专利名称：一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法
技术领域：
本发明属于高炉长寿技术领域，用于确定冶金行业炼铁高炉炉缸中1150°C侵蚀线的位置，为高炉操作提供基础信息。
背景技术：
高炉长寿和高效稳定生产的关键之一是高炉炉缸状况能得到及时、准确的监控，为此国内外开发了大量高炉炉缸监控系统，主要是监控炉缸中1150°C侵蚀线的位置。主流方式是依据炉缸炉衬中的热电偶温度信息通过传热模型的计算确定1150°C侵蚀线的位置，其中，主要的确定方式是利用边界元和有限元的方式逆解算，即利用非线性优化的方式假 定1150°C侵蚀线的位置，然后以侵蚀线位置为边界条件用边界元或有限元的方法计算温度场，然后得到热电偶处的温度计算值，温度计算值和实测值方差最小的1150°C侵蚀线的假定位置为最终得到的侵蚀线位置。显然，该方式需要多次试探侵蚀线的位置，并计算温度场，计算量将很大，导致计算时间长、计算网格不稳定并且计算精度却无法得到保证。针对这个问题，已有采用稳定网格正解算方式确定1150°C侵蚀线的位置。即直接用原始砖衬的位置数据设置网格用有限元或有限差分的方法计算炉缸砖衬中的温度场，根据温度场确定1150°C侵蚀线的位置，温度高于1150°C的区域视为铁水区，温度低于1150°C的区域视为砖衬区，在铁水区将导热系数换为铁水的导热系数，然后再次计算温度场并重复上述过程，直至温度场稳定下来，此时根据温度场确定的1150°C侵蚀线的位置为最终得到的侵蚀线位置。这种方式计算网格稳定且容易设定，计算精度有保证，计算量也大幅减小，但同样需要重复计算温度场，导致计算量仍然不小，且将1150°C视为铁水区和砖衬的分界点不尽合理，因为铁水导热率大大高于砖衬的导热率，实际高炉中砖衬与铁水接触处温度应接近铁水的主体温度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种较之于现有技术判定高炉炉缸侵蚀线位置计算量更小且精度高的方法，确定高炉炉缸侵蚀线位置，为高炉操作提供稳定和计算周期短的炉缸基础信息。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，其特征在于依据稳态导热方程，采用稳定网格的有限元或有限差分法计算炉缸砖衬中的温度场，在迭代计算中根据网格节点的温度确定导热系数，进而得到炉缸砖衬中的温度场，再根据温度场判定1150°C侵蚀线的位置，具体步骤包括
a、将炉缸分为炉缸侧壁区、炉底中心区和炉缸拐角区三部分，其中所述炉缸侧壁区的传热方向垂直于炉壁，所述炉底中心区的传热方向垂直于炉底，将三部分区域分别定义为长方形，各自都包含铁水和砖衬；
b、读入高炉炉缸中预设的热电偶温度，砖衬及铁水的导热系数及各区域的网格位置数
据；C、分区域进行稳态导热计算，在炉缸侧壁区和炉底中心区为由热电偶温度递推区域内网格上各节点的温度的一维计算，所述炉缸侧壁区的递推方向为由外而内，所述炉底中心区的递推方向为自下而上，在炉缸拐角区以炉缸侧壁区和炉底中心区所得到的边界温度作为边界条件，采用有限元或有限差分法二维计算本区域内网格上各节点的温度；
d、将分区域的计算结果合并构成炉缸的温度场，并插值计算得到高炉炉缸1150°C侵蚀线的位置。进一步地，步骤c中各区域网格上的导热系数根据温度选定，当温度高于1450°C时选用铁水的导热系数，否则选用对应温度砖衬的导热系数。进一步地，步骤b后还包括选定并去除高炉已损坏部分的热电偶温度。进一步地，所述铁水与砖衬的分界温度为1450°C。本发明判定方法的研制和应用，使得确定高炉炉缸侵蚀线位置只需计算一次温度 场，因此和已有技术方法相比，计算量大幅缩小，计算周期短，能满足高炉操作的各种要求，计算稳定性大幅提高，可在一台电脑上实现监控多个高炉的炉缸状况；且将铁水与砖衬的分界温度设为1450°C，更符合高炉实际。
