·958 北京科技大学学报 第36卷 表现在热像图上，正常状态时，如图11(a),黏结发 Du H B,Yang J.Causes and countermeasures of breakout during 生时，在弯月面附近产生颜色明亮的热点，如图11 production of SPHD by thin slab casting in Tanggang.China Met- (b)和(c)的E列，然后热点不断向下移动，形成一 al,2007,17(6):59 (杜洪波，杨杰.SPHD薄板坯连铸漏钢原因分析及控制措施 个V形的明亮区域，不断向下和两侧扩展，如图11 中国治金，2007,17(6)：59) (d)~(g)的E列，如果热点下移到结晶器出口，如 B]Liu X H,Yang J,Sun L J.Application of mould breakout preven- 图11()的E列，就会发生漏钢.由上可知，黏结漏 tion and thermal map technology on FTSC thin slab caster.Henan 钢可以通过热像图很明显地判断出来，更加形象地 Metall,2009,17(2):41 显示了黏结裂口的形成和传播过程.另外，图11和 (刘晓红，杨杰，孙立军.FTSC薄板坯连铸漏钢预报及热像 图技术应用.河南治金，2009,17(2)：41) 图8也表现了两种不同铸坯宽度对应的热像图，说 4 Gao X.Monitoring function of thermal Image diagram to mould 明热像图显示的宽度可以随铸坯断面尺寸而变化. heat transfer and failure.Tianjin Metall,2010(5):7 综上所述，基于等值线区域填充法的结晶器在 (高翔.浅析热像图对结品器传热和事故的监控作用.天津治 线热像图在实际应用时，能很好地反映正常和非正 金，2010(5)：7) 常浇铸状态下结晶器内部温度场的特征，是实现结 5] Cai KK.The Continuous Casting Mould.Beijing:Metallurgical 晶器过程可视化和辅助漏钢预报技术的重要手段. Industry Press,2008 (蔡开科.连铸结品器.北京：治金工业出版社，2008) 4结论 6] Wang C E.Meshing and Visualization Technology for Scientific Computing.Beijing:Science Press,2011 (1)针对结晶器在线热像图的特点，本文提出 (王成恩.面向科学计算的网格划分与可视化技术.北京：科 了一种等值线区域填充法准确快速高效绘制结晶器 学出版社，2011) 在线热像图，并与基于像素点填充的扫描母元法进 Shi J Y,Cai WL.The Algorithms and Systems of Visualization in 行了比较.仿真实验结果表明，等值线区域填充法 Scientific Computing.Beijing:Science Press:1996 (石教英，蔡文立.科学计算可视化算法与系统.北京：科学 绘制云图速度快，也保证了云图准确性和图像质量， 出版社，1996) 优于扫描母元法.算法复杂度分析也证明等值线区 年 Liu Y J.Scan parent element method for visualization of finite ele- 域填充法具有较高的时间效率. ment method analysis results.Comput Simul,2008,25(9):231 (2)等值线区域填充法，先通过离散数据网格 (刘永军.有限元数据场可视化的扫描母元法.计算机仿真， 化将结晶器铜板划分为多个小矩形单元组成的矩形 2008,25(9):231) 9] Sun G R,Ma L,Lu D P,et al.Investigation on the algorithm of 网格，再通过网格序列法和单元剖分法的思想生成 making and filling isoline.J Tianjin Univ,2000,33(6):816 等值线，将矩形单元内等值线提取转换为三角形单 (孙桂茹，马亮，路登平，等.等值线生成与图形填充算法 元内等值线的提取，可有效解决已往的等值线二义 天津大学学报，2000,33(6)：816) 性和繁琐的等值线追踪问题，然后对等值多边形填 00]Du X F,Wang C E.A new nephogram algorithm based on con- 充该处温度对应的颜色，遍历所有网格单元就得到 tour data.J Northeast Unig Nat Sci,2013,34(5):624 整个铜板的温度云图.该方法简单，效率高，精度有 (杜小甫，王成恩.基于等值线数据的一种新的云图算法 东北大学学报：自然科学版，2013,34(5)：624) 保证 [11]Xie C,Ma L,Peng Y H.Visualization of the FEM analysis data. (3)基于等值线区域填充法的结晶器在线热像 J Comput Aided Des Comput Graphics,2000,12(2):81 图在H炼钢厂进行了实际应用.