一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法技术

一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，测量结晶器截面数据，根据有限元模拟的温度场数据以及实际测验，总结出结晶器壁厚方向温度梯度；对结晶器截面中线的4个象限点预埋热电偶，并获取温度数值；通过分段正弦函数对中线温度进行插值，获得用以分段正弦函数曲线所表示中线的温度分布并利用计算机输出；在圆柱坐标系下采用插值法对分段正弦函数曲线进行拟合，获得该截面的温度场并利用计算机输出；利用同样方法，求出结晶器上另一截面的温度场，则可对两截面之间的面进行插值即可求出两截面之间的温度场。本发明专利技术的优点：能处理快速获得温度场需求的问题，实现了针对现场环境下也能快速计算温度场的方法，提高了工作效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法


[0001]本专利技术涉及水平连铸结晶器温度分布计算领域，特别涉及一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法。

技术介绍

[0002]水平连铸生产铜管坯时，管坯会出现变形，疏松，裂纹等质量问题，为解决管坯的质量缺陷，满足市场对高品质连铸坯的要求，通过研究水平连铸结晶器内的温度场及凝固传热过程，进一步优化连铸结晶器以达到改善铸坯质量的目的。计算结晶器温度场，先建立物理模型，按一定要求划分成微元，确定边界条件，再利用计算机进行求解，得到温度场。然而，利用有限元软件计算温度场需要一定的时间及环境，确定温度场的方法效率较低，严重影响优化连铸结晶器以改善铸坯质量的工作。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供了一种温度场快速计算的方法，能获得结晶器周向连续曲面的温度场分布，快速确定结晶器工作带区域各点的温度值。该方法能有效解决生产现场结晶器温度场难以获取与传统模拟计算结晶器温度场效率低的问题，为结晶器寿命提升与工艺优化提供新的方法。
[0004]为实现上述目的，提供一种结晶器温度场快速计算方法，所述结晶器温度场计算方法包括如下步骤：
[0005]一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0006]步骤一：测量结晶器截面数据，根据有限元模拟的温度场数据以及实际测验，总结出结晶器壁厚方向温度梯度；
[0007]步骤二：对结晶器截面中线的4个象限点预埋热电偶，并获取温度数值；
[0008]步骤三：通过分段正弦函数对中线温度进行插值，获得用以分段正弦函数曲线所表示中线的温度分布并利用计算机输出；
[0009]步骤四：在圆柱坐标系下采用插值法对分段正弦函数曲线进行拟合，获得该截面的温度场并利用计算机输出；
[0010]步骤五：利用同样方法，求出结晶器上另一截面的温度场，则可对两截面之间的面进行插值即可求出两截面之间的温度场。
[0011]所述的步骤一中的目标截面数据具体为：中线直径D，结晶器壁厚方向温度梯度GT；所述的步骤二中的象限点温度为热电偶所测数值Ti(i＝1，2，3，4)；
[0012]所述的步骤三中分段正弦函数的基础形式为：
[0013]Ts＝A*sin(w*X+B)+C
[0014]Ai＝0.5*abs(Ti
‑
Ti+1)
[0015]Ci＝0.5*(Ti+Ti+1)
[0016]W＝2π/(L/2)
[0017]L＝π*D
[0018]Bi为表达式所求自变量，表达式为：Ai*sin(w*Xi+Bi)+Ci
‑
Ti＝0(i＝1,2,3,4)
[0019]式中：A为振幅，Ci为偏移量，B为初相，L/2为周期，abs代表绝对值。
[0020]所述的步骤四，利用圆柱坐标系下的弧长与分段正弦函数建立关联，
[0021]弧长(arclen)等于弧度与半径的乘积，判别弧长所在范围确定相应函数曲线：
[0022]0<＝arclen<0.25*L则Ts＝A1*sin(w*arclen+B1)+C1
[0023]0.25*L<＝arclen<0.5*L则Ts＝A2*sin(w*arclen+B2)+C2
[0024]0.5*L<＝arclen<0.75*L则Ts＝A3*sin(w*arclen+B3)+C3
[0025]0.75*L<＝arclen<＝L则Ts＝A4*sin(w*arclen+B4)+C4
[0026]根据弧长便能确定其温度的数值Ts，再根据T＝Ts+(0.5*D
‑
r)*GT就能够确定该点所在厚度方向上的温度分布；式中r是该截面上任意一点到圆心距离，即半径。
