CN108090293A - 一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，涉及高炉炉缸炉底侵蚀检测技术领域，通过采用基于不变网格和维度趋近法的方法，根据高炉仿真模型中稳态传热的规律假设，对高炉炉缸炉底模型进行不同维度的特征简化，考虑精度提高的需要，计算不同维度的仿真模型。根据不同时期的炉缸热电偶监测数据，获取检测点最高温度。将得到的炉缸炉底内边界作为高维度的初始条件，从而把精度的提高转换为维度的扩展。包络面调整时忽略单元尺度的差异，无需求解侵蚀面准确位置，形成一套高炉包络面求解的整体解决方案，提高了高炉侵蚀计算测量结果的准确性，同时减少计算量，从而缓解了现有技术存在的侵蚀检测结果误差大、计算量大的问题。

Description

一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法

技术领域

本发明涉及高炉炉缸炉底侵蚀检测技术领域，尤其是涉及一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法。

背景技术

高炉投产后，炉缸炉底的工作条件特别恶劣，炉缸炉底作为盛装高温铁水的部分，其受铁水物理的和化学的作用发生侵蚀，且侵蚀随服役时间加重，研究内衬侵蚀情况对于高炉安全生产和经济技术指标都有重要意义。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：高炉领域目前主要有导热法炉衬和耐火材料法炉衬两种典型的炉衬结构。对于炉衬烧蚀程度的判断通过测试和稳态热传导仿真两种方式，其中，稳态热传导求解主要采用调整网格边界实现侵蚀面的确定，每次迭代需进行网格重划分，极大的耗费资源。同时，由于迭代计算次数超过百或者千次级，普通的计算硬件无法满足高炉的侵蚀模型计算要求，特别是精细化建模的三维高炉。传统的网格划分方式通常会造成误差，操作方法同样也造成测量结果误差：一维模型的“两点法”确定边界特征点来估算侵蚀边界的方法引起较大误差，而且两点法假设本身也忽略了热传播方向多层不同热阻的现状；二维模型忽略周向的特征，不能反映冷却水等特征，并且此种计算二维切片并将内部边蒙皮形成3D轮廓面的方式会导致切片之间凹坑特征丢失和3D轮廓面求解不准确等问题。普通三维方法需要人工假设内部边界，因假设边界与最终计算边界存在较大差异，迭代计算工作量将大幅增加，并且需要借助历史计算数据。因此，现有技术存在侵蚀检测结果误差大、计算量大的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，以缓解现有技术存在的侵蚀检测结果误差大、计算量大的技术问题。

本发明实施例提供了一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，包括：

步骤一：配置计算模型的参数；

步骤二：设定计算模型中温度监控节点的监控温度；

步骤三：根据计算模型建立一维温度传递模型，标定一维温度传递模型的延伸方向，设定初始温度，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的一维温度误差进行判断，判断其是否满足第一收敛条件及第一调整条件，并根据步长调整算法结束迭代或设定下一次迭代的位置移动增量步长；获得第一迭代计算结果，并将第一迭代计算结果对应的节点位置设定为二维温度传递模型的边界参数；一维温度误差为，其中，为一维温度传递模型中温度监控节点i点的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤四：在步骤三的基础上构建二维温度传递模型的网格模型，加载内部温度场参量，建立二维温度传递模型，切换输入端节点，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的内部二维温度误差进行判断，判断其是否满足第二收敛条件及第二调整条件，并根据第二收敛条件及第二调整条件结束迭代或设定下一次迭代的参数；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数；二维温度误差为，其中，为二维温度传递模型中位于θ角的计算域内的温度监控节点的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤五：在步骤四的基础上，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度，建立三维温度传递模型的内部面，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的三维温度误差进行判断，判断其是否满足第三收敛条件及第三调整条件，并根据第三收敛条件及第三调整条件结束迭代或进行设定下一次迭代的参数；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第三迭代计算结果；三维温度误差为，其中，为三维温度传递模型中温度监控节点的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤六：根据第三迭代计算结果，生成高炉炉缸炉底侵蚀包络面。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，步骤一具体为：建立计算模型中的局部圆柱坐标系；对计算模型中的关键位置进行标定，设定温度监控节点；通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割；设定计算模型的步长调整算法；对计算模型进行网格划分。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，设定计算模型的位置步长调整算法具体为：在预设的初始步长的基础上进行计算模型的迭代计算，根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长；二维和三维通过误差收敛条件和调整条件，切换输入端所在节点，步长为单元长度。