图I是本发明判定方法针对炉缸分区计算的分区示意图。图2是本发明判定方法的流程示意图。
具体实施例方式为克服现有技术在高炉长寿监控方面的不足，概括来看本发明依据稳态导热方程，直接用稳定网格的有限元或有限差分的方法计算炉缸砖衬中的温度场，在迭代计算中根据网格节点的温度确定砖衬导热系数，如果温度高于1450°C，将采用铁水的有效导热系数，计算确定炉缸砖衬中的温度场，根据温度场确定1150°C侵蚀线的位置，这种确定侵蚀线位置的方法只需计算一次温度场，因此和以前的方法比，计算量大幅缩小，计算周期短，能满足高炉操作的各种要求，计算稳定性大幅提高，且将铁水与砖衬的分界温度设为1450°C，更符合高炉实际。以下便结合附图，对本发明判定方法做如下详细说明，以使本领域技术人员能充分理解本发明创新实质及其应用价值。如图I所示的是该判定方法针对炉缸分区计算的分区示意图。从图I中可以清楚地看到，作为判定方法的开端步骤，需要对炉缸作划分，主要分为炉缸侧壁区I、炉底中心区2和炉缸拐角区3三部分。其中炉缸侧壁区I的传热方向6垂直于炉壁，炉底中心区2的传热方向7垂直于炉底，而炉缸拐角区3的传热方向无法直接以比照的方式简单确定，只可在炉缸侧壁区I和炉底中心区2各自的传热方向之间，选择一个波动范围。本发明中，将三部分区域分别定义为长方形，各自都包含铁水4和砖衬5。各区域中根据热电偶的布置安排计算网格，在计算中网格不再改变，因此称为稳定网格。由此便完成了温度场确定的基础。如图I箭头6、7所示，对于炉缸侧壁区I和炉底中心区2可采用稳定网格递推计算的一维计算方式，递推方向由下往上或由外向内。而对于相对难以确定的炉缸拐角区3，以炉缸侧壁区I和炉底中心区2所得到的边界温度作为边界条件，也采用稳定网格的有限元或有限差分的方法进行二维计算，得到炉缸拐角区砖衬的温度变化呈现。上述分区域计算中，网格上导热系数依据温度选定对应温度的砖衬导热系数，如果温度高于1450°C，将采用铁水的有效导热系数。最后，将三个区域的温度场合并为高炉炉缸的温度场，并依据炉缸温度场插值计算确定1150°C侵蚀线的位置。上述该种判定方法，根据高炉炉缸处热电偶温度信息，可很快计算出1150°C侵蚀线的位置，计算方法简便，计算精度有保证，可在一台电脑上监控多个高炉的炉缸状况。从明确的判定实施步骤来看Stepl :读入高炉热电偶温度、砖衬及铁水的导热系数及各区域的网格位置数据等。·
Step2 :剔除不合理的温度数据。由于高炉内热电偶经常损坏，需要对热电偶的温度数据进行整理，剔除掉不合理的温度数据。判定规则为1、接近热面的热电偶温度应高于接近冷面的热电偶温度。2、热电偶的最大温度不应超过铁水温度。Step3 :分区域进行稳态导热计算，其中，炉缸侧壁区I和炉底中心区2为一维传热计算；炉缸拐角区3为二维传热计算。采用有限元或有限差分法计算区域内网格各节点的温度。在上述迭代计算中，递推方向均为从下往上，从外往内，根据网格节点温度确定砖衬耐材的导热系数，如果温度高于1450°C，将采用铁水的有效导热系数。另外，炉缸侧壁区I和炉底中心区2得到的边界温度，将作为炉缸拐角区3的边界条件，用于二维传热计算。计算得到温度场数据。三个区域传热控制方程分别为
(O ‘炉缸侧壁区I’的传热控制方程
Cl)
式中，^为炉缸区耐材中的传热量。(2) ‘炉底中心区2’的传热控制方程
.dT
gs = Λ(Τ)—-(2)
Or
式中，qZ为炉缸区耐材中的传热量。(3) ‘炉缸拐角区3’的传热控制方程
(3)
