基于虚拟仪器的结晶器温度场可视化系统

　　在连铸生产中，漏钢是一种灾难性事故，漏钢的发生不仅会降低连铸机的工作效率，而且还会造成设备故障，甚至人员伤亡，破坏生产组织的均衡性。

　　在所有漏钢事故中，粘结漏钢的发生率最高，占70%以上，因此，减少粘结漏钢是降低连铸漏钢率的关键。粘结漏钢具有一个重要特征，即，当结晶器 壁与铸坯发生粘结时，粘结处及其周围的温度将会升高。用结晶器铜板内埋设的热电偶来检测结晶器铜板温度的变化，分析所检测到的温度变化是否符合粘结漏钢的 特征，进而可以在铸坯与结晶器内壁发生粘结、坯壳破裂处拉出结晶器之前发出报警，防止漏钢事故的发生。目前，很多漏钢预报系统可以预报粘结漏钢、裂纹漏钢 和铸坯凹陷，并且还可以将其绘成结晶器热流图。

　　但这些系统只侧重于漏钢的预报，没有考虑到整个结晶器内的温度场分布情况，仅提供简单的温度随时间变化的二维曲线，无法实现对结晶器内温度场任 意视觉的温度监控[1];也有一些温度场可视化系统，但是由于结晶器内运行状况的复杂性，使得这些系统所给出的温度场云图仍不准确。

　　为了增强漏钢预报效果，提高钢铁生产质量，国内外学者对结晶器进行了大量的研究，但是大部分都集中在对结晶器内钢液的温度场及流场〔2〕、铸坯 厚度及应力场〔3)和钢液凝固过程的研究上。也有一些对结晶器铜板温度场的研究，但大多采用二维或三维热传导模型对温度场进行模拟[4，5]。笔者介绍了 结晶器温度场可视化系统的组成和实现方法。

　　1系统的组成

　　根据实际生产的需求，笔者研究开发了结晶器温度场可视化系统，该系统结构如图1所示。

　　利用LabVIEW工具开发数据采集模块和结晶器温度场可视化显示模块，利用ANSYS开发温度场求解模块。各模块之间通过数据文件相互联系， 数据采集模块所采集的热电偶温度数据输人到一个数据文件中，该数据文件作为温度场求解模块的输入，经有限元求解分析，得到结晶器内铸坯的温度场云图，把该 图输人到可视化显示模块中，进行显示。

　　2数据采集模块

　　本系统由虚拟仪器LabVIEW编程完成数据采集任务。数据采集模块主要包括热电偶数据采集、铸坯运行参数采集和人工输人参数采集3部分。

　　2.1热电偶数据采集

　　结晶器的温度监控是通过埋设在结晶器铜板内的48支热电偶来实现的，通过热电偶检测结晶器铜板内的温度变化。结晶器的外形尺寸为1 690mm x 338mm x 904mm，铜板的厚度为40mm。热电偶埋设在结晶器铜板内20mm厚度处。热电偶在结晶器铜板上的分布如图2所示。