專利名稱：：基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼坯表面溫度的監(jiān)控和分析，特別涉及一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法。技術(shù)背景連鑄工藝過程是由高溫鋼水向固態(tài)轉(zhuǎn)變的凝固傳熱過程，在鑄坯的凝固傳熱過程中大多采用水作為冷卻介質(zhì)，即通過冷卻水將高溫鋼水凝固為鑄坯的一個凝固傳熱過程。因此鑄坯的凝固傳熱過程對于鑄坯的表面裂紋，內(nèi)部裂紋，鼓肚等表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)暈起著至關(guān)重要的影響。為了有效的控制鑄坯質(zhì)量和提高經(jīng)濟效益，必須對連鑄過程鑄坯的凝固傳熱過程進行準確且有效的控制，也就是對鑄坯的溫度場進行控制。國內(nèi)外目前已經(jīng)申請的專利，一般是釆用紅外測溫儀在鑄坯某些位置對不連續(xù)的單點進行測溫。專利CN1410189A給出了一種基于測溫儀的鑄坯表面溫度測量方法，該方法只能給出表面溫度的單點測量結(jié)果；專利CN1844409A提出基于紅外圖像的溫度場，但此方法僅涉及高爐冶金過程的爐喉溫度場，它也只能顯示爐料外部表面溫度；專利CN2188439Y給出一種連鑄坯內(nèi)部溫度的在線測量裝置，但該測量方法只能在澆鑄臨近結(jié)束時采用，且受到澆鑄尾坯過冷的影響不能真實的反映鑄坯的內(nèi)部溫度重慶大學碩士學位論文2008年7月(水霧介質(zhì)對連鑄坯表面測溫的影響及測溫方法研究，高文星著)采吊了單色和比色測溫計對鑄坯表面進行測溫，研究了不同因素對測溫精度的影響，上述兩種方法也都是采用單點測溫；《鋼鐵》雜志1998年2月(第33巻第2期第18-21頁，劉慶國等著)報道了采用比色測溫儀對鑄坯表面溫度進行在線實測，但是該方法也只能夠?qū)吸c進行測溫。傳統(tǒng)的測溫方法只能保證測溫數(shù)據(jù)在時間上的連續(xù)性而不能保證在空間上的連續(xù)性，所以其測溫數(shù)據(jù)精度不高。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)鑄坯表面和內(nèi)部溫度連續(xù)測量且精度更高的基于紅外熱成像酌連鑄坯實時溫度場在線預測方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法，該方法利用一臺計算機作為連鑄過程服務器，連鑄過程服務器與一臺紅外熱成像儀相連，包括以下步驟-步驟l:通過紅外熱成像儀采集連鑄過程鑄坯圖像信息；步驟2:對采集的圖像進行識別與數(shù)字化處理，確定鑄坯表面溫度實測值T一；步驟3:采用在線校核方法確定二冷區(qū)及空冷區(qū)傳熱系數(shù)，具體方法如下步驟3-1:根據(jù)經(jīng)驗公式確定二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)初值，公式如下hi=hinin+0.618(hi腿x—h化in)'(1)式中，hi—二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)初值；hiM—傳熱系數(shù)初值的最大值；h^—傳熱系數(shù)初值的最小值；步驟3-2:利用二維非穩(wěn)態(tài)凝固傳熱控制方程，采用有限體積法對方程進行離散，然后采用TDMA法計算二冷區(qū)各段鑄坯表面溫度Tical;、々如力〕《〔《Ow)、(2)改Sx:式中，Tzi(x,y,t)—跟蹤單元Zi在時間f、位置(x,y)處的溫度；c^一有效熱容；/7—岡的密度、&#一有效導熱系數(shù)；步驟3-3:修正二冷區(qū)傳熱系數(shù)，相關(guān)計算公式如下<ff(3)m-u附，"),，、Z^(o/c/)i",…，，PW=L^~~^~~^~~^"1,2，,M,M+1(5)式中，Tieal(m，n)—鑄坯表面節(jié)點(m,n)的溫度計算值；(m，n)—鑄坯表面的節(jié)點；節(jié)點的橫坐標；n—節(jié)點的縱坐標；e為收斂因子；Ar—表面溫度差；/^wew)—最新一次&的迭代值，盡如/^一上一次的迭代值，ne『最新一次的迭代；old—上一次迭代；一收斂判據(jù)；/YiU—收斂判據(jù)；判別方法為如果,(力》的值小于G則輸出hi的值即為二冷區(qū)某段的傳熱系數(shù)，如果尸(力》的值大于f,則判斷Ar的值是否小于O'C，如小于O'C采用黃金分割法對hi的值進行直線搜所，直至/Y力J的值小于e或者/Y力J的值小于e，所求得的A即為二冷區(qū)某段傳熱系數(shù);空冷區(qū)各段的傳熱系數(shù)修正過程與二冷區(qū)的傳熱系數(shù)修正過程相同，它的初值公式如下heff=heffBin+0.618(heftox一hrfMn)(6)式中，heff—空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值；hefMn—空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值最小值；heff咖一空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值最大值；將h6ff的值代入步驟3-2、步驟3-3替代h"確定空冷區(qū)某段傳熱系數(shù);步驟3-4:根據(jù)步驟3-3確定的二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)，對hi進行擬合，構(gòu)造hi與水量、鑄坯的澆鑄速度和洚鑄溫度的函數(shù)關(guān)系；步驟4:實時溫度場在線預測，按以下步驟步驟4-1:設(shè)定時間周期，等時間周期從結(jié)晶器彎月面處產(chǎn)生跟蹤單元；步驟4-2:初始化跟蹤單元，將跟蹤單元的工藝條件存儲在動態(tài)開辟的內(nèi)存單元中；步驟4-3:將各跟蹤單元依次串聯(lián)形成雙向鏈表，新產(chǎn)生的跟蹤單元從雙向鏈表表頭插入，當跟蹤單元離開切割機時從雙向鏈表中刪除，建立整個鑄流線的雙向鏈表；步驟4-4:在整個鑄坯流線的雙向鏈表的計算周期內(nèi)，采用二維非穩(wěn)態(tài)凝固傳熱控制方程，從雙向鏈表的頭部開始到尾部依次確定每個跟蹤單元內(nèi)部節(jié)點的溫度。步驟5:將實時溫度場在線預測結(jié)果嵌入二級過程控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)實時采集的澆鑄條件和流線信息，在線確定連鑄坯溫度分布，為系統(tǒng)中的工藝控制提供數(shù)據(jù)支持。步驟1所述的通過紅外熱成像儀采集二冷區(qū)及空冷區(qū)溫度場圖像信息，其中，紅外熱成像儀的幀數(shù)一般控制在5幀/秒。步驟2所述的對采集的圖像進行處理，方法如下步驟2-1:利用圖像處理軟件對熱成像圖片進行識別和數(shù)字化處理；步驟2-2:對熱成像圖像進行等比例網(wǎng)格劃分；步驟2-3:提取表面各節(jié)點溫度TiMa;步驟2-4:對步驟2-3中確定的溫度T^進行篩選和優(yōu)化，方法如下取斧周期內(nèi)各節(jié)點對應溫度的最大值為穩(wěn)態(tài)澆注條件下的鑄坯實測溫度TiBea;步驟2-5:將1/4鑄坯表面節(jié)點的實測溫度1\自保存于數(shù)據(jù)庫中；空冷區(qū)主要傳熱方式為輻射傳熱，步驟3-3所述的空冷區(qū)初值公式(6)中的Jw推導過程如下熱流公式9=(T￡[(r+,273)4長+273)4](7)通過數(shù)學變換《=OT[(r+273)2+(r<rir+273)2][(r+273)+(7;>+273)](:r-7;,>)(s)考慮輻射和對流的綜合作用，得等效對流傳熱系數(shù)，公式如下V=;iOT[(r+273)2+(7;,.r^^"[(r^sXT^+273)](9)式中《一熱輻射能量；(J一史蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，其大小為5.70X10—12J/(cm2*k4*s);r一鑄坯表面溫度；Z;,—空氣的溫度；/V'—輻射系數(shù)；6步驟4所述的跟蹤單元是指將流線上的鑄坯沿拉坯方向劃分為若千薄片單元，按不同的拉坯速度，沿拉坯方向即Z方向上跟蹤單元長度控制在515cm內(nèi)，沿鑄坯厚度方向即Y方向上跟蹤單元寬度控制在310cm內(nèi)，沿寬度方向即X方向跟蹤單元寬度控制在515cm內(nèi)。步驟5所述的二級過程控制系統(tǒng)，實時采集澆鑄條件和流線信息周期為2-10s。有益效果本發(fā)明首次提出在紅外熱成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于連續(xù)測溫，采用在線校核方法實時地校核二冷區(qū)各段和空冷區(qū)的傳熱系數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過傳熱系數(shù)的分段校核方法，提高了實時溫度場預測的精度，更加準確預測鑄坯表面以及內(nèi)部溫度場，準確反映鑄坯的凝固過程，為二冷動態(tài)配水、凝固末端電磁攪拌、凝固末端動態(tài)輕壓下等連鑄工藝的準確、有效實施提供了必備的數(shù)據(jù)支撐。在該
