本發(fā)明屬于高爐監(jiān)控領(lǐng)域，特別是提供了一種基于爐殼測(cè)溫的爐缸侵蝕模擬監(jiān)測(cè)的方法。本發(fā)明通過建立三維精細(xì)化模型，實(shí)現(xiàn)不同爐缸剩余厚度下的溫度場(chǎng)計(jì)算，以爐殼溫度反問題計(jì)算出爐殼侵蝕厚度，實(shí)現(xiàn)對(duì)侵蝕、結(jié)厚過程的動(dòng)態(tài)模擬，提出了一種關(guān)于高爐爐缸爐底侵蝕狀況的在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警的新方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前對(duì)高爐爐缸監(jiān)測(cè)的方法分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。在上述測(cè)量方法中，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的因素有兩點(diǎn)：數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確性和模型的準(zhǔn)確性。

直接測(cè)量法包括熱電偶測(cè)量法、電阻法、電容法等。爐缸爐底長(zhǎng)壽監(jiān)測(cè)通常采用預(yù)埋熱電偶，通過電偶溫度間接了解內(nèi)襯侵蝕狀況。這種方法比較直觀，但其缺點(diǎn)是熱電偶在高爐生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)損壞，也有高爐存在熱電偶布置點(diǎn)少、覆蓋不全的問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或者數(shù)據(jù)的缺失。

間接測(cè)量法包括熱流檢測(cè)法、沖擊回波法。熱流檢測(cè)法是通過測(cè)量水流量的溫度差來推出爐襯厚度。沖擊回波法是通過采用沖擊回波法進(jìn)行高爐爐襯測(cè)厚時(shí)，是在爐殼外進(jìn)行無損測(cè)試，無需埋設(shè)熱電偶或傳感器，且不必停爐，隨時(shí)可以對(duì)各部位開展快速測(cè)量。熱流檢測(cè)法需要大量的設(shè)備，沖擊回波法其最大問題是如果爐墻內(nèi)部存在較大的裂紋或縫隙時(shí)，可能使應(yīng)力波無法穿過導(dǎo)致誤判。

在當(dāng)前建立的數(shù)學(xué)模型中，大部分都簡(jiǎn)化了高爐爐缸爐底的傳熱模型，與實(shí)際狀態(tài)相差較大，缺乏對(duì)高爐實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)的精細(xì)化考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是從爐殼溫度出發(fā)，基于建立的三維精細(xì)化模型，建立爐殼溫度與爐襯侵蝕厚度之間的完整計(jì)算模擬系統(tǒng)，提出了一種監(jiān)測(cè)爐襯侵蝕狀態(tài)的新方法。通過建立三維精細(xì)化模型，利用爐殼溫度計(jì)算出爐襯侵蝕狀況。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：建立包括保護(hù)層、爐襯、填料、冷卻壁體、水冷通道、填充料、爐殼在內(nèi)的完整的能量體系，從爐殼到爐內(nèi)按照實(shí)際尺寸進(jìn)行精細(xì)化物理建模，采集爐缸爐殼溫度數(shù)據(jù)，對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，建立靜態(tài)的“正問題”溫度場(chǎng)計(jì)算模型與“反問題”溫度場(chǎng)計(jì)算模型，計(jì)算不同等級(jí)殘厚下的爐殼溫度預(yù)警值，根據(jù)能量守衡原理建立柱坐標(biāo)系下的控制微分方程，采用有限元的方法進(jìn)行離散，得到柱坐標(biāo)系下的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)離散方程通式，建立動(dòng)態(tài)侵蝕結(jié)厚條件下的溫度場(chǎng)計(jì)算模型，并系統(tǒng)建立爐缸侵蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一種基于爐殼測(cè)溫來監(jiān)測(cè)爐缸侵蝕狀況的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括精細(xì)化建模模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊、爐缸侵蝕計(jì)算模塊和客戶端模塊；其中精細(xì)化建模模塊負(fù)責(zé)充分考慮能量傳遞過程，建立整個(gè)能量體系，爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊負(fù)責(zé)計(jì)算合理的爐殼溫度，并監(jiān)測(cè)爐殼溫度狀態(tài)，爐缸侵蝕計(jì)算模塊負(fù)責(zé)基于爐殼溫度監(jiān)測(cè)爐缸侵蝕狀態(tài)，客戶端模塊負(fù)責(zé)將計(jì)算結(jié)果以圖像的形式在客戶端中顯示出來。

1.精細(xì)化建模模塊

根據(jù)高爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，建立完整的能量傳輸體系，從爐內(nèi)到爐殼包括保護(hù)層、爐襯、填料、冷卻壁體、水冷通道、填充料、爐殼進(jìn)行精細(xì)化物理建模。

2.爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊

爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊以精細(xì)化物理模型為基礎(chǔ)，結(jié)合溫度場(chǎng)的計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算，方法如下：

（1）基于建立的精細(xì)化物理模型，建立靜態(tài)的“正問題”溫度場(chǎng)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)不同爐缸剩余厚度下的溫度場(chǎng)計(jì)算；

（2）建立“反問題”溫度場(chǎng)計(jì)算模型，計(jì)算不同等級(jí)殘厚下的爐殼溫度預(yù)警值，實(shí)現(xiàn)爐殼溫度在線預(yù)警功能。

3.爐缸侵蝕計(jì)算模塊

爐缸侵蝕計(jì)算模塊以精細(xì)化物理模型和爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊為基礎(chǔ)，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格邊界劃分，結(jié)合溫度場(chǎng)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)通過爐殼溫度反推出爐襯侵蝕狀況，方法如下：