其中，根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长具体为：

若计算值满足收敛条件，则结束迭代计算；

若计算值未满足收敛条件且数值大于温度传递模型允许误差，则设定位置移动增量步长为原步长的α倍，重新进行上一步迭代计算，其中，α小于1；

若计算值未满足收敛条件且数值小于温度传递模型允许误差的负值，则设定位置移动增量步长为原步长的β倍，继续进行下一步迭代计算，其中，β大于1。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第一收敛条件为：；

第一调整条件为：

> 或<-；

其中，ε为一维模型允许误差。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第二收敛条件为：

、和；

第二调整条件为： 或；

其中，η ₁为二维模型允许总误差，η ₂为二维模型单点允许误差。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第三收敛条件为：

、和；

第三调整条件为： 或；

其中，λ ₁为三维模型允许总误差，λ ₂为三维模型单点允许误差。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，步骤二具体为：获取温度监控节点的监测温度记录，取监测温度记录中的历史最高值生成监控温度集合。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度具体为：

计算域Ⅰ的侵蚀厚度为d ₁，计算域Ⅱ的侵蚀厚度为d ₂，计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间的夹角为θ ₁₂，待测计算域Ⅲ位于计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间，计算域Ⅰ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₁₃，计算域Ⅱ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₂₃，则计算域Ⅲ的侵蚀厚度为d ₃为：

。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，标定一维温度传递模型的延伸方向具体为：

对应于高炉侧壁上的温度监控节点，以局部圆柱坐标系R方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉底处的温度监控节点，以局部圆柱坐标系的-h方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉壁于炉底转角连接处的温度监控节点，以炉底的内边界点与炉底外表面的温度监控节点的连线为一维温度传递模型的延伸方向。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割具体为：以局部圆柱坐标系的坐标原点为分割的计算域的中心，过坐标原点沿平面θ对计算模型进行分割，生成计算模型的计算域。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例所提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，首先，配置计算模型的参数，设定计算模型中温度监控节点的监控温度，其次，根据计算模型建立一维温度传递模型，标定一维温度传递模型的延伸方向，设定初始温度，在计算域内进行迭代计算；获得第一迭代计算结果，并将第一迭代计算结果对应的节点位置设定为二维温度传递模型的边界参数；再次，进行二维温度传递模型的迭代计算，获得第二迭代计算结果，选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数；然后，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度，建立三维温度传递模型的内部面，进行三维温度传递模型的迭代计算；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第三迭代计算结果；最后，根据第三迭代计算结果，生成高炉炉缸炉底侵蚀包络面。该技术方案通过采用基于不变网格和维度趋近法的炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，根据高炉仿真模型中稳态传热的规律假设，对高炉炉缸炉底模型进行不同维度的特征简化，充分考虑精度提高的需要，计算不同维度的仿真模型。根据不同时期的炉缸热电偶监测数据，获取每测点的最高温度。将得到的炉缸炉底内边界作为更高维度的初始条件，从而把精度的提高转换为维度的扩展。包络面调整时忽略单元尺度的差异，无需求解侵蚀面准确位置，形成一套高炉包络面求解的整体解决方案，提高了高炉侵蚀计算测量结果的准确性，同时通过算法优化减少计算量，从而缓解了现有技术存在的侵蚀检测结果误差大、计算量大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，高炉炉缸炉底的示意图；

图3为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，一维温度传递模型的原理图；

图4为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，一维温度传递模型的计算结果图；

图5为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，二维温度传递模型的计算结果图；

图6为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，二维温度传递模型的映射结果图；

图7为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，三维温度传递模型的计算结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，稳态热传导求解主要采用调整网格边界实现侵蚀面的确定，每次迭代需进行网格重划分，极大的耗费资源。传统的网格划分方式通常会造成误差，操作方法同样也造成测量结果误差，普通的计算硬件无法满足高炉的侵蚀模型计算要求，普通三维方法需要人工假设内部边界，因假设边界与最终计算边界存在较大差异，迭代计算工作量将大幅增加，并且需要借助历史计算数据。基于此，本发明实施例提供的一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，可以提高高炉侵蚀计算测量结果的准确性，同时通过算法优化减少计算量。

参见图1，本发明实施例提供的一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法的流程图。本发明实施例提供了一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，包括：

