第7期 何飞等：连铸结晶器在线热像图绘制的方法 ·953· 结漏钢、冷点、凹陷或纵裂、热点、浸入式水口工作状 固定侧 A B C D E FG H I J K L 态的监控，从热像图判断结晶器锥度大小和保护渣 熔化及润滑状况等·-.但是，关于结晶器在线热 A B C D E C H 像图绘制方法的研究报道却很少.在线热像图的绘 活动侧 1● ● ● ●● ● ● 制不只是通过采用简单的插值算法绘制温度云图， 111 ● ● ● ● ● ● ● ● ● 还必须兼顾实时性、准确性和图像质量.结晶器热 4 ●●● ● ● ● ● ● ● 5 ● ● ● ● 像图的准确定义是指通过结晶器铜板上有限个热电 ● ● 6● 偶检测的温度，借助一定的算法，得到整个结晶器铜 615 ●●●●● ● ● 48 207.5 板的温度场，在计算机监视屏上显示出来，实现可视 185+ 7G 2075 化.结晶器在线热像图是一种动态的二维结晶器 图1结品器铜板热电偶布置示意图（单位：mm) 铜板温度云图，非静态云图，因此要求绘制速度快， Fig.I Schematic diagram of thermocouple arrangement in the mould 可实现在线可视化，且图像质量和精度有保证，能反 copper plate (unit:mm) 映出温度场的变化特征.本文提出了一种等值线区 域填充法快速高效绘制结晶器在线热像图.通过 接头螺钉 结合网格序列法因和单元剖分法)的思想绘制等 水槽 值线并填充等值区域形成云图，可解决已往繁琐 的等值线追踪和二义性问题.本文方法与基于像 弹簧 素点填充的扫描母元法进行了比较，并应用于 实际生产. 0型环 1 连铸结晶器 紧固件 本文所研究的H炼钢厂板坯连铸结晶器，是一 热电偶 种组合式直结晶器，其长度为900mm,对应板坯断 面为230mm×(900~2150)mm,结晶器宽度和厚度 铜板 支撑板 根据板坯断面调整，拉速为0.80~2.03mmin-1,结 图2结品器铜板热电偶安装 晶器振动采用液压驱动和正弦振动曲线，结晶器液 Fig.2 Installation of thermocouples in the mould copper plate 位检测采用电磁涡流传感器，正常液位为100mm, 母元法较相似，都是基于像素的云图填充方法.扫 SEN采用平底双侧孔水口.结晶器铜板热电偶布置 描母元法相比扫描线法，具有精度高、效率高和实 示意图如图1.固定侧（外弧）和活动侧（内弧）宽面 现简单等特点圆.在实际应用中一般采用等值线 各安装7行12列共84个热电偶，左右窄面各安装4 区域填充法.所以本文分别用扫描母元法和等值 行2列共8个热电偶，总共184个热电偶，同时对各 线区域填充法绘制结晶器在线热像图，并进行了 热电偶按图1进行编号标记，如7G表示第7行G 比较 列热电偶.热电偶安装如图2所示.采用K型热电 2.1基于像素点填充的扫描母元法 偶，测量热电偶的形式采用测量点与补偿导线分布 扫描母元法是一种基于像素的云图填充方法， 安装，电偶采用弹簧预紧力压接和卡箍固定方式连 其基本思想是采用自然坐标系中母元被划分为矩形 接.热电偶被安装定位以检测与钢液接触的铜板热 子域，然后用一条水平线，依次扫描母元中子域的顶 面温度.结晶器铜板厚度均为41mm,宽面铜板上热 点，利用顶点的自然坐标以及等参单元的形函数计 电偶插入深度（指距离铜板冷面的距离）是20.5 算实际坐标及温度值.利用实际坐标找到像素，通 mm,窄面铜板上热电偶插入深度是20mm. 过温度值求出颜色，把像素设置为求出的颜色，画出 单元的云图，逐步画出每个单元的云图，就得到了整 2 结晶器在线热像图的绘制方法 个温度云图.实现该方法的程序流程图如图3所 结品器在线热像图是一种动态温度云图，需 示.其中，单元内任一点坐标和温度根据有限元理 要一种快速高效的温度云图绘制方法.目前常用 论，采用八节点四边形等参单元的插值函数计算. 的温度云图绘制方法有等值线区域填充法P-, 扫描母元法的关键参数是步长dR和dS,直接影响 扫描线法四和扫描母元法，.