[发明专利]利用参数化建模控制电加热炉熔融矿石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到电加热炉熔融矿石领域，具体的说是利用参数化建模控制电加热炉熔融矿石的方法。

背景技术

熔融矿石材料在现代工业体系中应用十分广泛，其熔融产品主要是作为下游工业材料的初加工原料而得到应用。

电加热炉内熔融矿石过程涉及热传导、对流和辐射的多重传热方式的耦合，且矿石材料在炉内布置属于多孔介质，而多孔介质高温辐射与相变过程异常复杂。因此，目前熔融矿石电加热炉内传热过程的实验研究极少报道，电加热炉的设计和施工主要依赖于经验，缺乏系统的、科学的理论依据；而且，在使用电加热炉熔融矿石时也是根据经验来设定通电电流和电压，不仅会造成电能的浪费，而且也有可能造成矿石熔融达不到要求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用参数化建模控制电加热炉熔融矿石的方法，在熔融矿石过程中对熔融过程实现精确控制，避免仅凭经验所造成的电能浪费，提高熔融质量。

本发明的技术解决方案是：首先，利用APDL语言编制电加热炉熔融矿石过程分析的前处理、加载求解、后处理通用程序；其次，利用VB语言设计出方便的图形化参数输入界面，方便用户完成电加热炉结构、材料、运行等参数输入，进而将此参数生成相应的APDL命令流，补充写入编制的APDL程序；接着，调用ANSYS计算程序，自动读取并执行APDL程序，进而自动完成电加热炉熔融矿石过程分析，获得计算结果；最后，通过VB结果后处理界面提取计算结果数据，并同时完成远程数据交互。

其中，该利用参数化建模控制电加热炉熔融矿石的方法包括以下步骤：

步骤一、用APDL语言编制电加热炉熔融矿石的过程分析处理程序，该过程分析处理程序采用txt文本格式并嵌入到VB程序开发的软件中；所述VB程序开发的软件，具备脱离VB环境单独执行的功能，且具有可视化的输入和输出人机交互界面；所述电加热炉熔融矿石过程分析处理程序，其流程如下：

1）根据电加热炉的结构参数建立三维或二维物理模型，然后对电极、炉内物料和炉壁进行分区画网格，得到电加热炉的物理网格模型；

2）设置计算参数，包括边界条件、起始条件以及载荷步加载求解参数；所述的边界条件为传热理论中定义的第一类边界条件；所述初始条件为在熔融过程开始时，电加热炉内碳棒的通电电流和电压参数，以及初始的炉体壁面温度；所述载荷步加载求解参数为ANSYS计算软件的计算思路，其具体流程如下：

a）首先指定求解类型，稳态分析或瞬态分析，若求解类型为稳态分析，则进入步骤b）；

b） 定义计算终止时间；

c） 指定求解子步数；

d） 打开自动步长；

e） 施加载荷；

f） 开始求解；

g）得到求解结果；

若求解类型为瞬态分析，则先进行稳态分析，即进行步骤b）到步骤g）的操作，然后将步骤g）的求解结果作为瞬态分析的初始条件，随后再次进行步骤b）到步骤g）的操作；

3）编写反映矿石熔融过程的多物理场特征模型，即将通电过程、生热过程和热传递过程中的热量传递通过物理规律描述出来，其中，通电生热过程采用欧姆定律描述，热传递过程采用热传导和热辐射两种传热方式描述，且整个过程遵循能量守恒定律；

4）按载荷步进行求解，直至计算时间结束；

步骤二、通过步骤一中软件的人机交互界面输入待熔融矿石的参数以及所要施加的电流和电压参数，运行该软件后生成相应的APDL命令流，该生成的APDL命令流自动补充写入步骤一中编制的电加热炉熔融矿石过程分析处理程序内，同时生成ANSYS计算软件识别的mac格式的APDL宏文件，完成电加热炉模型的建立；

步骤三、调用ANSYS计算软件处理步骤二生成的APDL宏文件，自动求解后得到运行结果即为电加热炉内温度场和物料相态；

步骤四、判断在步骤四的参数下得出的电加热炉内温度场和物料相态是否可以将矿石熔融到预定的状态，若不能，则返回步骤二，若能，则进入步骤五；

步骤五、将该参数输入电加热炉的控制系统内控制电加热炉在此参数下运行将矿石熔融到预定状态。