[发明专利]一种高炉炉缸数值模拟与解析系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种高炉炉缸数值模拟与解析系统及其控制方法，属于计算机仿真领域。针对现有技术中在工艺条件、操作参数的基础上，采用计算流体力学理论和方法来实现对炉缸区域的研究所存在的问题，它将死料柱状态判断模块、炉缸铁水流动模块和流场温度场综合计算模块集成在一个平台。考虑可能的影响因素，获得炉缸内渣铁流场、温度场分布及炉缸炉底耐火材料的温度场、热应力分布，从而判断出它们对炉缸侧壁的影响。它能够模拟不同条件、参数的场景，最后实现用户只需要输入工艺参数、操作条件就可以得到炉缸内部铁水流动情况，侧壁及炉底的温度场、应力场分布所存在。

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，尤其涉及冶金工业一种高炉炉缸数值模拟与解析系统及其控制方法。

背景技术

虽然世界范围内对高炉炉缸铁水流动方式及影响因素的研究已经十分广泛和深入，但是，即使如此，在科技高速发达的今天也无法实现炉缸内工况可视化；如何能够深刻解析炉缸内质量、能量、动量之间的传递关系，进一步找出限制炉缸寿命的因素成为人们亟待解决的问题。前人通过实际高炉解剖及样本分析方法对高炉炉缸铁水流动及侵蚀行为进行了研究，但是实验成本较高。另外部分学者通过实际高炉生产中炉缸耐材温度测量来分析判断炉缸铁水流动和侵蚀行为但大都存在影响因素考虑不全面，数据的真实性有待讨论等问题。近年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法在研究冶金过程中的流动、传输行为扮演越来越重要的角色，许多高炉工作者采取了计算流体力学(CFD)结合冷态物理模拟的方法，针对高炉炉缸内流体流动行为展开研究，但很多都是仅针对某一方面研究炉缸铁水流动的行为，例如，仅考虑死料柱状态，铁水环流冲刷，死料柱的孔隙度，炉缸深度，高炉出铁口深度，温度场，出铁流量、出铁口深度以及铁水液面高度中的一种或几种，都不能真实地反映炉缸铁水流动，对实际工作指导意义较小，效果较差。

论文一《高炉炉缸铁水流场数值模拟》(发表于《金属材料与冶金工程》，2011年2月第39卷，第1期，作者：王平、别威)中公布了以流体力学有关理论为基础，建立了炉缸炉底三维流体数学模型，应用Fluent软件，研究了高炉炉缸中不同死料柱位置、状态及出铁口尺寸对炉缸内铁水流动的影响。结果表明：死料柱有较小的浮起时造成炉底铁水流量较大对炉底产生较强的侵蚀。当中心死料柱尺寸大时自由铁水区的铁水流速较快，反之较慢；当出铁口直径增大时，铁水的质量流量增大，炉缸底部的铁水环流明显增大。其不足之处在于：1)该论文以流体力学有关理论为基础，考虑了高炉炉缸中不同死料柱位置、状态及出铁口尺寸对炉缸内铁水流动的影响，详细的描述了构建的流体力学模型，并没有考虑铁水流动和温度场对高炉铁水侵蚀的影响；2)该论文并没有给出如何应用Fluent软件进行数值模拟的方法步骤。

论文二《高炉炉缸铁水流场的数值模拟》(发表于2014年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会文集(上)，作者：左海滨、洪军、张建良、李峰光)中公布了采用三维动量守恒方程、标准k-e双方程模型以及多孔介质模型，对不同条件下炉缸铁水流动进行数值模拟与分析；论文三《高炉炉缸铁水环流的数值模拟》(东北大学硕士学位论文，作者：郭亮)。以上两篇论文存在以下不足：1)仅考虑了铁水流动对高炉炉缸侵蚀所带来的影响，给出建模的详细步骤，考虑因素不全，不能真实反应炉缸受侵蚀状态；2)并没有给出如何进行数值模拟的方法步骤。