CN117540583A - 一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法 - Google Patents
一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，涉及计算机辅助智能冶炼装备检测领域。利用炉底水冷管的热流量拟合得到炉底热流密度分布函数表达式；利用对流换热边界置换方法等效计算炉底内衬底面的对流传热系数；构造炉底初始侵蚀边界；所述初始侵蚀边界由若干个侵蚀控制点组成；根据炉底初始侵蚀边界采用炉底侵蚀边界搜索方法计算炉底实际侵蚀边界。本发明能够实现无热电偶测温点或测温盲区炉底侵蚀诊断，进而丰富炉底侵蚀诊断方法，可有效维护和管理高炉的正常运行，对延长高炉寿命，提高炉缸安全性和耐久性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助智能冶炼装备检测领域，尤其涉及一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法。
背景技术
炉底内衬是高炉的关键结构之一，其主要作用是承受高炉炉渣和铁水的侵蚀，同时保护炉底砖的完整性和稳定性。高炉炉底侵蚀是高炉运行过程中不可避免的，在炉缸内高温熔融铁水的冲击和侵蚀、化学反应、热应力和机械应力以及炉底材料质量等多种因素共同作用下炉缸内出现侵蚀，特别是炉底中心侵蚀严重的锅底型侵蚀，锅底型侵蚀的形状通常为炉底中心凹陷的圆形或椭圆形，底部较为平坦，边缘呈现出一定的倾斜，整体形状类似于一个锅底。锅底形侵蚀会造成炉底结构受损，增大高炉炉缸烧穿的事故风险。因此，进行炉底侵蚀诊断不仅可以及时掌握炉底侵蚀程度，以便采取相应措施进行维护和调整，确保高炉的安全运行，而且还为推动高炉智能化进程与高炉可持续发展提供技术支持。
现有的技术中对高炉炉缸内侵蚀诊断一般是基于预埋在炉缸内衬中热电偶测温数据进行传热学计算，得到内衬剩余厚度及侵蚀形貌。授权公告号为CN 108090293 B的中国专利“一种高炉炉缸炉底侵蚀包络面确定方法”中根据不同时期的炉缸热电偶监测数据，获取检测点的最高温度，并将得到的炉缸炉底内边界作为高维度的初始条件，通过所构建的模型及其迭代计算结果生成炉缸炉底侵蚀包络面。公布号为CN 110765623 A的中国专利“一种高炉炉缸纵截面侵蚀边界二维快速计算方法”，利用炉缸中布置的热电偶的检测温度值逆向求解炉缸侵蚀边界位置，通过外层热电偶的温度和坐标确定外边界层的温度，利用线性插值方法初步计算出初始的内壁侵蚀线，再与实际内层热电偶温度值比较并修正后确定侵蚀线。
李学付根据砌筑结构及测温热电偶分布情况，建立了炉底侵蚀推测模型，并得出炉缸炉底侵蚀线的位置。申世武在高炉炉缸炉底布置了测温热电偶，并设计了在线监测系统，通过数据采集判定炉缸炉底侵蚀。
上述现有技术中对炉缸内侵蚀诊断一般是基于预埋在炉缸内衬中热电偶测温数据进行传热学计算，实现内衬剩余厚度计算及侵蚀形貌识别。然而，炉底中心经常出现原有预埋热电偶失效或没有预埋热电偶的情况，这类情况统称为无测温热电偶的情况，对于此类情况，上述技术便失去计算条件导致无法进行炉底侵蚀识别。因此，客观上需要进一步研究炉底无测温点时的侵蚀诊断识别方法，填补技术空白。
发明内容
针对现有技术不足，本发明目的是提供一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，解决炉底热电偶失效现象或热电偶测温盲区导致的侵蚀诊断难题，避免烧穿等恶性事故发生，保证高炉安全性和耐久性。
一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，包括如下步骤：
步骤1：利用炉底水冷管的热流量通过拟合得到炉底热流密度分布函数表达式。
步骤1.1：根据热流密度分布的轴对称特征，在炉底平面直角坐标系中建立炉底热流密度分布函数。
步骤1.1：根据热流密度分布的轴对称特征，在炉底平面直角坐标系中建立炉底热流密度分布函数。
所述炉底平面直角坐标系，在炉底平面上以炉缸中心为原点坐标，水平方向为
轴，与之垂直的竖直方向为轴。
所述炉底水冷管有U型直排、单管直排两种形式。
所述炉底热流密度分布函数为：
（2）
其中，为炉底热流密度分布函数；为第个系数，为系数的序号；为项数且，为炉底水冷管根数；为炉底平面直角坐标系中的方向的坐
标，为炉底平面直角坐标系中的方向的坐标。
步骤1.2：根据炉底热流密度分布函数计算炉底单侧水冷管热流量系数；所述
炉底单侧水冷管热流量系数为炉底热流密度函数在冷却面积上的积分。
所述炉底单侧水冷管热流量系数为：
（3）
（5）
其中，为第根炉底水冷管的中心位置的横坐标，为炉底水冷管的序号；
为积分尺寸，当炉底水冷管为U型直排布置时，当炉底水冷管为单管直排布置时，为炉底水冷管排列间距；R为碳砖半径；为炉底水冷管根数；为拟
合系数。
所述拟合系数为：
（9）
步骤1.3：获取炉底水冷管实测水温差，并根据炉底水冷管实测水温差计算炉底水
冷管热流量。
第根炉底水冷管的炉底水冷管热流量计算公式为：
（10）
式中，为水的比热容，为第根炉底水冷管的水流量，为第根炉底
水冷管的实测水温差。
步骤1.4：根据炉底水冷管热流量等于炉底单侧水冷管热流量系数，建立
方程组求解系数。
令=，建立方程组：
（11）
其矩阵形式为：
（12）
式中，为热流量列阵，；为热流密度函数系
数列阵，；为拟合系数矩阵，。
步骤1.5：将系数代入炉底热流密度分布函数，得到炉底热流密度分布函数表
