一、研究的背景与问题

连铸技术的核心环节之一是结晶器内弯月面的流速控制。弯月面流速直接影响钢液的冷却和凝固过程，进而决定铸坯的内部质量。弯月面流速过快或过慢都可能导致铸坯表面产生裂纹、卷渣、夹杂物和气泡等内部缺陷。此外，不均匀的流场也会造成铸坯凝固组织不良，影响最终产品的力学性能和表面质量。

在实际生产过程中连铸结晶器的弯月面流速因其高温和腐蚀性难以直接测量。目前，多数钢厂仍然依赖于操作人员的经验进行判断，或使用间接的方法如水模拟和数值模拟来推断流速。这些方法虽然在一定程度上提供了流速信息，但都存在延时和不精确的问题，无法满足实时调控的需求。

此外，连铸过程中的高温和复杂的环境条件（如电磁噪声、机械振动等）使得现有的流速测量技术难以在工业现场直接应用。例如，常用的流速测量技术如钉板法，会受到钢液的侵蚀，只能测量短暂3~5s的流速，且会对弯月面流动产生影响。因此，开发一种能够在连铸高温且多尘的环境中稳定工作、能实时准确测量弯月面流速的设备，对于实现连铸生产的精确控制和提高铸坯质量具有重要意义。这种设备不仅可以提供更准确的流速数据，而且能够实时反馈给控制系统，从而优化整个连铸工艺，减少生产成本，提高最终产品的质量和产量。

本项目通过开发新型的结晶器弯月面测速仪，实现连铸过程中关键参数的实时监控和控制。通过这一技术的推广应用，预计能够显著提高国内外钢铁企业的连铸技术水平和竞争力。

二、解决问题的思路与技术方案

为了克服连铸过程中结晶器弯月面流速的测量难题，中国科学院大学王晓东教授团队采取了创新的技术路径和开发方案，旨在通过新型的LiMVel实现对高温、强腐蚀性流动金属液的实时非接触测量。通过现场测试环境调研、结合数值模拟确定仪器的测量结构、信号处理方式以及控制流程。同时利用实验室的液态金属回路和干式校准平台对仪器设备进行校准。最后在冶金现场对结晶器弯月面进行工厂实验，验证仪器的准确性和稳定性。项目研究思路如下：

1、项目的技术基于电磁感应原理，利用金属液在磁场中运动产生的洛伦兹力的电磁学原理来测量流速。该方法的优点在于非接触式测量、高温适应性以及数据准确性和实时反馈。

2、现场调研结晶器生产的环境与条件，包括钢种、保护渣、温度、振动频率、拉速、吹氩量等。

3、设计仪器测量结构、冷却保温系统、信号采集与传输方式以及测量过程的仪器控制，保证测量过程的安全、准确、可靠以及在线实时性。

4、利用实验室的干式校准平台和液态校准平台保证仪器测量的准确性和重复性。

5、在结晶器弯月面进行流速测量实验，验证仪器的可靠性和稳定性。利用仪器初步研究不同工艺参数（拉速、吹氩量等）对弯月面流速的影响。

三、主要创新性成果

1、技术创新：首次实现了在连铸高温环境中的非接触式弯月面流速实时测量。这种技术能够在不与熔融金属直接接触的情况下，精确测量金属流速，极大地降低了传统测速技术中的设备磨损和维护需求。

2、算法优化：开发了的信号处理算法，这些算法可以在复杂的工业环境中从大量噪声中准确提取出流速数据，保证了数据的准确性和实时性。

3、恒温控制：通过创新的冷却结构设计，确保仪器在高温环境下长时间连续测量。

4、初步研究了连铸工艺参数对弯月面流速度的影响。

四、应用情况与效果

连铸弯月面测速仪自研发以来，已在多个钢铁企业的连铸生产线上进行了工业实验，其实验结果效果显著，结果表明工艺参数变化能显著改变弯月面流速。测速仪不仅具有提升连铸过程的控制精度和生产效率的能力，还可能降低生产成本和设备维护费用。通过提供更稳定可靠的数据，使得连铸操作更加精准，进一步推动了钢铁生产向智能化、自动化的方向发展。

信息来源：中国科学院大学、国科怀栖（北京）智能科技有限公司