專利名稱：一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法
技術領域：
本發明屬于高爐長壽技術領域，用于確定冶金行業煉鐵高爐爐缸中1150°C侵蝕線的位置，為高爐操作提供基礎信息。
背景技術：
高爐長壽和高效穩定生產的關鍵之一是高爐爐缸狀況能得到及時、準確的監控，為此國內外開發了大量高爐爐缸監控系統，主要是監控爐缸中1150°C侵蝕線的位置。主流方式是依據爐缸爐襯中的熱電偶溫度信息通過傳熱模型的計算確定1150°C侵蝕線的位置，其中，主要的確定方式是利用邊界元和有限元的方式逆解算，即利用非線性優化的方式假 定1150°C侵蝕線的位置，然后以侵蝕線位置為邊界條件用邊界元或有限元的方法計算溫度場，然后得到熱電偶處的溫度計算值，溫度計算值和實測值方差最小的1150°C侵蝕線的假定位置為最終得到的侵蝕線位置。顯然，該方式需要多次試探侵蝕線的位置，并計算溫度場，計算量將很大，導致計算時間長、計算網格不穩定并且計算精度卻無法得到保證。針對這個問題，已有采用穩定網格正解算方式確定1150°C侵蝕線的位置。即直接用原始磚襯的位置數據設置網格用有限元或有限差分的方法計算爐缸磚襯中的溫度場，根據溫度場確定1150°C侵蝕線的位置，溫度高于1150°C的區域視為鐵水區，溫度低于1150°C的區域視為磚襯區，在鐵水區將導熱系數換為鐵水的導熱系數，然后再次計算溫度場并重復上述過程，直至溫度場穩定下來，此時根據溫度場確定的1150°C侵蝕線的位置為最終得到的侵蝕線位置。這種方式計算網格穩定且容易設定，計算精度有保證，計算量也大幅減小，但同樣需要重復計算溫度場，導致計算量仍然不小，且將1150°C視為鐵水區和磚襯的分界點不盡合理，因為鐵水導熱率大大高于磚襯的導熱率，實際高爐中磚襯與鐵水接觸處溫度應接近鐵水的主體溫度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種較之于現有技術判定高爐爐缸侵蝕線位置計算量更小且精度高的方法，確定高爐爐缸侵蝕線位置，為高爐操作提供穩定和計算周期短的爐缸基礎信息。本發明解決其技術問題采用的技術方案是一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，其特征在于依據穩態導熱方程，采用穩定網格的有限元或有限差分法計算爐缸磚襯中的溫度場，在迭代計算中根據網格節點的溫度確定導熱系數，進而得到爐缸磚襯中的溫度場，再根據溫度場判定1150°C侵蝕線的位置，具體步驟包括
a、將爐缸分為爐缸側壁區、爐底中心區和爐缸拐角區三部分，其中所述爐缸側壁區的傳熱方向垂直于爐壁，所述爐底中心區的傳熱方向垂直于爐底，將三部分區域分別定義為長方形，各自都包含鐵水和磚襯；
b、讀入高爐爐缸中預設的熱電偶溫度，磚襯及鐵水的導熱系數及各區域的網格位置數
據；C、分區域進行穩態導熱計算，在爐缸側壁區和爐底中心區為由熱電偶溫度遞推區域內網格上各節點的溫度的一維計算，所述爐缸側壁區的遞推方向為由外而內，所述爐底中心區的遞推方向為自下而上，在爐缸拐角區以爐缸側壁區和爐底中心區所得到的邊界溫度作為邊界條件，采用有限元或有限差分法二維計算本區域內網格上各節點的溫度；
d、將分區域的計算結果合并構成爐缸的溫度場，并插值計算得到高爐爐缸1150°C侵蝕線的位置。進一步地，步驟c中各區域網格上的導熱系數根據溫度選定，當溫度高于1450°C時選用鐵水的導熱系數，否則選用對應溫度磚襯的導熱系數。進一步地，步驟b后還包括選定并去除高爐已損壞部分的熱電偶溫度。進一步地，所述鐵水與磚襯的分界溫度為1450°C。本發明判定方法的研制和應用，使得確定高爐爐缸侵蝕線位置只需計算一次溫度 場，因此和已有技術方法相比，計算量大幅縮小，計算周期短，能滿足高爐操作的各種要求，計算穩定性大幅提高，可在一臺電腦上實現監控多個高爐的爐缸狀況；且將鐵水與磚襯的分界溫度設為1450°C，更符合高爐實際。
