本發(fā)明涉及溫度測量方法，尤其涉及一種連鑄二冷段鑄流表面溫度智能測量方法。

背景技術(shù)：

當前對于二冷鑄流表面的測溫存在兩大主要的實現(xiàn)途徑。

第一類，軟測量方式：

其以基于凝固傳熱模型建立的軟測量方式最為普遍，當前連鑄二冷水控制系統(tǒng)大部分是以該模型計算出來的鑄流溫度作為二冷水調(diào)節(jié)的依據(jù)。但其模型的校準難度較大；模型對邊界條件存在約減和假設，精度不高，對環(huán)境的動態(tài)適應能力較差；二維、三維模型的計算量太大，計算時間長，時效性不高。

另一類，實際測量方式：

包括集熱式熱電偶表面測溫法和輻射型非接觸測溫法。

集熱式熱電偶表面測溫法只能進行單點溫度的一次性測量，響應速度較慢為1～2min，而且測溫傳感器要與被測對象有很好的接觸，會對鑄流表面產(chǎn)生一定的破壞。

輻射型非接觸測溫法以紅外非接觸式測溫方法為代表，并發(fā)展到了以機器視覺技術(shù)為基礎的面陣ccd輻射測溫技術(shù)。

紅外測溫方法則是利用熱輻射原理,只能測量物體表面局部小范圍的定點溫度,且易受外界環(huán)境因素影響，精度偏低。

面陣ccd輻射測溫技術(shù)，其設備光學參數(shù)的校準難度大；光學畸變難以克服；需要其他準確的測溫手段來提供測溫基準點，系統(tǒng)較龐大復雜；獲取的數(shù)據(jù)為多維且數(shù)據(jù)量大，需要信息融合處理，處理難度大，設備成本高，維修費用高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種連鑄二冷段鑄流表面溫度智能測量方法，包括如下步驟：

s1、通過測溫儀實時測量最后一個扇形段出口或矯直段處的溫度；

s2、建立凝固傳熱模型，根據(jù)實時測溫數(shù)據(jù)對該模型的參數(shù)進行離線校正，并對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)；

s3、計算各控制點溫度，并在線實時修正各控制點溫度的計算結(jié)果，同時輸出真實鑄流溫度分布信息。

步驟s1中，測溫儀選用高精度溫度傳感器，并對測溫儀設計冷卻及保護裝置，使其完全密封以達到恒溫恒濕和隔磁的工作環(huán)境。

所述步驟s2中，對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)包括對實時測溫數(shù)據(jù)進行離線仿真，將經(jīng)過離線仿真修改完成后的參數(shù)再加載到在線運行的凝固傳熱模型上，實現(xiàn)凝固傳熱模型的自學習。

所述步驟s3中，在線實時修正的過程為：將實時測溫數(shù)據(jù)與計算溫度之差，按各段計算溫度同目標溫度的下降比例對各段計算溫度進行線性調(diào)整。

進一步地,所述冷卻及保護裝置包括恒溫箱、干燥凈化裝置、旋流發(fā)生器、窺視管、隔塵套筒、電子溫度計和控制模塊；測溫儀設于所述恒溫箱內(nèi)，所述測溫儀的下方設有方便測溫儀鏡頭伸縮的隔塵套筒以調(diào)整焦距；所述電子溫度計設于所述恒溫箱內(nèi)壁；所述恒溫箱為密閉箱體，組成其六面的壁板均呈中空設置，所述恒溫箱的上部設有旋流介質(zhì)入口，左側(cè)上部設有冷卻介質(zhì)入口，右側(cè)下部設有冷卻介質(zhì)出口；所述冷卻介質(zhì)入口處設有調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥與所述控制模塊信號連接，并由所述控制模塊根據(jù)電子溫度計測得的溫度控制調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量，用于對恒溫箱內(nèi)的溫度進行恒溫閉環(huán)控制；所述旋流介質(zhì)入口處設有干燥凈化裝置，用于對旋流介質(zhì)進行除雜和干燥；窺視管的后端通過法蘭與恒溫箱連接，且設于所述隔塵套筒的下方，可使旋流介質(zhì)通過窺視管吹掃至被測溫鑄流表面使光路清晰；且所述窺視管的出口處呈中心窄兩頭寬的弧形結(jié)構(gòu)，在保證正常吹掃強度和形成最小光斑的條件下，增大窄處氣體吹掃速度，減少污染介質(zhì)進入窺視管的幾率。