式中，』为耐材的导热系数。Step4 :将炉缸侧壁区I、炉底中心区2和炉缸拐角区3三个区域的温度场计算结果合并为炉缸区的温度场。温度场数据包括各个风口截面的温度场，炉底炉缸各层耐火材料的温度场。St印5 :由炉缸区的温度场插值计算得到高炉炉缸1150°C侵蚀线的位置。需要特别重视的是高炉炉缸热电偶工作环境很恶劣，损坏的很多，为保证计算结果的正确性，必须剔除不合理的数据，以提高侵蚀线判定的准确度。综上，本发明判定方法的研制和应用，使得确定高炉炉缸侵蚀线位置只需计算一次温度场。因此和已有技术方法相比，计算量大幅缩小，计算周期短，能满足高炉操作的各种要求，计算稳定性大幅提高，可在一台电脑上实现监控多个高炉的炉缸状况；且将铁水与砖衬的分界温度设为1450°C，更符合高炉实际。然而上述有关实施例的详细描述旨在便于本发明技术方案的理解，并非以此限制本发明专利申请的保护范围，但凡在上述实施例基础上经等效替换所形成的技术方案，均 应视作为本发明权利要求书所要求保护的范畴。
权利要求
1.一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，其特征在于依据稳态导热方程，采用稳定网格的有限元或有限差分法计算炉缸砖衬中的温度场，在迭代计算中根据网格节点的温度确定导热系数，进而得到炉缸砖衬中的温度场，再根据温度场判定1150°c侵蚀线的位置，具体步骤包括 a、将炉缸分为炉缸侧壁区、炉底中心区和炉缸拐角区三部分，其中所述炉缸侧壁区的传热方向垂直于炉壁，所述炉底中心区的传热方向垂直于炉底，将三部分区域分别定义为长方形，各自都包含铁水和砖衬； b、读入高炉炉缸中预设的热电偶温度，砖衬及铁水的导热系数及各区域的网格位置数 据； C、分区域进行稳态导热计算，在炉缸侧壁区和炉底中心区为由热电偶温度递推区域内 网格上各节点的温度的一维计算，所述炉缸侧壁区的递推方向为由外而内，所述炉底中心区的递推方向为自下而上，在炉缸拐角区以炉缸侧壁区和炉底中心区所得到的边界温度作为边界条件，采用有限元或有限差分法二维计算本区域内网格上各节点的温度； d、将分区域的计算结果合并构成炉缸的温度场，并插值计算得到高炉炉缸1150°C侵蚀线的位置。
2.根据权利要求I所述一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，其特征在于步骤c中，各区域网格上的导热系数根据温度选定，当温度高于1450°C时选用铁水的导热系数，否则选用对应温度砖衬的导热系数。
3.根据权利要求I所述的一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，其特征在于步骤b后还包括选定并去除高炉已损坏部分的热电偶温度。
4.根据权利要求I所述一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，其特征是所述铁水与砖衬的分界温度为1450°C。
全文摘要
一种高炉炉缸侵蚀线位置的判定方法，属于高炉长寿技术领域。该方法提供一种比现有方法计算量更小且精度高的确定高炉炉缸侵蚀线位置的方法。该方法依据稳态导热方程，直接用稳定网格的有限元或有限差分的方法计算炉缸砖衬中的温度场，在迭代计算中根据网格节点的温度确定砖衬导热系数，如果温度高于1450℃，将采用铁水的有效导热系数，计算确定炉缸砖衬中的温度场，根据温度场确定1150℃侵蚀线的位置，这种确定侵蚀线位置的方法只需计算一次温度场，因此较之于以往的方法，计算量大幅缩小，计算周期短，能满足高炉操作的各种要求，计算稳定性大幅提高，且将铁水与砖衬的分界温度设为1450℃，更符合高炉实际。
文档编号C21B7/24GK102876825SQ20121033626
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者金焱, 王崇鹏, 刘进步, 田志兵, 李宏玉, 丁晖 申请人:江苏永钢集团有限公司