对煤质检测的快速响应。 （2）开创炼焦煤多特征智能识别算法,实现煤显微组分的自动测定。将人工智能与煤显微检测系统相结合,开发集颜色、灰度、纹理、形状、大小等多特征的智能识别算法,解决煤显微组分自动测定难题;针对光片不平及光片表面煤颗粒镶嵌深度不同,发明“九点矩阵对焦”算法,实现有效识别率99%以上;开辟了煤显微组分中活性组分与惰性组分双识别技术先河,解决无法自动测定煤显微组分活惰比的国际难题。 （3）开发了基于炼焦煤显微特征的低成本配煤技术。打破传统气肥焦瘦配煤方法,提出以煤显微组分指标为主要特征的配煤技术,开发弱粘煤和气煤配比达28%的大比例配煤技术,先后为国内首套4000m3和5500m3大高炉提供优质焦炭。 2.技术经济指标 实现煤显微分析高效智能化检测关键技术研发,煤显微组分镜质组反射率自动识别精度99%以上;混煤各显微组分的识别准确度98%以上;实现7-8分钟测定一个煤样,可测定、识别图像测点2万点;可直接利用微米级的检测单元直接控制检测区2微米,远小于国标规定10微米。 实现了煤显微分析高效智能化系统应用,在不同历史时期,分别为国内首套4000m3和5500m3高炉提供优质焦炭。 3.授权专利及知识产权等情况 项目共形成专利11项,其中授权10项,联合制定国家标准2项、企业标准7项、形成专著1项,企业专有技术1项,发表论文16篇,辽宁省自然学术成果奖一等奖1项。本项目创新点1、2曾获2016年冶金科学技术奖二等奖,本项目创新点3曾获2015年冶金科学技术奖二等奖。 4.应用推广及效益情况 本项目应用于多个国有大型钢铁联合企业和煤炭企业,在冶金和煤化工行业探索出精准、快速用煤技术,对推动人工智能在传统领域的应用具有重大示范和引领作用,项目已累计应用74家单位。在已配备煤质自动检测厂家,按焦炭产量计算,市场份额70%。鞍钢、首钢应用本项目提出的配煤炼焦方法,分别实现降本34481万元、7311万元。 此外,应用本项目进行配煤,能够降低主焦煤用量,保护我国优质炼焦煤资源,降低温室气体CO2的排放,能够明显降低企业生产成本。实现了经济、环保、社会效益的统一。