優(yōu)選地，旋流介質(zhì)為壓縮空氣或者氮氣；冷卻介質(zhì)為冷卻水。

步驟s1中，對測溫儀設計往復運動裝置，通過往復運動裝置的帶動，使測量儀能在最后一個扇形段出口或矯直段處的垂直鑄流表面、垂直拉速方向做勻速來回往復測溫運動。

步驟s3中，計算各控制點溫度包括如下步驟：

s301、采集測溫儀的勻速運動速度v掃描、掃描寬度w掃描，計算掃描周期為t掃描＝w掃描/v掃描；

s302、設定測溫儀的采樣周期為τ測溫，計算鑄流橫切面寬度方向上測溫間距d測溫＝v掃描τ測溫；

s303、計算掃描寬度w掃描范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)列k，所述溫度數(shù)據(jù)列k＝w掃描/d測溫+1；

s304、通過設計數(shù)據(jù)計算窗以消弱氧化鐵皮的影響，并將數(shù)據(jù)計算窗內(nèi)同一列的溫度數(shù)據(jù)最大值作為該列數(shù)據(jù)的可用數(shù)據(jù)；

s305、建立統(tǒng)計分析模型，設y代表溫度輸出，x為溫度數(shù)據(jù)列的橫向位置，采用多項式擬合，則：

y＝b0+b1x+b2x²+···+bmx^m

其中bi(i＝1,2,···,m)為多項式系數(shù)，m為多項式階數(shù)，設溫度測量數(shù)據(jù)對為(xj,yj)(j＝1,2,···,k)，其中xj為橫向位置坐標，yj為xj位置處實際測量溫度數(shù)據(jù)；

并采用最小二乘法求解

s306、根據(jù)統(tǒng)計分析模型，設連續(xù)測溫裝置的控制點所處的位置為xc，則控制點經(jīng)過濾波處理后的真實測溫值為yc＝b0+b1xc+b2xc²+···+bmxc^m，該真實測溫值可以作為凝固傳熱模型校準的溫度基準數(shù)據(jù)，從而得到準確的鑄流表面溫度，以進行二冷水閉環(huán)控制。

所述步驟s304中，所述數(shù)據(jù)計算窗的設計包括結(jié)束時刻、開始時刻與窗口長度；其結(jié)束時刻為當前時刻，開始時刻為n個掃描周期前對應的時刻，窗口長度l窗＝nt掃描v拉。

窗口長度l窗＝nt掃描v拉需小于限定長度，該限定長度根據(jù)現(xiàn)場氧化鐵皮的特征進行設定；掃描周期n需滿足n＜t控制/t掃描，其中t控制為二冷水控制時長、t掃描為測溫儀的直線往復運動周期，該直線往復運動周期t掃描根據(jù)現(xiàn)場情況設定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先通過測溫儀實時測量最后一個扇形段出口或矯直段處的溫度，再建立凝固傳熱模型，根據(jù)實時測溫數(shù)據(jù)對該模型的參數(shù)進行離線校正，并對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)，即將傳統(tǒng)的測溫方式與軟測量方式結(jié)合為一體，能夠克服軟測量方式即建立凝固傳熱模型的精度不足和傳統(tǒng)測溫方式易受環(huán)境干擾影響致使測溫結(jié)果偏差大的問題；同時，采用獨立設計的冷卻和保護裝置，能夠有效提高測溫儀的使用壽命，通過減少測溫儀的維護保養(yǎng)的頻率從而降低對二冷段鑄流表面溫度的測量成本；對測溫儀設計往復運動裝置并結(jié)合獨特的數(shù)據(jù)采集、濾波和數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計分析模型等手段，能夠最大限度消除氧化鐵皮、水膜等干擾因素對測溫結(jié)果的影響，同時能夠根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境來設定合適的測溫和運動參數(shù)，從而減少測溫時延對二冷段控制系統(tǒng)的影響，為連鑄二冷段閉環(huán)控制提供實時、準確的溫度數(shù)據(jù)，提高控制的時效性和精確性，并為二冷段節(jié)能降耗提供科學的數(shù)據(jù)參考。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的溫度計算的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種連鑄二冷段鑄流表面溫度智能測量方法，包括如下步驟：

s1、通過測溫儀實時測量最后一個扇形段出口或矯直段處的溫度；

s2、建立凝固傳熱模型，根據(jù)實時測溫數(shù)據(jù)對該模型的參數(shù)進行離線校正，并對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)；

s3、計算各控制點溫度，并在線實時修正各控制點溫度的計算結(jié)果，同時輸出真實鑄流溫度分布信息。

測溫儀選用高精度溫度傳感器，并對測溫儀設計冷卻及保護裝置，使其完全密封以達到恒溫恒濕和隔磁的工作環(huán)境。

選擇最后一個扇形段出口測溫的原因為：最后一個扇形段處于二冷噴淋區(qū)的末端位置，其環(huán)境相對整個二冷噴淋密閉環(huán)境來說要友好得多，環(huán)境干擾較小，更容易得到準確的測溫數(shù)據(jù)。