圖I是本發明判定方法針對爐缸分區計算的分區示意圖。圖2是本發明判定方法的流程示意圖。
具體實施例方式為克服現有技術在高爐長壽監控方面的不足，概括來看本發明依據穩態導熱方程，直接用穩定網格的有限元或有限差分的方法計算爐缸磚襯中的溫度場，在迭代計算中根據網格節點的溫度確定磚襯導熱系數，如果溫度高于1450°C，將采用鐵水的有效導熱系數，計算確定爐缸磚襯中的溫度場，根據溫度場確定1150°C侵蝕線的位置，這種確定侵蝕線位置的方法只需計算一次溫度場，因此和以前的方法比，計算量大幅縮小，計算周期短，能滿足高爐操作的各種要求，計算穩定性大幅提高，且將鐵水與磚襯的分界溫度設為1450°C，更符合高爐實際。以下便結合附圖，對本發明判定方法做如下詳細說明，以使本領域技術人員能充分理解本發明創新實質及其應用價值。如圖I所示的是該判定方法針對爐缸分區計算的分區示意圖。從圖I中可以清楚地看到，作為判定方法的開端步驟，需要對爐缸作劃分，主要分為爐缸側壁區I、爐底中心區2和爐缸拐角區3三部分。其中爐缸側壁區I的傳熱方向6垂直于爐壁，爐底中心區2的傳熱方向7垂直于爐底，而爐缸拐角區3的傳熱方向無法直接以比照的方式簡單確定，只可在爐缸側壁區I和爐底中心區2各自的傳熱方向之間，選擇一個波動范圍。本發明中，將三部分區域分別定義為長方形，各自都包含鐵水4和磚襯5。各區域中根據熱電偶的布置安排計算網格，在計算中網格不再改變，因此稱為穩定網格。由此便完成了溫度場確定的基礎。如圖I箭頭6、7所示，對于爐缸側壁區I和爐底中心區2可采用穩定網格遞推計算的一維計算方式，遞推方向由下往上或由外向內。而對于相對難以確定的爐缸拐角區3，以爐缸側壁區I和爐底中心區2所得到的邊界溫度作為邊界條件，也采用穩定網格的有限元或有限差分的方法進行二維計算，得到爐缸拐角區磚襯的溫度變化呈現。上述分區域計算中，網格上導熱系數依據溫度選定對應溫度的磚襯導熱系數，如果溫度高于1450°C，將采用鐵水的有效導熱系數。最后，將三個區域的溫度場合并為高爐爐缸的溫度場，并依據爐缸溫度場插值計算確定1150°C侵蝕線的位置。上述該種判定方法，根據高爐爐缸處熱電偶溫度信息，可很快計算出1150°C侵蝕線的位置，計算方法簡便，計算精度有保證，可在一臺電腦上監控多個高爐的爐缸狀況。從明確的判定實施步驟來看Stepl :讀入高爐熱電偶溫度、磚襯及鐵水的導熱系數及各區域的網格位置數據等。·
Step2 :剔除不合理的溫度數據。由于高爐內熱電偶經常損壞，需要對熱電偶的溫度數據進行整理，剔除掉不合理的溫度數據。判定規則為1、接近熱面的熱電偶溫度應高于接近冷面的熱電偶溫度。2、熱電偶的最大溫度不應超過鐵水溫度。Step3 :分區域進行穩態導熱計算，其中，爐缸側壁區I和爐底中心區2為一維傳熱計算；爐缸拐角區3為二維傳熱計算。采用有限元或有限差分法計算區域內網格各節點的溫度。在上述迭代計算中，遞推方向均為從下往上，從外往內，根據網格節點溫度確定磚襯耐材的導熱系數，如果溫度高于1450°C，將采用鐵水的有效導熱系數。另外，爐缸側壁區I和爐底中心區2得到的邊界溫度，將作為爐缸拐角區3的邊界條件，用于二維傳熱計算。計算得到溫度場數據。三個區域傳熱控制方程分別為
(O ‘爐缸側壁區I’的傳熱控制方程
Cl)
式中，^為爐缸區耐材中的傳熱量。(2) ‘爐底中心區2’的傳熱控制方程
.dT
gs = Λ(Τ)—-(2)
Or
式中，qZ為爐缸區耐材中的傳熱量。(3) ‘爐缸拐角區3’的傳熱控制方程
(3)