技術(shù)領(lǐng)域：
，基于紅外熱成像技術(shù)的連鑄坯實時溫度場預測方法尚屬于空白。圖l、為本發(fā)明實施例連鑄工藝及熱成像測溫示意圖；圖2、為本發(fā)明實施例鑄坯表面溫度采集和優(yōu)化過程圖；圖3、為本發(fā)明實施例傳熱系數(shù)在線校核方法流程圖；圖4、本發(fā)明實施例實時溫度場預測方法的架構(gòu)示意圖；圖5、為本發(fā)明實施例實時溫度場在線預測方法的應用；圖6、實測溫度與計算溫度的比較示意圖，其中6(a)表示18.4m處的實測溫度與計算溫度的比較示意圖，圖6(b)表示21.lm處的實測溫度與計算溫度的比較示意圖，6(c)表示24.5m處的實測溫度與計算溫度的比較示意圖，6(d)表示28.7m處的實測溫度與計算溫度的比較示意圖。圖7、為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖。具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明^圖1為連鑄工藝及熱成像測溫示意圖。鋼包2中的鋼水1經(jīng)中間包3進入結(jié)晶器5，在結(jié)晶器5的彎月面4處生成第一個跟蹤單元6，第一跟蹤單元6沿液向穴7進入二冷段9，二冷段9的內(nèi)弧I和外弧0均設(shè)有氣霧噴嘴15，跟蹤單元進入空冷段10，鑄流17在凝固終點16凝固，紅外熱成像儀8采集二冷段9和空冷段10的熱成像圖，最后一個跟蹤單元11在切割點12處切割形成鑄坯13。將紅外熱成像儀安裝在二冷區(qū)和空冷區(qū)，幀數(shù)設(shè)置為5幀/秒。紅外熱成像儀對采集的圖像進行處理，提取鑄坯表面溫度實測值T^，流程如圖2所示，包括如下步驟步驟1:利用紅外熱成像儀采集二冷區(qū)和空冷區(qū)溫度數(shù)據(jù)，所述的紅外熱成像儀通過高速數(shù)據(jù)線(1394線)將采集到的熱成像圖傳輸?shù)竭B鑄過程服務器；步驟2:利用熱成像數(shù)據(jù)采集軟件對熱成像數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理；步驟3:服務器顯示步驟3處理的鑄坯表面圖像；步驟4:對步驟4中的圖像進行等比例網(wǎng)格劃分，提取表面節(jié)點溫度；步驟5:表面節(jié)點溫度優(yōu)化取各周期內(nèi)各節(jié)點對應溫度的最大值為穩(wěn)態(tài)澆注條件下的鑄坯實際溫度；步驟6:將l/4鑄坯表面節(jié)點的溫度保存于數(shù)據(jù)庫中。圖3為傳熱系數(shù)在線校核方法流程圖，具體步驟如下步驟l:讀入鋼種物性參數(shù)和澆鑄工藝參數(shù)，包括單元出生時鑄坯頭位置、鑄坯尾位置。壽命、澆鑄溫度、鋼種成分、二冷工業(yè)、壓下工藝等；設(shè)定時間周期，一般為5s,澆鑄開始時，等周期的從結(jié)晶器彎月面處產(chǎn)生跟蹤單元；步驟2:判斷跟蹤單元的位置，具體方法是根據(jù)跟蹤單元"出生"時澆鑄總長和當前澆鑄總長，計算跟蹤單元位置；步驟3:如跟蹤單元處于結(jié)晶器中，則采用結(jié)晶器內(nèi)的邊界條件確定傳熱系數(shù)，執(zhí)行步驟7;否則執(zhí)行步驟4;步驟4:如跟蹤單元處于二冷區(qū)，則根據(jù)經(jīng)驗公式給出hy和hi皿，確定該跟蹤單元所處二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)初值h加^h^+0.618(hiBM-hlnlin)，執(zhí)行步驟7;否則執(zhí)行步驟5;步驟5:如跟蹤單元處于空冷區(qū)，則根據(jù)等效公式給出heffi^和hetoax,計算該跟蹤單元所處空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值、-heffinin+0.618(hetoax-heffinin)，執(zhí)行步驟7;否則執(zhí)行步驟6;步驟6:判斷跟蹤單元是否處于最后一個拉矯輥，如是則執(zhí)行步驟5，否則結(jié)束；步驟7:將步驟3、步驟4、步驟5確定的傳熱系數(shù)代入凝固傳熱模型，利用非穩(wěn)態(tài)凝固傳熱控制方程確定跟蹤單元的表面溫度TiMl:步驟8:判斷Ar的大小，如Ar或P(hi)的值小于e，判斷跟