扫描线法和扫描 云图质量和绘制速度第 7 期 何 飞等: 连铸结晶器在线热像图绘制的方法 结漏钢、冷点、凹陷或纵裂、热点、浸入式水口工作状 态的监控，从热像图判断结晶器锥度大小和保护渣 熔化及润滑状况等［1 － 5］． 但是，关于结晶器在线热 像图绘制方法的研究报道却很少． 在线热像图的绘 制不只是通过采用简单的插值算法绘制温度云图， 还必须兼顾实时性、准确性和图像质量． 结晶器热 像图的准确定义是指通过结晶器铜板上有限个热电 偶检测的温度，借助一定的算法，得到整个结晶器铜 板的温度场，在计算机监视屏上显示出来，实现可视 化［5］． 结晶器在线热像图是一种动态的二维结晶器 铜板温度云图，非静态云图，因此要求绘制速度快， 可实现在线可视化，且图像质量和精度有保证，能反 映出温度场的变化特征． 本文提出了一种等值线区 域填充法快速高效绘制结晶器在线热像图． 通过 结合网格序列法［6］和单元剖分法［7］的思想绘制等 值线并填充等值区域形成云图，可解决已往繁琐 的等值线追踪和二义性问题． 本文方法与基于像 素点填充的扫描母元法［8］进行了比较，并应用于 实际生产． 1 连铸结晶器 本文所研究的 H 炼钢厂板坯连铸结晶器，是一 种组合式直结晶器，其长度为 900 mm，对应板坯断 面为 230 mm × ( 900 ～ 2150) mm，结晶器宽度和厚度 根据板坯断面调整，拉速为 0. 80 ～ 2. 03 m·min － 1，结 晶器振动采用液压驱动和正弦振动曲线，结晶器液 位检测采用电磁涡流传感器，正常液位为 100 mm， SEN 采用平底双侧孔水口． 结晶器铜板热电偶布置 示意图如图 1． 固定侧( 外弧) 和活动侧( 内弧) 宽面 各安装7 行12 列共84 个热电偶，左右窄面各安装4 行 2 列共 8 个热电偶，总共 184 个热电偶，同时对各 热电偶按图 1 进行编号标记，如 7G 表示第 7 行 G 列热电偶． 热电偶安装如图 2 所示． 采用 K 型热电 偶，测量热电偶的形式采用测量点与补偿导线分布 安装，电偶采用弹簧预紧力压接和卡箍固定方式连 接． 热电偶被安装定位以检测与钢液接触的铜板热 面温度． 结晶器铜板厚度均为 41 mm，宽面铜板上热 电偶插入深度( 指距离铜板冷面的距离) 是 20. 5 mm，窄面铜板上热电偶插入深度是 20 mm． 2 结晶器在线热像图的绘制方法 结晶器在线热像图是一种动态温度云图，需 要一种快速高效的温度云图绘制方法． 目前常用 的温度云图绘制方法有等值线区域填充法［9 － 10］、 扫描线法［11］和扫描母元法［8，13］． 扫描线法和扫描 图 1 结晶器铜板热电偶布置示意图( 单位: mm) Fig． 1 Schematic diagram of thermocouple arrangement in the mould copper plate ( unit: mm) 图 2 结晶器铜板热电偶安装 Fig． 2 Installation of thermocouples in the mould copper plate 母元法较相似，都是基于像素的云图填充方法． 扫 描母元法相比扫描线法，具有精度高、效率高和实 现简单等特点［8］． 在实际应用中一般采用等值线 区域填充法． 所以本文分别用扫描母元法和等值 线区域填充法绘制结晶器在线热像图，并进行了 比较． 2. 1 基于像素点填充的扫描母元法 扫描母元法是一种基于像素的云图填充方法， 其基本思想是采用自然坐标系中母元被划分为矩形 子域，然后用一条水平线，依次扫描母元中子域的顶 点，利用顶点的自然坐标以及等参单元的形函数计 算实际坐标及温度值． 利用实际坐标找到像素，通 过温度值求出颜色，把像素设置为求出的颜色，画出 单元的云图，逐步画出每个单元的云图，就得到了整 个温度云图． 实现该方法的程序流程图如图 3 所 示． 其中，单元内任一点坐标和温度根据有限元理 论，采用八节点四边形等参单元的插值函数计算． 扫描母元法的关键参数是步长 dＲ 和 dS，直接影响 云图质量和绘制速度． · 359 ·