CN105389430A - 转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法 - Google Patents

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陆小珊
王鸿波
付志超
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Abstract

本发明公开转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，步骤一，制作3D转炉模型，在物理引擎仿真场景中加载制作好的3D转炉模型文件；步骤二，创建对应的钢水模型；步骤三，设定钢水模型大小、角度、位置；步骤四，依次根据不同的温度修改不同的贴图或修改材质球的颜色；步骤五，为钢水添加创建碰撞；步骤六，通过控制界面程序将合金投入到钢包中，进行合金化；步骤七，加载合金模型，计算得到钢水中的成分；步骤八，加载出钢量计算模型，得到最终的出钢量；步骤九，加载温降模型，得到总的温降，通过温降改变3D仿真程序中钢水温度变化，即根据不同的温降显示不同的钢水颜色。

Description

转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢中的仿真方法，具体涉及转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法。
背景技术
炼钢转炉的仿真是计算机仿真研究中的难点之一，转炉的动力学行为非常复杂，过去的仿真一直是程序设计者人为设定的行为脚本来实现的，这种方法的缺点是仿真逼真度不够，代码复杂，程序可移植性差：
1、逼真度不够表现在人为设定的行为脚本不能完全涵盖转炉运动特征，而在仿真系统中运动及碰撞情况具有不可预测性，这就更加大了编写行为脚本的难度。再者还有行为脚本是基于动力学公式编写出来的，理论性太强，情景太过理想化，这样编写出的行为脚本就更难具有真实性了。
2、代码复杂体现是靠有限的行为脚本来执行，而行为脚本的编写是个复杂的过程，需要考虑非常多的情况来一一作出判断，执行不同的行为，钢水的手里及运动情况的复杂性决定了行为脚本代码编写的复杂度。
3、程序的可移植性差体现在编写的行为脚本仅仅是针对仿真环境里的特殊场景而言的，无法处理编程人员没有想到的情景(系统bug繁多，且不易发现)，在新的场景下，行为脚本需要重新编写，程序不具有通用性。
随着计算机运算能力及图形渲染处理能力的增强，为更好地仿真现实，基于物理引擎仿真势在必行。物理引擎突破了以往按照预定脚本执行的方式，利用实体的物理属性来描述实体的行为。借助于专业的物理引擎，仿真系统能模拟真实世界中物体各种运动规律，而且易于理解和实现，具有良好的扩展性。基于物理引擎的计算机仿真已经被证明是一种代价低廉且行之有效系统分析手段。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的、仿真度高的仿真方法。
本发明的技术方案是：转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制作3D转炉模型，在物理引擎仿真场景中加载制作好的3D转炉模型文件；
步骤二，创建对应的钢水模型；
步骤三，设定钢水模型大小、角度、位置；
步骤四，依次根据不同的温度修改不同的贴图或修改材质球的颜色；
步骤五，为钢水添加创建碰撞，以仿真真实场景中的碰撞效果；
步骤六，通过控制界面程序将合金投入到钢包中，进行合金化；
步骤七，加载合金模型，计算得到钢水中的成分；
步骤八，加载出钢量计算模型，得到最终的出钢量；
步骤九，加载温降模型，得到总的温降，通过温降改变3D仿真程序中钢水温度变化，即根据不同的温降显示不同的钢水颜色。
进一步地，步骤一中3D转炉模型是使用3DMax软件制作出的格式为.FBX的模型文件，该类型的模型文件包含了在物理引擎仿真场景中模型的本地坐标系及其贴图信息。
进一步地，步骤四的具体过程为根据控制界面的温度模型，计算输出实时的钢水温度，然后根据钢水温度修改贴图的颜色或修改材质球的颜色。
进一步地，步骤五中碰撞参数设置为：碰撞盒大小为X＝1、Y＝1、Z＝1，碰撞盒位置为X＝0、Y＝0、Z＝0，碰撞盒材质为无；添加创建碰撞以仿真真实场景中的碰撞效果。
进一步地，在将合金投入钢包之前，为钢水添加发光特效，让钢水仿真出现实中钢水的样子；可在为钢水添加创建碰撞之后添加发光特效。