[0027]所述的步骤五，确定两截面即截面1和截面2之间某一点a3的温度T3，首先确定该点所在截面上的弧度与半径，当其确定后，利用步骤1
‑
4即可得到截面1和截面2上的对应点a1和a2的温度T1和T2，再根据杠杆定律：(T3＝T1*Q1+T2*Q2)便可确定点a3的温度值T3；
[0028]式中：Q1＝d2/(d1+d2)，Q2＝d1/(d1+d2)，d1是截面3到截面1的距离，d2是截面3到截面2的距离。
[0029]本专利技术的优点：
[0030]本专利技术所述的基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，提高了结晶器温度场计算效率的方法，能处理快速获得温度场需求的问题，并且实现了针对现场环境下也能快速计算温度场的方法，提高了工作效率。
附图说明
[0031]下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：
[0032]图1为计算截面温度场的简化模型示意图；
[0033]图2为分段正弦函数曲线所表示中线的温度分布示意图；
[0034]图3为基于计算机的结晶器截面温度场快速计算方法的流程示意图。
具体实施方式
[0035]实施例1
[0036]如图1所示，中线为测温截面上，到测温面两端距离相等的曲线，D为中线直径；在4个象限点P1(P5),P2,P3,P4处预埋热电偶，其中P1和P5重合；T1(T5),T2,T3,T4为其温度数值，其中T1＝T5。
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图1，附图2，附图3，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]步骤一：测量目标截面数据，并根据有限元模拟的温度场数据以及实际测验总结温度梯度。截面数据包括：截面中线的直径D(mm)结晶器壁厚方向温度梯度：GT(℃/m)
[0039]步骤二：对目标截面中线的四个象限点预埋热电偶，并获取象限点P1(P5),P2,P3,P4的温度数值参数T1(T5),T2,T3,T4(℃)。
[0040]步骤三：确定正弦函数基本形式为Ts＝A*sin(w*X+B)+C，通过所测得的4个象限点温度进行分段函数插值，以其中两个象限点P1(0，T1),P2(0.25L,T2)为例，通过计算出A1,B1,C1,能直接确定出该段正弦函数曲线，再依次确定P2和P3，P3和P4，P4和P5之间的正弦函数曲线，其中P5(因为周长为L，所以有P5点与P1点重合如图1所示，且P5点坐标为(L，T1))，最后将以分段正弦函数曲线表示中线的温度分布并利用计算机输出如图2所示。
[0041]步骤四：在圆柱坐标系下采用插值法对生成的分段正弦函数曲线进行拟合，获得该截面的温度场并利用计算机输出，具体为：圆柱坐标系下，输入弧度(θ)与半径(r)数值,利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：测量结晶器截面数据，根据有限元模拟的温度场数据以及实际测验，总结出结晶器壁厚方向温度梯度；步骤二：对结晶器截面中线的4个象限点预埋热电偶，并获取温度数值；步骤三：通过分段正弦函数对中线温度进行插值，获得用以分段正弦函数曲线所表示中线的温度分布并利用计算机输出；步骤四：在圆柱坐标系下采用插值法对分段正弦函数曲线进行拟合，获得该截面的温度场并利用计算机输出；步骤五：利用同样方法，求出结晶器上另一截面的温度场，则可对两截面之间的面进行插值即可求出两截面之间的温度场。2.根据权利要求1所述的基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，其特征在于：所述的步骤一中的目标截面数据具体为：中线直径D，结晶器壁厚方向温度梯度GT；所述的步骤二中的象限点温度为热电偶所测数值Ti(i＝1，2，3，4)；所述的步骤三中分段正弦函数的基础形式为：Ts＝A*sin(w*X+B)+CAi＝0.5*abs(Ti
‑
Ti+1)Ci＝0.5*(Ti+Ti+1)W＝2π/(L/2)L＝π*DBi为表达式所求自变量，表达式为：Ai*sin(w*Xi+Bi)+Ci
‑
Ti＝0(i＝1,2,3,4)式中：A为振幅，Ci为偏移量，B为初相，L/2为周期，abs代表绝对值。3.根据权利要求1所述的基于插值法的结晶器温度场快速确定方法，其特征在于：所述的步骤四，利用圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘劲松，李旺，单朝瑞，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：