应用结果表明，正 (谢春，马兰，彭颖红.有限元计算结果的可视化处理.计算 常情况下、铸坯有凹陷等裂纹、不同拉速、不同断面 机辅助设计与图形学学报，2000,12(2)：81) 和黏结漏钢过程的热像图都能很好地反映出结晶器 [12]Liu Y J,Li H N.A new method for coloring contours of 2D tem- 内部温度场的特征，可知等值线区域填充法完全适 perature fields.J Eng Graphics,2001,22(4):59 (刘永军，李宏男.一种画二维温度场彩色云图的新方法 合绘制结晶器在线热像图，且此方法可扩展到任何 工程图学学报，2001,22(4)：59) 标量场数据和矢量场分量的在线可视化. [13]Shepard D.A two-dimensional interpolation function for irregu- larly-spaced data /Proceedings of the 1968 23rd ACM National 参考文献 Conference.ACM,1968:517 [Ma X G,Zhang Y F,Li J M.Application of thermal imaging fig- [14]Liu C L,Rong T P,Luo F F.Image deformation algorithm based ure of mould to predicting and controlling longitudinal crack of thin on region division.J Huazhong Unie Sci Technol Nat Sci,2005, slab.Iron Steel,2007,42(6):34 33(10):47 (马新光，张云飞，李军明.结品器热像图在预测和控制薄板 (刘春利，容太平，罗芳芳.基于区域划分的一种新的图像变形 坯纵裂纹中的应用.钢铁，2007,42(6)：34) 算法.华中科技大学学报：自然科学版，2005,33(10)：47)北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 表现在热像图上，正常状态时，如图 11( a) ，黏结发 生时，在弯月面附近产生颜色明亮的热点，如图 11 ( b) 和( c) 的 E 列，然后热点不断向下移动，形成一 个 V 形的明亮区域，不断向下和两侧扩展，如图 11 ( d) ～ ( g) 的 E 列，如果热点下移到结晶器出口，如 图 11( h) 的 E 列，就会发生漏钢． 由上可知，黏结漏 钢可以通过热像图很明显地判断出来，更加形象地 显示了黏结裂口的形成和传播过程． 另外，图 11 和 图 8 也表现了两种不同铸坯宽度对应的热像图，说 明热像图显示的宽度可以随铸坯断面尺寸而变化． 综上所述，基于等值线区域填充法的结晶器在 线热像图在实际应用时，能很好地反映正常和非正 常浇铸状态下结晶器内部温度场的特征，是实现结 晶器过程可视化和辅助漏钢预报技术的重要手段． 4 结论 ( 1) 针对结晶器在线热像图的特点，本文提出 了一种等值线区域填充法准确快速高效绘制结晶器 在线热像图，并与基于像素点填充的扫描母元法进 行了比较． 仿真实验结果表明，等值线区域填充法 绘制云图速度快，也保证了云图准确性和图像质量， 优于扫描母元法． 算法复杂度分析也证明等值线区 域填充法具有较高的时间效率． ( 2) 等值线区域填充法，先通过离散数据网格 化将结晶器铜板划分为多个小矩形单元组成的矩形 网格，再通过网格序列法和单元剖分法的思想生成 等值线，将矩形单元内等值线提取转换为三角形单 元内等值线的提取，可有效解决已往的等值线二义 性和繁琐的等值线追踪问题，然后对等值多边形填 充该处温度对应的颜色，遍历所有网格单元就得到 整个铜板的温度云图． 该方法简单，效率高，精度有 保证． ( 3) 基于等值线区域填充法的结晶器在线热像 图在 H 炼钢厂进行了实际应用． 应用结果表明，正 常情况下、铸坯有凹陷等裂纹、不同拉速、不同断面 和黏结漏钢过程的热像图都能很好地反映出结晶器 内部温度场的特征，可知等值线区域填充法完全适 合绘制结晶器在线热像图，且此方法可扩展到任何 标量场数据和矢量场分量的在线可视化． 参 考 文 献 ［1］ Ma X G，Zhang Y F，Li J M． Application of thermal imaging fig￾ure of mould to predicting and controlling longitudinal crack of thin slab． Iron Steel，2007，42( 6) : 34 ( 马新光，张云飞，李军明． 结晶器热像图在预测和控制薄板 坯纵裂纹中的应用． 