进一步地，发光特效参数设置如下：颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光为2.15，外发光为1.5，亮度为2，内发光颜色为R＝188、G＝213、B＝156、A＝255，外发光颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光亮度为1，外发光亮度为1；设置参数可更加逼真地仿真出现实中钢水的样子。
进一步地，步骤六还包括通过控制界面程序称量合金，得到合金的总量；步骤六中在出钢时将合金投入到钢包中；将合金投入到钢包中时，在3D仿真程序中表现的效果为钢包里冒黑烟，并且旋转溜槽中有颗粒物流出。
进一步地，步骤七中合金模型的公式为：合金加入量×合金收得率，其中合金加入量为步骤六中称量的合金的总量。加载该合金模型可算出钢水中钢液成分的变化，同时3D仿真程序中表现钢水颜色变化。
进一步地，步骤八中出钢量计算模型公式为：装入量－装入量×(铁水比/100)×(铁水碳－终点碳)－停吹渣量×停吹渣中FE0/100－装入量×(吨钢烟气带走Fe比例kg/t)/1000+矿石加入量×0.6－装入量×(1－铁水比/100)×(1－废钢中Fe含量)，式中FE0指氧化亚铁，吨钢烟气带走Fe比例kg/t是指每吨烟气带走Fe比例、Fe的单位是kg，式中各参数均由运行过程根据操作过程自动确定。
进一步地，步骤九中温降模型公式为：出钢时间×合金温降×基准温降，式中各参数均在程序操作过程中自动确定。
本发明提供的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，基于物理引擎，仿真度高、代码简洁、程序可移植性，成功解决了以往计算机仿真中动作脚本编写困难，代码复杂，仿真度差的问题；本仿真方法操作简单，程序员不必编写难度较高的行为脚本，节省工作时间，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明具体实施例的仿真流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示，本发明提供的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法具有以下步骤：
步骤一，使用3DMax软件制作出格式为.FBX的3D转炉模型文件，该类型的模型文件包含了在物理引擎仿真场景中模型的本地坐标系及其贴图信息，然后在物理引擎仿真场景中加载制作好的3D转炉模型文件；
步骤二，创建对应的钢水模型；
步骤三，设定钢水模型大小、角度、位置；
步骤四，根据控制界面的温度模型，计算输出实时的钢水温度，然后根据不同的钢水温度修改不同的贴图或修改材质球的颜色；
步骤五，为钢水添加创建碰撞，以仿真真实场景中的碰撞效果，碰撞参数设置为：碰撞盒大小为X＝1、Y＝1、Z＝1，碰撞盒位置为X＝0、Y＝0、Z＝0，碰撞盒材质为无；
步骤六，为钢水添加发光特效，让钢水仿真出现实中钢水的样子，发光特效参数设置如下：颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光为2.15，外发光为1.5，亮度为2，内发光颜色为R＝188、G＝213、B＝156、A＝255，外发光颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光亮度为1，外发光亮度为1；以上设置参数可更加逼真地仿真出现实中钢水的样子；
步骤七，通过控制界面程序称量合金，得到合金的总量，然后在出钢时将合金投入到钢包中，进行合金化；将合金投入到钢包中时，在3D仿真程序中表现的效果为钢包里冒黑烟，并且旋转溜槽中有颗粒物流出；
步骤八，加载合金模型，合金模型的公式为：合金加入量×合金收得率，该公式计算得到钢水中的成分，且程序进行实时计算，可算出钢水中钢液成分的变化，3D仿真程序中表现为钢水颜色变化；合金模型公式中合金加入量为步骤七中称量的合金的总量，合金收得率是一个固定的量；
步骤九，加载出钢量计算模型，得到最终的出钢量，出钢量计算模型公式为：装入量－装入量×(铁水比/100)×(铁水碳－终点碳)－停吹渣量×停吹渣中FE0/100－装入量×(吨钢烟气带走Fe比例kg/t)/1000+矿石加入量×0.6－装入量×(1－铁水比/100)×(1－废钢中Fe含量)，式中FE0指氧化亚铁，吨钢烟气带走Fe比例kg/t是指每吨烟气带走Fe比例、Fe的单位是kg，式中各参数均由运行过程根据操作过程自动确定；利用该公式自动计算出钢量，简单方便，准确率高；