選擇矯直段測溫的原因為：鋼種存在脆性溫度區(qū)間，當其處于脆性區(qū)間時，允許的斷面收縮率較小，屈服強度小，而鑄流在拉矯段受到較大的機械應力和熱應力的綜合應力，就很有可能超過屈服強度從而使鑄流產(chǎn)生內(nèi)部及表面質(zhì)量問題，因此實時監(jiān)控矯直段的表面溫度，判斷其是否落在對應鋼種的脆性溫度區(qū)間就顯得尤為重要。所述冷卻及保護裝置包括恒溫箱、干燥凈化裝置、旋流發(fā)生器、窺視管、隔塵套筒、電子溫度計和控制模塊；測溫儀設于所述恒溫箱內(nèi)，所述測溫儀的下方設有方便測溫儀鏡頭伸縮的隔塵套筒以調(diào)整焦距；所述電子溫度計設于所述恒溫箱內(nèi)壁；所述恒溫箱為密閉箱體，組成其六面的壁板均呈中空設置，所述恒溫箱的上部設有旋流介質(zhì)入口，左側(cè)上部設有冷卻介質(zhì)入口，右側(cè)下部設有冷卻介質(zhì)出口；所述冷卻介質(zhì)入口處設有調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥與所述控制模塊信號連接，并由所述控制模塊根據(jù)電子溫度計測得的溫度控制調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量，用于對恒溫箱內(nèi)的溫度進行恒溫閉環(huán)控制；所述旋流介質(zhì)入口處設有干燥凈化裝置，用于對旋流介質(zhì)進行除雜和干燥；窺視管的后端通過法蘭與恒溫箱連接，且設于所述隔塵套筒的下方，可使旋流介質(zhì)通過窺視管吹掃至被測溫鑄流表面使光路清晰；且所述窺視管的出口處呈中心窄兩頭寬的弧形結(jié)構(gòu)，在保證正常吹掃強度和形成最小光斑的條件下，增大窄處氣體吹掃速度，減少污染介質(zhì)進入窺視管的幾率。

旋流介質(zhì)為壓縮空氣或者氮氣；冷卻介質(zhì)為冷卻水。

采用所述冷卻及保護裝置一方面能夠提供干燥的吹掃氣體和合適的吹掃強度，以保證窺視管內(nèi)合適的正向壓力，避免粉塵、水汽、油污等的干擾，確保隔塵套筒前部濾光片的清潔，減少輻射信號在光路中的衰減強度；另一方面避免過強的吹掃氣流，對鑄流表面產(chǎn)生沖擊，致使被吹掃處待測鑄流表面由于強制對流作用而產(chǎn)生較大幅度溫降，而非真實鑄流表面溫度。測溫儀得到較穩(wěn)定的紅外輻射信號，便可以獲得較為真實的被測點表面溫度。

設置隔塵套筒一方面方便測溫儀鏡頭的伸縮以實現(xiàn)精確調(diào)焦，同時，由于隔塵套筒的前端也即靠近窺視管的一端設置有透鏡，可使恒溫箱形成相對密閉的環(huán)境隔絕同外界水、汽、塵的接觸，以確保測溫儀的測量精度和使用壽命，另一方面保證從窺視管引進的紅外光線能夠通過透鏡到達測溫儀進行測溫。

旋流介質(zhì)通過窺視管吹掃至被測溫鑄流表面，以使光路清晰；為避免水汽、粉塵等干擾介質(zhì)不進入窺視管內(nèi)，對窺視管出口進行優(yōu)化設計，形成出口處中心窄兩頭寬的弧形結(jié)構(gòu)，當旋流介質(zhì)透過窺視管出口處時，加速氣體的流出速度，減少污染介質(zhì)流入窺視管污染光路的概率，出口處的最窄處能保證得到最小光斑；窺視管穿過狹窄的輥縫進行靠近測量，可盡可能縮短包含水汽、水膜、粉塵等干擾介質(zhì)的復雜光路通道；窺視管的長度可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及需求來確定；窺視管后端通過法蘭同恒溫箱連接，可實現(xiàn)快拆快換，以便于設備安裝和維護。