蹤單元位置如跟蹤單元處于二冷區(qū)，則hi的值為二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)；如跟蹤單元處于空冷區(qū)，則h^為空冷區(qū)某段傳熱系數(shù)；否則執(zhí)行步驟9;步驟9:如跟蹤單元處于二冷區(qū)如A7VJ、于0，則采用黃金分割法對hi進行直線搜索hi隨-hi，h產(chǎn)hw"0.618(himax—hiltin),否則，h論hi，hi=himin+0.618(hlmM—hlni);如跟蹤單元處于空冷區(qū)如Ar小O，則采用黃金分割法對hi進行直線搜索hefta=hrff，hef產(chǎn)heffmin"K).618(heff腦x一hefftiin)，否貝(J,heffrain=heff，heff=hemin+0.618(heffmax—hefflin);步驟10:如跟蹤單元處于二冷區(qū)，則擬合hi表達式，確定hi與水量、鑄坯的澆鑄速度和澆鑄時間的函數(shù)關(guān)系。圖4為跟蹤單元生命周期示意圖。跟蹤單元指將流線上的鑄坯沿拉坯方向劃分為若干薄片單元，不斷產(chǎn)生的跟蹤單元存儲在動態(tài)開辟的內(nèi)存中將所產(chǎn)生的動態(tài)跟蹤單元一次串聯(lián)形成的雙向鏈表；新產(chǎn)生的跟蹤單元從鏈表頭插入，跟蹤單元離開最有一個拉轎棍從雙向鏈表中刪除該跟蹤單元，這樣建立起來的雙向鏈表就代表了整個鑄坯流程線。跟蹤單元的屬性信息存儲在初始屬性鏈表中。鑄坯進入結(jié)晶器后，首先讀入初始澆鑄條件，包括澆鑄溫度、鋼種、拉速及鑄坯尺寸，生成新跟蹤單元，屬性包括長度、寬度、高度和它的出生時間；判斷跟蹤單元的位置，讀取跟蹤單元壽命，如跟蹤單元處于結(jié)晶器，則根據(jù)結(jié)晶器邊界條件確定傳熱系數(shù)，如跟蹤單元處于二冷區(qū)，則根據(jù)二冷區(qū)邊界條件確定二冷區(qū)各段傳熱系數(shù)，如跟蹤單元處于空冷區(qū)，則根據(jù)空冷區(qū)邊界條件確定空冷區(qū)各段傳熱系數(shù)，如處于最后一個拉矯輥，則刪除雙向鏈表中的該跟蹤單元，同時刪除跟蹤單元在初始屬性鏈表中的屬性信息。同時開始下一個周期，插入新的跟蹤單元，如此反復。將建立的實時溫度場在線預測方法嵌入二級過程控制系統(tǒng)中，為過程控制系統(tǒng)中的其它工藝控制模型提供數(shù)據(jù)支撐，保證相關(guān)工藝的實施效果，其具體包括(1)為動態(tài)二冷控制提供表面溫度數(shù)據(jù)，動態(tài)二冷控制模型根據(jù)計算數(shù)據(jù)和目標表面溫度差值，實時調(diào)整二冷水量，滿足鑄坯表面溫度在目標溫度范圍內(nèi)，從而保證鑄坯的質(zhì)量。(2)為動態(tài)輕壓下控制模型提供凝固末端兩相區(qū)中心固相率，為輕壓下工藝的準確實施提供了前提保證。(3)為凝固末端電磁攪拌控制模型提供凝固末端位置，保證了電磁攪拌工藝的準確實施。(4)為鑄坯表面質(zhì)量預測提供數(shù)據(jù)支持。鑄坯表面質(zhì)量預測可以根據(jù)鑄坯流線上表面溫度分布，預測鑄坯質(zhì)量缺陷，如矯直區(qū)鑄坯溫度在脆性溫度范圍內(nèi)會引起矯直裂紋等。某鋼廠采用本發(fā)明方法來對大方坯連鑄鑄坯的表面溫度進行實時預測計算，其鑄坯斷面尺寸280mmx325mm，鋼種為GCrl5、SWRH82B和60Si2MnA，其成分分別如下表所示表lGCrl5化學成分控制(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2SWRH82B化學成分控制(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表360Si2MnA化學成分控制(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用鑄坯射釘實驗和本發(fā)明的連續(xù)測溫對比實驗，如下:表4模型計算還殼與射釘實驗結(jié)果對比<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖6為4個不同測溫位置的實測溫度與計算溫度的比較，從圖中可以看出采用本發(fā)明計算的鑄坯表面溫度的計算值和實測值的偏差較小，實測溫度與計算溫度的最大溫差為9'C，偏差小于1%，實測溫度與本發(fā)明的計算溫度吻合較好。'