CN101941060A

CN101941060A - 基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法

Info

Publication number: CN101941060A
Application number: CN 201010285828
Authority: CN
Inventors: 杨晓江; 张洪波; 罗庆梅; 姚若华; 杨杰; 徐志荣; 王彬; 商晓东; 高爱国; 赵铁成; 宋晓光; 李辉; 高东华; 沈兵; 王占国
Original assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd Tangshan Branch
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd Tangshan Branch
Priority date: 2010-09-19
Filing date: 2010-09-19
Publication date: 2011-01-12

Abstract

基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，属连铸技术领域。技术方案是：①在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶；②通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值；③不同温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示。可通过热像图颜色的变化直观地观察结晶器内保化渣润滑情况、水口对中情况及预判粘结漏钢的发生，使结晶器不再是黑匣子。解决了结晶器热像图实时计算和显示的问题，可根据结晶器铜板的热像图直观地评价水口对中、连铸坯坯壳、结晶器锥度调整、保护渣的熔化及润滑、结晶器内板坯坯壳的粘结产生等情况，利于优化连铸工艺，提高连铸生产效率和铸坯质量。

Description

基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法

技术领域

本发明涉及一种基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，根据热像图颜色的变化来判断粘结漏钢特征，以及保护渣润滑情况、水口对中情况，属于冶金连铸技术领域。

背景技术

在冶金行业各类钢铁产品的生产过程中，钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。结晶器是连铸机非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模。称之为连铸设备的“心脏”。钢水在结晶器中的行为一是初期凝固形成坯壳．一是顺利脱模稳定生产。两者一方面涉及结晶器的传热，一方面涉及结晶器的润滑。结晶器被称为连铸机的“黑匣子”，高速连铸的发展促进人们认识到，不解决和控制钢水在结晶器中的行为，控制漏钢、提高连铸效率和质量则无从谈起。如果能够实时动态地显示结晶器铜板的温度分布分析钢水在结晶器内的凝固情况，就能根据结晶器铜板的热像图直观地评价水口对中情况、铜板局部冷却效果、连铸坯坯壳的情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况、结晶器内板坯坯壳的裂纹产生情况。

发明内容

本发明目的是提供一种基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，通过插值计算和图像生成技术实现结晶器热像图实时显示，根据热像图颜色的变化来判断粘结漏钢特征，以及保护渣润滑情况、水口对中情况，解决背景技术存在上述问题。

本发明的技术方案是：

一种基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，具体步骤是：①在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶；②通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值；③将温度值与颜色值一一对应，不同的温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示。

当热电偶出现异常，采集温度不准确时，可以通过温度补偿法对该热电偶温度进行温度补偿，从而保证热像图的完整性。

根据热像图颜色的变化来判断粘结漏钢特征，以及保护渣润滑情况、水口对中情况。

所说的在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶，较佳的方式是：至少在弯月面、弯月面至结晶器中部、结晶器中部、及结晶器中部至结晶器出口分别布置一排热电偶，且所述热电偶都均匀分布。

所说的通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值，较佳的方式是：采用线性插值法计算结晶器的二维温度场分布。

所说的将温度值与颜色值一一对应，不同的温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示，较佳的方式是：温度与颜色一一对应，并采用颜色渐变算法实现热像图的实时显示。

温度的高低可以由颜色来表示，例如黑色代表最低温，黄色代表最高温，温度的升高降低趋势可以通过颜色的深浅变化来体现；通过观察热相图的颜色，可以监测结晶器内保护渣润滑情况、水口对中情况以及提前预判粘结漏钢的发生，如果粘结漏钢预判的方法是热像图颜色先在弯月面由浅变深，然后弯月面下面的热电偶再由深变浅，过后再由浅变深，并依次往下传递该特征。