同時，對測溫儀設計往復運動裝置，通過往復運動裝置的帶動，使測量儀能在最后一個扇形段出口或矯直段處的垂直鑄流表面、垂直拉速方向做勻速來回往復測溫，得到的一次連續(xù)測溫數(shù)據(jù)，但該測溫數(shù)據(jù)由于受氧化鐵皮、水膜等干擾因素的影響并不是鑄流表面真實溫度，需要進行相關處理。

因此，所述步驟s2中，對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)包括對實時測溫數(shù)據(jù)進行離線仿真，將經(jīng)過離線仿真修改完成后的參數(shù)再加載到在線運行的凝固傳熱模型上，實現(xiàn)凝固傳熱模型的自學習。

所述步驟s3中，在線實時修正的過程為：將實時測溫數(shù)據(jù)與計算溫度之差，按各段計算溫度同目標溫度的下降比例對各段計算溫度進行線性調(diào)整。

步驟s3中，計算各控制點溫度包括如下步驟：

s301、采集測溫儀的勻速運動速度v掃描、掃描寬度w掃描，計算掃描周期為t掃描＝w掃描/v掃描；

s302、設定測溫儀的采樣周期為τ測溫，計算鑄流橫切面寬度方向上測溫間距d測溫＝v掃描τ測溫；

s303、計算掃描寬度w掃描范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)列k，所述溫度數(shù)據(jù)列k＝w掃描/d測溫+1；

s304、通過設計數(shù)據(jù)計算窗以消弱氧化鐵皮的影響，并將數(shù)據(jù)計算窗內(nèi)同一列的溫度數(shù)據(jù)最大值作為該列數(shù)據(jù)的可用數(shù)據(jù)；

s305、建立統(tǒng)計分析模型，設y代表溫度輸出，x為溫度數(shù)據(jù)列的橫向位置，采用多項式擬合，則：

y＝b0+b1x+b2x²+···+bmx^m

其中bi(i＝1,2,···,m)為多項式系數(shù)，m為多項式階數(shù)，設溫度測量數(shù)據(jù)對為(xj,yj)(j＝1,2,···,k)，其中xj為橫向位置坐標，yj為xj位置處實際測量溫度數(shù)據(jù)；

并采用最小二乘法求解

s306、根據(jù)統(tǒng)計分析模型，設連續(xù)測溫裝置的控制點所處的位置為xc，則控制點經(jīng)過濾波處理后的真實測溫值為yc＝b0+b1xc+b2xc²+···+bmxc^m，該真實測溫值可以作為凝固傳熱模型校準的溫度基準數(shù)據(jù)，從而得到準確的鑄流表面溫度，以進行二冷水閉環(huán)控制。

所述步驟s304中，所述數(shù)據(jù)計算窗的設計包括結(jié)束時刻、開始時刻與窗口長度；其結(jié)束時刻為當前時刻，開始時刻為n個掃描周期前對應的時刻，窗口長度l窗＝nt掃描v拉。

窗口長度l窗＝nt掃描v拉需小于限定長度，該限定長度根據(jù)現(xiàn)場氧化鐵皮的特征進行設定；掃描周期n需滿足n＜t控制/t掃描，其中t控制為二冷水控制時長、t掃描為測溫儀的直線往復運動周期，該直線往復運動周期t掃描根據(jù)現(xiàn)場情況設定。

綜上，本發(fā)明先通過測溫儀實時測量最后一個扇形段出口或矯直段處的溫度，再建立凝固傳熱模型，根據(jù)實時測溫數(shù)據(jù)對該模型的參數(shù)進行離線校正，并對凝固傳熱模型的關聯(lián)參數(shù)進行微調(diào)，即將傳統(tǒng)的測溫方式與軟測量方式結(jié)合為一體，能夠克服軟測量方式即建立凝固傳熱模型的精度不足和傳統(tǒng)測溫方式易受環(huán)境干擾影響致使測溫結(jié)果偏差大的問題；同時，采用獨立設計的冷卻和保護裝置，能夠有效提高測溫儀的使用壽命，通過減少測溫儀的維護保養(yǎng)的頻率從而降低對二冷段鑄流表面溫度的測量成本；對測溫儀設計往復運動裝置并結(jié)合獨特的數(shù)據(jù)采集、濾波和數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計分析模型等手段，能夠最大限度消除氧化鐵皮、水膜等干擾因素對測溫結(jié)果的影響，同時能夠根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境來設定合適的測溫和運動參數(shù)，從而減少測溫時延對二冷段控制系統(tǒng)的影響，為連鑄二冷段閉環(huán)控制提供實時、準確的溫度數(shù)據(jù)，提高控制的時效性和精確性，并為二冷段節(jié)能降耗提供科學的數(shù)據(jù)參考。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。