钢铁，2007，42( 6) : 34) ［2］ Du H B，Yang J． Causes and countermeasures of breakout during production of SPHD by thin slab casting in Tanggang． China Met￾all，2007，17( 6) : 59 ( 杜洪波，杨杰． SPHD 薄板坯连铸漏钢原因分析及控制措施． 中国冶金，2007，17( 6) : 59) ［3］ Liu X H，Yang J，Sun L J． Application of mould breakout preven￾tion and thermal map technology on FTSC thin slab caster． Henan Metall，2009，17( 2) : 41 ( 刘晓红，杨杰，孙立军． FTSC 薄板坯连铸漏钢预报及热像 图技术应用． 河南冶金，2009，17( 2) : 41) ［4］ Gao X． Monitoring function of thermal Image diagram to mould heat transfer and failure． Tianjin Metall，2010( 5) : 7 ( 高翔． 浅析热像图对结晶器传热和事故的监控作用． 天津冶 金，2010( 5) : 7) ［5］ Cai K K． The Continuous Casting Mould． Beijing: Metallurgical Industry Press，2008 ( 蔡开科． 连铸结晶器． 北京: 冶金工业出版社，2008) ［6］ Wang C E． Meshing and Visualization Technology for Scientific Computing． Beijing: Science Press，2011 ( 王成恩． 面向科学计算的网格划分与可视化技术． 北京: 科 学出版社，2011) ［7］ Shi J Y，Cai W L． The Algorithms and Systems of Visualization in Scientific Computing． Beijing: Science Press: 1996 ( 石教英，蔡文立． 科学计算可视化算法与系统． 北京: 科学 出版社，1996) ［8］ Liu Y J． Scan parent element method for visualization of finite ele￾ment method analysis results． Comput Simul，2008，25( 9) : 231 ( 刘永军． 有限元数据场可视化的扫描母元法． 计算机仿真， 2008，25( 9) : 231) ［9］ Sun G Ｒ，Ma L，Lu D P，et al． Investigation on the algorithm of making and filling isoline． J Tianjin Univ，2000，33( 6) : 816 ( 孙桂茹，马亮，路登平，等． 等值线生成与图形填充算法． 天津大学学报，2000，33( 6) : 816) ［10］ Du X F，Wang C E． A new nephogram algorithm based on con￾tour data． J Northeast Univ Nat Sci，2013，34( 5) : 624 ( 杜小甫，王成恩． 基于等值线数据的一种新的云图算法． 东北大学学报: 自然科学版，2013，34( 5) : 624) ［11］ Xie C，Ma L，Peng Y H． Visualization of the FEM analysis data． J Comput Aided Des Comput Graphics，2000，12( 2) : 81 ( 谢春，马兰，彭颖红． 有限元计算结果的可视化处理． 计算 机辅助设计与图形学学报，2000，12( 2) : 81) ［12］ Liu Y J，Li H N． A new method for coloring contours of 2D tem￾perature fields． J Eng Graphics，2001，22( 4) : 59 ( 刘永军，李宏男． 一种画二维温度场彩色云图的新方法． 工程图学学报，2001，22( 4) : 59) ［13］ Shepard D． A two-dimensional interpolation function for irregu￾larly-spaced data / / Proceedings of the 1968 23rd ACM National Conference． ACM，1968: 517 ［14］ Liu C L，Ｒong T P，Luo F F． Image deformation algorithm based on region division． J Huazhong Univ Sci Technol Nat Sci，2005， 33( 10) : 47 ( 刘春利，容太平，罗芳芳． 基于区域划分的一种新的图像变形 算法． 华中科技大学学报: 自然科学版，2005，33( 10) : 47) · 859 ·