步骤一：配置计算模型的参数。建立计算模型前，需要对计算模型的参数进行求解设置。参见图2，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，高炉炉缸炉底的示意图。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，步骤一具体为：建立计算模型中的局部圆柱坐标系。在高炉中心线与高炉底面交点处建立圆柱坐标系，形成一个以高炉径向为R、以高炉平面转交为θ，以高炉深度为h的独立坐标系统，为后续计算提供基础。对计算模型中的关键位置进行标定，设定温度监控节点。在仿真计算模型中设置关键点，保证在此处形成网格节点，为后续监测此处的温度等变量提供便利条件。图中实心方点为输出端，即埋设热电偶位置，此处对应为温度测量值；空心方点为炉底的内部边界点，为一维模型的初始端。其他特殊关注的位置也需要具体设置。通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割。通过该方式进行计算域分割，主要是实现热电偶与坐标原点所在的切面分割。在每个切片上进行求解计算，最终映射到三维模型中完成包络面确定。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割具体为：以局部圆柱坐标系的坐标原点为分割的计算域的中心，过坐标原点沿平面θ对计算模型进行分割，生成计算模型的计算域。

本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，还需设定计算模型的步长调整算法。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，一维温度传递模型中采用步长调整算法对位置移动增量步长实现调整，其中，设定计算模型的步长调整算法具体为：一维调整在预设的初始步长的基础上进行计算模型的迭代计算，根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长，一维调整根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长具体为：

若计算值满足收敛条件，则结束迭代计算；

若计算值未满足收敛条件且数值大于温度传递模型允许误差，则设定位置移动增量步长为原步长的α倍，重新进行上一步迭代计算，其中，α小于1。本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，α为50%。若计算值未满足收敛条件且数值小于温度传递模型允许误差的负值，则设定位置移动增量步长为原步长的β倍，继续进行下一步迭代计算，其中，β大于1。本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，β为150%。

二维温度传递模型和三维温度传递模型通过判断误差的收敛条件，切换输入端所在节点，再进行迭代计算，切换步长为网格单元长度。

本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，还需对计算模型进行网格划分。计算模型中网格划分根据情况进行调整，一维模型以适量网格求解侵蚀点位置，二维三维由于涉及单元尺度的差异，所以尺度考虑调整步长大小。

步骤二：设定计算模型中温度监控节点的监控温度。由于各种因素，热电偶的温度会发生升高和降低，并非完全的线性增加。但最大侵蚀与热电偶的最高温度有关，因而选取热电偶的最高温度建立温度集合进行侵蚀计算。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，步骤二具体为：获取温度监控节点的监测温度记录，取监测温度记录中的历史最高值生成监控温度集合。监控温度集合中的值与各个温度监控节点相对应。

步骤三：根据计算模型建立一维温度传递模型，标定一维温度传递模型的延伸方向，该方向为温度传递方向。参见图3，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，一维温度传递模型的原理图。取计算域分割的切片面内上述两者交点为一维的计算输入端、热电偶监测点位置为监控节点建立一维温度传递模型，设定初始温度，初始温度为1150℃，通过移动一维温度传递模型中网格的输入端节点位置，在计算域内进行迭代计算。

进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，标定一维温度传递模型的延伸方向具体为：

对应于高炉侧壁上的温度监控节点，以局部圆柱坐标系R方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉底处的温度监控节点，以局部圆柱坐标系的-h方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉壁于炉底转角连接处的温度监控节点，以炉底的内边界点与炉底外表面的温度监控节点的连线为一维温度传递模型的延伸方向。

本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，对迭代计算中的一维温度误差进行判断，判断其是否满足第一收敛条件及第一调整条件，根据步长调整算法结束迭代或设定下一次迭代的位置移动增量步长。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第一收敛条件为：

；

根据步长调整算法，当满足第一收敛条件时，表明迭代计算完成。

一调整条件为：

> ；

根据步长调整算法，当满足上式时，重新进行上一步迭代计算，且设定位置移动增量步长为原步长的50%倍。

或<-；

根据步长调整算法，当满足上式时，继续进行下一步迭代计算，且设定位置移动增量步长为原步长的150%倍。

其中，上述表达式中ε为一维模型允许误差。温度不收敛时，调整一维计算域输入端位置，进行再次计算，直至计算温度满足收敛条件。

参见图4，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，一维温度传递模型的计算结果图。本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，通过采用上述步骤获得第一迭代计算结果，进行曲线绘图，表征一维侵蚀情况，并将第一迭代计算结果对应的节点位置设定为二维温度传递模型的边界参数，即二维温度传递模型的内边边界。一维温度误差为，其中，为一维温度传递模型中温度监控节点i点的计算温度与对应的监控温度之差。