本发明的有益效果：本发明可以通过热像图颜色的变化直观地观察结晶器内保化渣润滑情况、水口对中情况以及预判粘结漏钢的发生，使得结晶器不再是黑匣子。本发明解决了结晶器热像图实时计算和显示的问题，工艺人员可以根据结晶器铜板的热像图直观地评价水口对中情况、连铸坯坯壳的情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况、结晶器内板坯坯壳的粘结产生情况，对优化连铸工艺、提高连铸生产效率和铸坯质量起到较好的作用。

附图说明

图1为本发明实施例采用的结晶器宽边热电偶布置示意图；

图2为本发明实施例采用的结晶器窄边热电偶布置示意图；

图中：1、粉红色热电偶；2、天蓝色热电偶；3、蓝色热电偶；4、黄色热电偶；5、红色热电偶；C-D、结晶器上端口；A-B、结晶器下端口。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

一种基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，具体步骤是：在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶；通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值；将温度值与颜色值一一对应，不同的温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示。当热电偶出现异常，采集温度不准确时，可以通过温度补偿法对该热电偶温度进行温度补偿，从而保证热像图的完整性。根据热像图颜色的变化来判断粘结漏钢特征，以及保护渣润滑情况、水口对中情况。

在实施例中，结晶器宽边和窄边的显示尺寸及各排各列热电偶的位置应和结晶器铜板实际尺寸成比例显示。

为便于说明本发明，附图1、2中，采用不同颜色来代表不同热相图的插值算法和温度补偿算法的热电偶，不同颜色代表其热相图的插值算法和温度补偿算法的不同，虚线与虚线交接处为热电偶所在位置，称之为某种颜色点，所说的各种颜色热电偶，并非实际颜色，仅是为便于说明用颜色加以区分，具体实施方法如下：

㈠如图1和图2热电偶示意图，虚线与虚线交接处为热电偶所在位置，宽边和窄边都为九排七列，但窄边分为等间距和不等间距两种情况，图2中所示的窄边为不等间距，这些在结晶器可视化图中显示时都应与实际相对应显示；

㈡对于正常情况即热电偶不失效情况，黄色点垂直和水平方向都采用局部线性插值，具体插值多少，在模型中可以设置结晶器总高度、结晶器宽边长度、结晶器窄边长度、Y-Step（垂直插值步长）、X-Step(水平插值步长)、每排热电偶距结晶器上口距离及各列热电偶距结晶器边界距离，插值的个数根据热电偶的列间距或行间距除以Y-Step或X-Step可计算得到；

㈢如果周围热电偶失效，则需要对失效热电偶进行补偿后再进行插值计算。宽边和窄边各有两种补偿算法，即图1和图2中的蓝色和非蓝色点；而插值算法则有5种，包括宽边和窄边第一排之上的弯月面插值（粉红色）、宽边内部网格之内的插值（黄色）、宽边和窄边最后一排至结晶器出口的插值（深蓝色）、宽边和窄边第一列和最后一列与铜板边缘的插值（天蓝色）、及窄边内部网格的插值（深红色）；

㈣补偿算法：对于天蓝色点采用的补偿算法则采取周边3个热电偶的平均值，第一排热电偶即粉红色点如果失效则用该排有效温度中的最高值来补偿。而非天蓝色点中如果同列上有连续两个以上的点失效，则采取该列上第一排热电偶与同列其余热电偶中第一个有效热电偶温度线形插值来补偿，否则直接采取上下热电偶的垂直局部线性插值。天蓝色点如果出现连续两个坏点则按最近点进行平均的原则去周围三个最近的有效值进行平均。如果黄色点出现一列都失效的情况则直接将该列置为灰色以示警告。如果窄边只有一列的话则只需在垂直方向进行局部线性插值。如果窄边第一排热电偶坏则通过同列热电偶其余有限点进行线性插值；

㈤插值算法：黄色点在垂直方向和水平方向都采取局部线性插值；天蓝色点与结晶器边界处之间的温度只进行水平方向的局部线性插值，也即在最终计算的天蓝色一列数据与铜板边界处的温度（默认为室温25度）之间水平插值；粉红色点以上区域都默认为第一排热电偶插值后的温度；窄边的深红色点在垂直方向采取局部线性插值，而水平方向采取抛物线插值；深蓝色点以下区域都默认为最后一排热电偶插值后的温度。对于窄边两列之间的抛物线插值算法如下：先计算同一排上两个热电偶的平均值，将平均值加上25度作为窄边中心列的最高温度值，然后再根据最高温度值与两列实际热电偶温度进行局部线性插值；