步骤十，加载温降模型，得到总的温降，通过温降改变3D仿真程序中钢水温度变化，即根据不同的温降显示不同的钢水颜色；温降模型公式为：出钢时间×合金温降×基准温降，式中各参数均在程序操作过程中自动确定。
上述步骤九和步骤十中个参数均由运行过程根据操作过程自动确定，使仿真处理过程简洁方便高效，减轻人员工作量。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制作3D转炉模型，在物理引擎仿真场景中加载制作好的3D转炉模型文件；
步骤二，创建对应的钢水模型；
步骤三，设定钢水模型大小、角度、位置；
步骤四，依次根据不同的温度修改不同的贴图或修改材质球的颜色；
步骤五，为钢水添加创建碰撞，以仿真真实场景中的碰撞效果；
步骤六，通过控制界面程序将合金投入到钢包中，进行合金化；
步骤七，加载合金模型，计算得到钢水中的成分；
步骤八，加载出钢量计算模型，得到最终的出钢量；
步骤九，加载温降模型，得到总的温降，通过温降改变3D仿真程序中钢水温度变化，即根据不同的温降显示不同的钢水颜色。
2.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤一中3D转炉模型是使用3DMax软件制作出的格式为.FBX的模型文件，该类型的模型文件包含了在物理引擎仿真场景中模型的本地坐标系及其贴图信息。
3.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤四的具体过程为根据控制界面的温度模型，计算输出实时的钢水温度，然后根据钢水温度修改贴图的颜色或修改材质球的颜色。
4.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤五中碰撞参数设置为：碰撞盒大小为X＝1、Y＝1、Z＝1，碰撞盒位置为X＝0、Y＝0、Z＝0，碰撞盒材质为无。
5.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，在将合金投入钢包之前，为钢水添加发光特效，让钢水仿真出现实中钢水的样子。
6.根据权利要求5所述的转炉炼钢中钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，发光特效参数设置如下：颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光为2.15，外发光为1.5，亮度为2，内发光颜色为R＝188、G＝213、B＝156、A＝255，外发光颜色为R＝206、G＝213、B＝166、A＝255，内发光亮度为1，外发光亮度为1。
7.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤六还包括通过控制界面程序称量合金，得到合金的总量；步骤六中在出钢时将合金投入到钢包中。
8.根据权利要求7所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤七中合金模型的公式为：合金加入量×合金收得率，其中合金加入量为步骤六中称量的合金的总量。
9.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤八中出钢量计算模型公式为：装入量－装入量×(铁水比/100)×(铁水碳－终点碳)－停吹渣量×停吹渣中FE0/100－装入量×(吨钢烟气带走Fe比例kg/t)/1000+矿石加入量×0.6－装入量×(1－铁水比/100)×(1－废钢中Fe含量)，式中FE0指氧化亚铁，吨钢烟气带走Fe比例kg/t是指每吨烟气带走Fe比例、Fe的单位是kg，式中各参数均由运行过程根据操作过程自动确定。
10.根据权利要求1所述的转炉炼钢中出钢水工艺中温度、色彩模型的仿真方法，其特征在于，步骤九中温降模型公式为：出钢时间×合金温降×基准温降，式中各参数均在程序操作过程中自动确定。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US7914602B1 (en) * 2009-12-02 2011-03-29 Carbide Industries, LLC Process to reduce steel furnace slag carry-over during tapping

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