[发明专利]一种测量结晶器热面热流密度、温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量结晶器热面热流密度、温度的方法；属于连铸技术领域。

背景技术

计算结晶器热面热流密度、温度对铸坯质量控制、工艺参数选择有重要的影响。目前测量连铸结晶器热流密度的方法有：1.直接法，假设结晶器壁是一维传热，在水平方向上安装不同深度的两根热电偶，然后热流密度等于导热系数×(热电偶温差/热电偶距离)。这种技术有一个隐含条件，即结晶器的热扩散系数为无穷大；他不能精确计算结晶器热面热流密度、温度；尤其是结晶器液面附近的热流密度，不能得到精确的结晶器热流密度、温度；同时热流密度、温度受热电偶测量噪声影响很大。2.反算法：1D反算法，假设结晶器壁是一维传热，忽略高度方向上的传热不能准确计算出结晶器液面附近的热流密度，不能得到结晶器壁的温度变化。Samarasekera等[Pinheiro,C.A.M.,I.V.Samarasekera,J.K.Brimacomb,and B.N.Walker.Ironmaking&Steelmaking 27(1)(2000):37-54.]建立了2D传热反问题把结晶器壁内热电偶温度转换为通过结晶器的热流密度，采用了Tikhnov正则法计算反问题，这种方法具有抵抗热电偶测量噪声的能力，但是使用时他很难确定正则项和正则参数。另外一些学者(国内外)建立了2D传热反问题，把测量的温度转化为结晶器热流密度，但是采用了Beck的sequential function specification method求解反问题；这种算不适合计算多维传热反问题，同时抵抗热电偶测量噪声的能力不是很理想。3.假设热流密度分布曲线-校准法：假设沿着拉坯方向假设热流密度分布曲线呈指数分布(或者抛物线分别)，然后根据测量的结晶器冷却水进出口水温差来校正分布曲线；这种方法只能粗略计算结晶器的传热状态，不能得到精确的热流密度分布曲线，尤其在结晶器液位附近更加失真。4.估算冷却水槽的对流换热系数：采用经验公式估算结晶器冷却水槽的对流换热系数(或者计算结晶器冷却水的流场分别，然后采用对流-传热边界层理论计算结晶器冷却水槽的对流换热系数)，然后根据建好的数学模型计算结晶器热流密度；结晶器冷却水是在水槽中湍流运动，很难计算其瞬时流动状态，因此冷却水槽的对流换热系数很难准备地被计算出来。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种测量结晶器热面热流密度、温度的方法。快速的实现了测量结晶器热面热流密度、温度的方法。

本发明一种测量结晶器热面热流密度、温度的方法，包括下述步骤：

步骤一

沿结晶器拉坯方向方向，在结晶器壁内纵剖面内，选取垂直结晶器热面的、高度为H、宽度为d₂的矩形区域ABCD，所述矩形区域的竖直边分别为AB边、CD边，且AB边位于结晶器热面上，CD边位于结晶器壁内；选取完矩形区域ABCD后；在CD边上设置一组热电偶，并将该组热电偶计为第一组热电偶，且第一组热电偶位于同一条竖直线上；在在第一组热电偶与其所对应的结晶器热面间设有第二组热电偶；所述H≤结晶器的高度；所述d₂≤结晶器的壁厚；

步骤二

连铸时，以一定的采集频率f测量、存储结晶器壁内，时间[t₁,t₂]热电偶温度；

步骤三

采用二维传热反问题把[t₁,t₂]时间段，结晶器壁测量的温度转换为结晶器热面热流密度、温度与结晶器壁内的温度；其过程如下：

a确定计算域Ω

选取矩形区域ABCD为数学计算域，并记为Ω，同时令B为原点O；Ω有四个边界：Ω的上、下边界AD、BC分别记为和左、右边界AB、CD分别记为和且边界和上分别安装了M₁、M₃和M₄个T型热电偶，计算域Ω内(不包括边界)安装了M_i个T型热电偶；

b反算法求解传热数学模型

反问题目的是：为Ω的三个边界寻找边界热流密度函数和使得正问题方程封闭、而且使得正问题中计算出热电偶所在位置处(x_m,y_m)的温度值等于热电偶的测量值Y_m；

于是传热反问题简化为目标函数的最小化过程；所述目标函数的表达式为式(1)：