㈥可视化图的颜色显示种类要多，各种颜色之间的过渡色需通过试验确定数目。

热像图的生成主要依靠绘制等温线时所用的等级数来实现，例如温度的范围是1℃-200℃之间，则采用200个等级的等温线表示，即每1度就代表1个等级，然后再给每个等级的等温线设置1种颜色，这样所有的温度值都能找到对应的颜色显示，从而形成不同颜色标示的代表温度高低不同的热像图。

由于使用等级法表示颜色仍比较粗，颜色之间平滑度不够，因此还需在颜色间的过渡使用颜色渐变算法。例如有两种颜色color1，color2，渐变阶度为n，渐变系数为k，我们要获得他们之间的渐变色，用如下公式：MidColor = （color1 – color2）* （k / n）；渐变阶度越高，渐变色彩越多，渐变越细腻。其中渐变阶度代表两种颜色之间的颜色数目，渐变系数则是根据color1，color2两种颜色对应的温度以及中间颜色所对应的温度比值所得。

温度的升高降低趋势可以通过颜色的深浅变化来体现，也可以根据用户的习惯定义，假如黑色代表最低温，黄色代表最高温，然后中间温度依次用灰色、蓝色、粉红色、红色、橙色、黄色、白色表示，则通过观察热相图的颜色，可以监测结晶器内保护渣润滑情况、水口对中情况、结晶器锥度调整情况以及提前预判粘结漏钢的发生。例如粘结漏钢预判的方法是观察热像图是否发生如下变化特征，即颜色首先在弯月面由浅变深，然后弯月面下面的热电偶再由深变浅，过后再由浅变深，并依次往下传递该特征。而水口不对中情况对应的热相图特征则是结晶器宽边热像图在横向上整体不对称，且有一侧颜色整体比另一侧颜色浅或者深。同时如果结晶器下半部分热像图颜色明显比结晶器上半部分颜色浅，而且和正常情况不符，则很有可能时结晶器锥度不适所致。

Claims

1.一种基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于具体步骤是：①在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶；②通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值；③将温度值与颜色值一一对应，不同的温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示。

2.根据权利要求1所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于当热电偶出现异常，采集温度不准确时，通过温度补偿法对该热电偶温度进行温度补偿，从而保证热像图的完整性。

3.根据权利要求1或2所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于根据热像图颜色的变化来判断粘结漏钢特征，以及保护渣润滑情况、水口对中情况。

4.根据权利要求1或2所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于所说的在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少四排热电偶，较佳的方式是：至少在弯月面、弯月面至结晶器中部、结晶器中部、及结晶器中部至结晶器出口分别布置一排热电偶，且所述热电偶都均匀分布。

5.根据权利要求1或2所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于所说的通过插值法利用实测的各热电偶温度值计算结晶器同一纵截面上所有位置的温度值，较佳的方式是：采用线性插值法计算结晶器的二维温度场分布。

6.根据权利要求1或2所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于所说的将温度值与颜色值一一对应，不同的温度范围对应不同的颜色，实现结晶器热像图的在线显示，较佳的方式是：温度与颜色一一对应，并采用颜色渐变算法实现热像图的实时显示。

7.根据权利要求6所述之基于多排实测热电偶温度的结晶器热像图实时显示方法，其特征在于温度的高低可以由颜色来表示，温度的升高降低趋势可以通过颜色的深浅变化来体现；通过观察热相图的颜色，可以监测结晶器内保护渣润滑情况、水口对中情况以及提前预判粘结漏钢的发生，如果粘结漏钢预判的方法是热像图颜色先在弯月面由浅变深，然后弯月面下面的热电偶再由深变浅，过后再由浅变深，并依次往下传递该特征。