式中，』為耐材的導熱系數。Step4 :將爐缸側壁區I、爐底中心區2和爐缸拐角區3三個區域的溫度場計算結果合并為爐缸區的溫度場。溫度場數據包括各個風口截面的溫度場，爐底爐缸各層耐火材料的溫度場。St印5 :由爐缸區的溫度場插值計算得到高爐爐缸1150°C侵蝕線的位置。需要特別重視的是高爐爐缸熱電偶工作環境很惡劣，損壞的很多，為保證計算結果的正確性，必須剔除不合理的數據，以提高侵蝕線判定的準確度。綜上，本發明判定方法的研制和應用，使得確定高爐爐缸侵蝕線位置只需計算一次溫度場。因此和已有技術方法相比，計算量大幅縮小，計算周期短，能滿足高爐操作的各種要求，計算穩定性大幅提高，可在一臺電腦上實現監控多個高爐的爐缸狀況；且將鐵水與磚襯的分界溫度設為1450°C，更符合高爐實際。然而上述有關實施例的詳細描述旨在便于本發明技術方案的理解，并非以此限制本發明專利申請的保護范圍，但凡在上述實施例基礎上經等效替換所形成的技術方案，均 應視作為本發明權利要求書所要求保護的范疇。
權利要求
1.一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，其特征在于依據穩態導熱方程，采用穩定網格的有限元或有限差分法計算爐缸磚襯中的溫度場，在迭代計算中根據網格節點的溫度確定導熱系數，進而得到爐缸磚襯中的溫度場，再根據溫度場判定1150°c侵蝕線的位置，具體步驟包括 a、將爐缸分為爐缸側壁區、爐底中心區和爐缸拐角區三部分，其中所述爐缸側壁區的傳熱方向垂直于爐壁，所述爐底中心區的傳熱方向垂直于爐底，將三部分區域分別定義為長方形，各自都包含鐵水和磚襯； b、讀入高爐爐缸中預設的熱電偶溫度，磚襯及鐵水的導熱系數及各區域的網格位置數 據； C、分區域進行穩態導熱計算，在爐缸側壁區和爐底中心區為由熱電偶溫度遞推區域內 網格上各節點的溫度的一維計算，所述爐缸側壁區的遞推方向為由外而內，所述爐底中心區的遞推方向為自下而上，在爐缸拐角區以爐缸側壁區和爐底中心區所得到的邊界溫度作為邊界條件，采用有限元或有限差分法二維計算本區域內網格上各節點的溫度； d、將分區域的計算結果合并構成爐缸的溫度場，并插值計算得到高爐爐缸1150°C侵蝕線的位置。
2.根據權利要求I所述一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，其特征在于步驟c中，各區域網格上的導熱系數根據溫度選定，當溫度高于1450°C時選用鐵水的導熱系數，否則選用對應溫度磚襯的導熱系數。
3.根據權利要求I所述的一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，其特征在于步驟b后還包括選定并去除高爐已損壞部分的熱電偶溫度。
4.根據權利要求I所述一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，其特征是所述鐵水與磚襯的分界溫度為1450°C。
全文摘要
一種高爐爐缸侵蝕線位置的判定方法，屬于高爐長壽技術領域。該方法提供一種比現有方法計算量更小且精度高的確定高爐爐缸侵蝕線位置的方法。該方法依據穩態導熱方程，直接用穩定網格的有限元或有限差分的方法計算爐缸磚襯中的溫度場，在迭代計算中根據網格節點的溫度確定磚襯導熱系數，如果溫度高于1450℃，將采用鐵水的有效導熱系數，計算確定爐缸磚襯中的溫度場，根據溫度場確定1150℃侵蝕線的位置，這種確定侵蝕線位置的方法只需計算一次溫度場，因此較之于以往的方法，計算量大幅縮小，計算周期短，能滿足高爐操作的各種要求，計算穩定性大幅提高，且將鐵水與磚襯的分界溫度設為1450℃，更符合高爐實際。
文檔編號C21B7/24GK102876825SQ20121033626
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者金焱, 王崇鵬, 劉進步, 田志兵, 李宏玉, 丁暉 申請人:江蘇永鋼集團有限公司