步骤四：在步骤三得到的边界参数的基础上构建二维温度传递模型的网格模型。首先进行试算获取初步的温度场，对迭代计算中的内部二维温度误差进行判断，判断其是否满足第二收敛条件及第二调整条件，根据第二收敛条件及第二调整条件结束迭代或设定下一次迭代的参数并继续进行迭代计算。选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数。即在结果调整中，在满足第二收敛条件及第二调整条件条件时，根据计算得到的温度选取节点，节点选取条件为其对应的计算温度满足，不需求解准确的内边界位置，以近输出端的节点为新边界点，计算中还需加入限定条件来排除奇异解和确定唯一解。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第二收敛条件为：

、和；

根据步长调整算法，当满足第二收敛条件时，表明迭代计算完成。

第二调整条件为： ；

当满足上式时，输入端节点向温度传递的反方向切换一个节点进行迭代计算，切换的步长为网格尺寸。

或；

当满足上式时，继续进行迭代计算。

其中，η ₁为二维模型允许总误差，η ₂为二维模型单点允许误差。依据的方向来切换温度输入端节点，即方向为正时应反方向切换温度输入端节点重新计算；若方向为负，则继续进行迭代计算，直至收敛为止。

参见图5，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，二维温度传递模型的计算结果图。本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，通过采用上述步骤选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数。二维温度误差矩阵为，其中，为二维温度传递模型中位于θ角的计算域内的温度监控节点计算温度与对应的监控温度之差。

步骤五：在步骤四得到的三维温度传递模型边界参数的基础上，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度，建立三维温度传递模型的内部面。图6为本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，二维温度传递模型的映射结果图。切换温度输入端的节点，在计算域内进行迭代计算。在三维的网格模型中，加载内部温度场，考虑结构的多层传热特性和冷却水等结构，加入热量流失通道，进行监控点温度计算。计算过程中满足收敛条件时，以近监控节点位置的节点为边界点。计算过程中不需要求解具体侵蚀位置，在满足计算条件下以使计算温度最大为包络面判断条件。三维模型需要精细网格，以防止形成过大误差。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度具体为：

计算域Ⅰ的侵蚀厚度为d ₁，计算域Ⅱ的侵蚀厚度为d ₂，计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间的夹角为θ ₁₂，待测计算域Ⅲ位于计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间，计算域Ⅰ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₁₃，计算域Ⅱ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₂₃，则计算域Ⅲ的侵蚀厚度为d ₃为：

。

本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，对迭代计算中的三维温度误差进行判断，判断其是否满足第三收敛条件及第三调整条件，根据三收敛条件及第三调整条件结束迭代或设定下一次迭代的参数。进一步的，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，第三收敛条件为：

、和；

当满足第三收敛条件时，表明迭代计算完成。

第三调整条件为： ；

当满足上式时，输入端节点向温度传递的反方向切换一个节点进行迭代计算，切换的步长为网格尺寸。或；

当满足上式时，继续进行迭代计算。

其中，λ ₁为三维模型允许总误差，λ ₂为三维模型单点允许误差。依据的方向来切换输入端节点，即方向为正时应反方向切换温度输入端节点重新计算；若方向为负，则继续进行迭代计算，直至收敛为止。

参见图7，本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，三维温度传递模型的计算结果图。本发明实施例提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法中，选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第三迭代计算结果；三维温度误差为，其中，为三维温度传递模型中内部面的计算温度与对应的监控温度之差。

步骤六：根据上述步骤中的第三迭代计算结果生成高炉炉缸炉底侵蚀包络面，该包络面包含了高炉炉缸炉底一维、二维以及三维的最大侵蚀状况，为高炉侵蚀厚度预测提供基础支撑。

本发明实施例所提供的高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，首先，配置计算模型的参数，设定计算模型中温度监控节点的监控温度，其次，根据计算模型建立一维温度传递模型，标定一维温度传递模型的延伸方向，设定初始温度，在计算域内进行迭代计算；获得第一迭代计算结果，并将第一迭代计算结果对应的节点位置设定为二维温度传递模型的边界参数；再次，进行二维温度传递模型的迭代计算，获得第二迭代计算结果，选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数；然后，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度，建立三维温度传递模型的内部面，进行三维温度传递模型的迭代计算；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第三迭代计算结果；最后，根据第三迭代计算结果，生成高炉炉缸炉底侵蚀包络面。该技术方案通过采用基于不变网格和维度趋近法的炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，根据高炉仿真模型中稳态传热的规律假设，对高炉炉缸炉底模型进行不同维度的特征简化，充分考虑精度提高的需要，计算不同维度的仿真模型。根据不同时期的炉缸热电偶监测数据，获取每测点的最高温度。将得到的炉缸炉底内边界作为更高维度的初始条件，从而把精度的提高转换为维度的扩展。包络面调整时忽略单元尺度的差异，无需求解侵蚀面准确位置，形成一套高炉包络面求解的整体解决方案，提高了高炉侵蚀计算测量结果的准确性，同时通过算法优化减少计算量，从而缓解了现有技术存在的侵蚀检测结果误差大、计算量大的问题。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法，其特征在于，包括：