權(quán)利要求1、一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法，該方法利用一臺計算機作為連鑄過程服務器，并使該連鑄過程服務器與一臺紅外熱成像儀相連，其特征在于包括以下步驟步驟1通過紅外熱成像儀采集連鑄過程鑄坯圖像信息；步驟2對采集的圖像進行識別與數(shù)字化處理，確定鑄坯表面溫度實測值Timea；步驟3采用在線校核方法確定二冷區(qū)及空冷區(qū)傳熱系數(shù)，具體方法如下步驟3-1根據(jù)經(jīng)驗公式確定二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)初值，公式如下hi＝himin+0.618(himax-himin)(1)式中，hi-二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)初值；himax-傳熱系數(shù)初值的最大值；himin-傳熱系數(shù)初值的最小值；步驟3-2利用二維非穩(wěn)態(tài)凝固傳熱控制方程，用有限體積方對方程進行離散，然后采用TDMA法求解二冷區(qū)某段鑄坯表面溫度Tical；<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>ρ</mi><msub><mi>c</mi><mi>eff</mi></msub><mfrac><mrow><mo>∂</mo><msub><mi>T</mi><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>∂</mo><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mo>∂</mo><mrow><mo>∂</mo><mi>x</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>k</mi><mi>eff</mi></msub><mfrac><mo>∂</mo><mrow><mo>∂</mo><mi>x</mi></mrow></mfrac><msub><mi>T</mi><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mo>∂</mo><mrow><mo>∂</mo><mi>y</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>k</mi><mi>eff</mi></msub><mfrac><mo>∂</mo><mrow><mo>∂</mo><mi>y</mi></mrow></mfrac><msub><mi>T</mi><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>式中，Tzi(x，y，t)-跟蹤單元Zi在時間t、位置(x，y)處的溫度；ceff-有效熱容；ρ-鋼的密度、keff-有效導熱系數(shù)；步驟3-3修正二冷區(qū)傳熱系數(shù)，公式如下<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Max</mi><mo>|</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>ical</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>imea</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>imea</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>|</mo><mo><</mo><mi>ϵ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>ΔT＝Tical(m，n)-Timea(m，n)(4)<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>|</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>new</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>old</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>new</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>M</mi><mo>,</mo><mi>M</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>式中，Tical(m，n)-鑄坯表面節(jié)點(m，n)的溫度計算值；(m，n)-鑄坯表面的節(jié)點；m-節(jié)點的橫坐標；n-節(jié)點的縱坐標；ε為收斂因子；ΔT-表面溫度差；hi(new)-最新一次hi的迭代值，hi(old)-上一次的迭代值，new-最新一次的迭代；old-上一次迭代；F(hi)-收斂判據(jù)；P(hi)-收斂判據(jù)；判別方法為如果F(hi)的值小于ε，則輸出hi的值即為二冷區(qū)某段的傳熱系數(shù)，如果F(hi)的值大于ε，則判斷ΔT的值是否小于0℃，如小于0℃，采用黃金分割法對hi的值進行直線搜所，直至F(hi)的值小于ε或者P(hi)的值小于ε，所求得的hi即為二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)；空冷區(qū)各段的傳熱系數(shù)修正過程與二冷區(qū)的傳熱系數(shù)修正過程相同，它的初值公式如下heff＝heffmin+0.618(heffmax-heffmin)(6)式中，heff-空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值；heffmin-空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值最小值；heffmax-空冷區(qū)傳熱系數(shù)初值最大值；將heff的值代入步驟3-2和步驟3-3替代hi，確定空冷區(qū)某段傳熱系數(shù)；步驟3-4根據(jù)步驟3-3確定的二冷區(qū)某段傳熱系數(shù)，對hi進行擬合，構(gòu)造hi與水量、鑄坯的澆鑄速度和澆鑄溫度的函數(shù)關(guān)系；步驟4實時溫度場在線預測，按以下步驟步驟4-1設(shè)定時間周期，等時間周期從結(jié)晶器彎月面處產(chǎn)生跟蹤單元；步驟4-2初始化跟蹤單元，將跟蹤單元的工藝條件存儲在動態(tài)開辟的內(nèi)存單元中；步驟4-3將各跟蹤單元依次串聯(lián)形成雙向鏈表，新產(chǎn)生的跟蹤單元從雙向鏈表頭插入，當跟蹤單元離開切割機時從雙向鏈表中刪除，建立整個鑄流線的雙向鏈表；步驟4-4在整個鑄坯流線的雙向鏈表的計算周期內(nèi)，采用二維非穩(wěn)態(tài)凝固傳熱控制方程，從雙向鏈表的頭部開始到尾部依次確定每個跟蹤單元內(nèi)部節(jié)點的溫度；步驟5將實時溫度場在線預測結(jié)果嵌入二級過程控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)實時采集的澆鑄條件和流線信息，在線確定連鑄坯溫度分布，為系統(tǒng)中的工藝控制提供數(shù)據(jù)支持。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法，其特征在于步驟4所述的跟蹤單元是指將流線上的鑄坯沿拉坯方向劃分為若干薄片單元，按不同的拉坯速度，沿拉坯方向即Z方向上跟蹤單元長度控制在515cm內(nèi)，沿鑄坯厚度方向即Y方向上跟蹤單元寬度控制在310cm內(nèi)，沿寬度方向即X方向跟蹤單元寬度控制在515cm內(nèi)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法，其特征在于步驟5所述的二級過程控制系統(tǒng)，采集澆鑄條件和流線信息的周期為2-10s。全文摘要一種基于紅外熱成像的連鑄坯實時溫度場在線預測方法，涉及一種鋼坯表面溫度的監(jiān)控和分析。本發(fā)明提出用于確定二冷區(qū)和空冷區(qū)傳熱系數(shù)的在線校核方法，實時校核二冷區(qū)各段和空冷區(qū)的傳熱系數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過傳熱系數(shù)的分段校核方法，提高了實時溫度場預測的精度，更加準確預測鑄坯表面以及內(nèi)部溫度場，準確反映鑄坯的凝固過程，為二冷動態(tài)配水、凝固末端電磁攪拌、凝固末端動態(tài)輕壓下等連鑄工藝的準確、有效實施提供了必備的數(shù)據(jù)支撐。文檔編號B22D11/16GK101664793SQ200910187339公開日2010年3月10日申請日期2009年9月14日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者朱苗勇,楊躍標,程祭申請人:東北大學