（1）以傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，得到柱坐標(biāo)系下的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)離散方程通式；

（2）根據(jù)相關(guān)邊界條件，對(duì)整個(gè)模型自動(dòng)的進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

（3）以溫度場(chǎng)計(jì)算為基礎(chǔ)，基于爐殼溫度建立動(dòng)態(tài)侵蝕結(jié)厚條件下的溫度場(chǎng)計(jì)算模型。

4.客戶端模塊

本發(fā)明根據(jù)上述爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算模塊、爐缸侵蝕計(jì)算模塊，建立高爐爐缸砌筑三維模型，應(yīng)用VC開發(fā)平臺(tái)，三維重構(gòu)高爐爐缸區(qū)域，同時(shí)建立爐殼與顏色的映射模型，生成爐殼溫度的三維分布圖。功能界面包括：爐殼溫度三維動(dòng)態(tài)顯示、溫度趨勢(shì)曲線、侵蝕結(jié)厚狀況、完整三維溫度場(chǎng)、冷卻水流場(chǎng)、爐殼面溫度場(chǎng)、冷卻壁體溫度場(chǎng)、歷史回放、等功能子界面。

本發(fā)明的有益效果是：建立基于爐殼測(cè)溫的爐缸侵蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以在高爐生產(chǎn)過程中，針對(duì)熱電偶損壞、熱電偶覆蓋不全等特殊情況下監(jiān)測(cè)爐缸侵蝕狀況，為高爐生產(chǎn)提供準(zhǔn)確、可靠的操作依據(jù)。該系統(tǒng)操作成本低，適用性強(qiáng)，有助于高爐操作者了解爐缸侵蝕狀態(tài)，保證生產(chǎn)安全、順利地進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)高爐爐缸區(qū)域冷卻壁排布，制定合理的爐殼測(cè)溫點(diǎn)布置方案，采集爐殼溫度數(shù)據(jù)，建立ORACLE數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和儲(chǔ)存，基于高爐爐缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化建模，并結(jié)合傳熱學(xué)，進(jìn)行爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算和爐缸侵蝕結(jié)厚過程的動(dòng)態(tài)模擬，最終通過客戶端以圖像的形式顯示計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)侵蝕狀況的監(jiān)測(cè)。

1.爐殼溫度數(shù)據(jù)采集

根據(jù)相應(yīng)高爐爐缸冷卻壁的分布和具體情況，制定最佳爐殼測(cè)溫布置方案。研究設(shè)計(jì)最佳數(shù)據(jù)采集方案，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、字段名等，建立ORACLE數(shù)據(jù)表。

2.爐殼溫度數(shù)據(jù)采集過濾

完成數(shù)據(jù)采集功能，將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，為模型計(jì)算提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.建立精細(xì)化物理模型

根據(jù)高爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，建立精細(xì)化模型，具體步驟如下：

Step1結(jié)合相關(guān)高爐設(shè)計(jì)圖紙，及爐殼測(cè)溫布置方案，精細(xì)化建立高爐爐缸爐底物理模型（尺寸結(jié)構(gòu)等比例），并合理劃分計(jì)算剖面；

Step2建立包括保護(hù)層、爐襯、填料、冷卻壁體、水冷通道、填充料、爐殼在內(nèi)的完整的能量體系，針對(duì)每塊冷卻壁區(qū)域，從爐殼到爐內(nèi)按照實(shí)際尺寸進(jìn)行精細(xì)化物理建模。

4.爐殼溫度預(yù)警值計(jì)算

基于已經(jīng)建立的物理模型，建立靜態(tài)的“正問題”溫度場(chǎng)精細(xì)化計(jì)算模型和 “反問題”溫度場(chǎng)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)不同爐缸厚度下的溫度場(chǎng)計(jì)算，計(jì)算不同等級(jí)殘厚下的爐殼溫度預(yù)警值，實(shí)現(xiàn)爐殼溫度在線預(yù)警功能。

5.基于爐殼測(cè)溫的爐缸侵蝕計(jì)算

基于已經(jīng)建立的物理模型和溫度場(chǎng)計(jì)算模型，通過爐殼溫度反推出爐襯侵蝕厚度，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

Step1以傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)能量守衡原理建立柱坐標(biāo)系下的控制微分方程，采用有限元的方法進(jìn)行離散，得到柱坐標(biāo)系下的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)離散方程通式。

Step2根據(jù)相關(guān)高爐爐缸爐底邊界條件和砌筑結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)模型自動(dòng)的進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，提供給計(jì)算模塊，為計(jì)算溫度場(chǎng)做準(zhǔn)備；

Step3以溫度場(chǎng)計(jì)算為基礎(chǔ)，建立動(dòng)態(tài)侵蝕結(jié)厚條件下的溫度場(chǎng)計(jì)算模型，并系統(tǒng)建立爐缸侵蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

6.客戶端功能界面

建立高爐爐缸砌筑三維模型，應(yīng)用VC開發(fā)平臺(tái)，三維重構(gòu)高爐爐缸區(qū)域，同時(shí)建立爐殼與顏色的映射模型，生成爐殼溫度的三維分布圖。功能界面包括：爐殼溫度三維動(dòng)態(tài)顯示、溫度趨勢(shì)曲線、侵蝕結(jié)厚狀況、完整三維溫度場(chǎng)、冷卻水流場(chǎng)、爐殼面溫度場(chǎng)、冷卻壁體溫度場(chǎng)、歷史回放等功能子界面。