步骤一：配置计算模型的参数；

步骤二：设定所述计算模型中温度监控节点的监控温度；

步骤三：根据所述计算模型建立一维温度传递模型，标定所述一维温度传递模型的延伸方向，设定初始温度，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的一维温度误差进行判断，判断其是否满足第一收敛条件及第一调整条件，并根据步长调整算法结束迭代或设定下一次迭代的位置移动增量步长；获得第一迭代计算结果，并将所述第一迭代计算结果对应的节点位置设定为二维温度传递模型的边界参数；所述一维温度误差为，其中，为一维温度传递模型中温度监控节点i点的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤四：在步骤三的基础上构建二维温度传递模型的网格模型，加载内部温度场参量，建立二维温度传递模型，切换输入端节点，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的内部二维温度误差进行判断，判断其是否满足第二收敛条件及第二调整条件，并根据第二收敛条件及第二调整条件结束迭代或设定下一次迭代的参数；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第二迭代计算结果，将第二迭代计算结果设定为三维温度传递模型的边界参数；所述二维温度误差为，其中，为二维温度传递模型中位于θ角的计算域内的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤五：在步骤四的基础上，利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度，建立三维温度传递模型的内部面，在计算域内进行迭代计算；对迭代计算中的三维温度误差进行判断，判断其是否满足第三收敛条件及第三调整条件，并根据第三收敛条件及第三调整条件结束迭代或设定下一次迭代的参数；选取迭代完成的节点中与温度监控节点距离最近的节点作为第三迭代计算结果；所述三维温度误差为，其中，为三维温度传递模型中内部面的计算温度与对应的监控温度之差；

步骤六：根据所述第三迭代计算结果生成高炉炉缸炉底侵蚀包络面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：建立计算模型中的局部圆柱坐标系；对计算模型中的关键位置进行标定，设定温度监控节点；通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割；设定计算模型的步长调整算法；对计算模型进行网格划分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设定计算模型的步长调整算法具体为：在预设的初始步长的基础上进行计算模型的迭代计算，根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长；

其中，所述根据其计算值的收敛结果结束迭代或设定位置移动增量步长具体为：

若所述计算值满足收敛条件，则结束迭代计算；

若所述计算值未满足收敛条件且数值大于温度传递模型允许误差，则设定位置移动增量步长为原步长的α倍，重新进行上一步迭代计算，其中，α小于1；

若所述计算值未满足收敛条件且数值小于温度传递模型允许误差的负值，则设定位置移动增量步长为原步长的β倍，继续进行下一步迭代计算，其中，β大于1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一收敛条件为：；

所述第一调整条件为：

> 或<-；

其中，ε为一维模型允许误差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二收敛条件为：

、和；

所述第二调整条件为： 或；

其中，η ₁为二维模型允许总误差，η ₂为二维模型单点允许误差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三收敛条件为：

、和；

所述第三调整条件为： 或；

其中，λ ₁为三维模型允许总误差，λ ₂为三维模型单点允许误差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：获取温度监控节点的监测温度记录，取监测温度记录中的历史最高值生成监控温度集合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用角度差值法进行计算域的映射，确定侵蚀切面厚度具体为：

计算域Ⅰ的侵蚀厚度为d ₁，计算域Ⅱ的侵蚀厚度为d ₂，所述计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间的夹角为θ ₁₂，待测计算域Ⅲ位于计算域Ⅰ与计算域Ⅱ之间，所述计算域Ⅰ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₁₃，所述计算域Ⅱ与计算域Ⅲ的夹角为θ ₂₃，则计算域Ⅲ的侵蚀厚度为d ₃为：

。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标定一维温度传递模型的延伸方向具体为：

对应于高炉侧壁上的温度监控节点，以局部圆柱坐标系R方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉底处的温度监控节点，以局部圆柱坐标系的-h方向为一维温度传递模型的计算延伸方向；

对应于高炉炉壁于炉底转角连接处的温度监控节点，以炉底的内边界点与炉底外表面的温度监控节点的连线为一维温度传递模型的延伸方向。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过选取计算模型的径向切面的方式对计算模型进行计算域分割具体为：以局部圆柱坐标系的坐标原点为分割的计算域的中心，过坐标原点沿平面θ对计算模型进行分割，生成计算模型的计算域。