达式。
步骤2：利用对流换热边界置换方法等效计算炉底内衬底面的对流传热系数。
步骤2.1：获取炉底水冷管中水速并根据炉底水冷管中水速计算炉底水冷管内表面的对流传热系数。
所述炉底水冷管内表面的对流传热系数为：
（14）
其中，为炉底水冷管内表面的对流传热系数；为炉底水冷管中的水速。
步骤2.2：根据炉底水冷管内表面的对流传热系数并结合湿周等效原理，确定炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数。
所述炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数为：
（15）
式中，为折算系数，，为炉底水冷管内直径。
步骤2.3：根据炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数，通过逐级
置换计算，得到内衬底面的对流传热系数；高炉的炉底结构包括炉底水冷管下置式和炉底
水冷管上置式。
当炉底结构为炉底水冷管下置式时：
（16）
（17）
（18）
其中，，，分别为捣打料层与炉底封板的交界面的对流传热系数、炉底封
板与碳砖找平层的交界面的对流传热系数、内衬底面的对流传热系数；为捣打料层的材
料导热系数；为炉底封板的材料导热系数；为碳砖找平层的材料导热系数；，，，分别为炉基混凝土层与捣打料层的交界面的标高、捣打料层与炉底封板的交界面的
标高、炉底封板与碳砖找平层的交界面的标高，内衬底面的标高。
当炉底结构为炉底水冷管上置式时：
内衬底面的对流传热系数为：
（19）
步骤3：构造炉底初始侵蚀边界；所述初始侵蚀边界由若干个侵蚀控制点组成。
步骤3.1：确定侵蚀控制点水平方向的坐标。
所述确定侵蚀控制点水平方向的坐标的方法具体为：
在高炉中心线上设定一个侵蚀控制点，并沿炉缸半径设置其余个侵蚀控制
点，侵蚀控制点的数量及位置根据炉缸半径尺寸及计算精度需求确定；侵蚀控制点沿炉缸
半径均匀布置或非均匀布置。
步骤3.2：利用步骤1中的热流密度分布函数表达式求解侵蚀控制点投影至内
衬底面上点的热流密度实测拟合值，其中为侵蚀控制点的序号且。
步骤3.3：利用热流密度实测拟合值与内衬底面的对流传热系数求解各侵
蚀控制点处的内衬厚度。
所述侵蚀控制点处的内衬厚度的计算过程具体为：
设侵蚀控制点投影至炉底碳砖底面上点的温度为：
（20）
为炉底冷却水温度。
计算侵蚀控制点处内衬厚度为：
（21）
式中，为侵蚀控制点的标高；为侵蚀边界与侵蚀控制点在炉底投影
位置间的温度差，，为侵蚀边界的温度。
步骤3.4：根据侵蚀控制点的水平方向坐标及侵蚀控制点处的内衬厚度确定侵蚀控制点的位置，通过样条曲线依次连接侵蚀控制点得到炉底初始侵蚀边界。
步骤4：根据炉底初始侵蚀边界采用炉底侵蚀边界搜索方法计算炉底实际侵蚀边界。
步骤4.1：将侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值作
为核定参数，根据炉底初始侵蚀边界建立初始侵蚀边界有限元模型并仿真其传热过程，得
到初始侵蚀边界中侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值。
步骤4.2：设置单个搜索步长为。
步骤4.3：从初始侵蚀搜索步长距离开始并以单个搜索步长为步进进行搜索，对比
侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值与步骤3.1中得到的侵蚀
控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值，计算相对差。
（22）
步骤4.4：当相对差不属于合理区间时，若热流密度的仿真值小于热流
密度实测拟合值，则对应的侵蚀控制点向上移动一个单个搜索步长并返回步骤4.2
继续进行搜索计算；若热流密度的仿真值大于热流密度实测拟合值，则对应的侵
蚀控制点向下移动一个单个搜索步长并返回步骤4.2继续进行搜索计算；当相对差
均属于合理区间时，停止搜索计算，得到炉底实际侵蚀边界。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
本发明可根据炉底水冷管热流量计算炉底热流密度，利用对流换热边界置换方法等效计算炉底内衬底面对流传热系数，构造炉底初始侵蚀边界及搜索方法，并将热流密度作为核定参数求解炉底实际侵蚀边界及最小剩余厚度，实现无热电偶测温点或测温盲区炉底侵蚀诊断，进而丰富炉底侵蚀诊断方法，可有效维护和管理高炉的正常运行，对延长高炉寿命，提高炉缸安全性和耐久性具有重要意义。
附图说明
图1 为本发明具体实施方式中一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法整体流程图；
图2 为本发明具体实施方式中炉底水冷管U型直排布置示意图；
图3 为本发明具体实施方式中炉底水冷管单管直排布置示意图；
图4 为本发明具体实施方式中炉底水冷管下置式炉底中心部位结构示意图；
图5 为本发明具体实施方式中炉底水冷管上置式炉底中心部位结构示意图；
图6 为本发明具体实施方式中炉底初始侵蚀边界规划示意图；
图7 为本发明具体实施方式中炉底实际侵蚀边界计算结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施方式中某型号高炉炉底碳砖外缘半径=4.2m，炉底碳砖层厚为0.4m，碳
砖找平层导热系数。炉底水冷管布置方式U型上置，即炉底水冷管在封板之
上，共12根，炉底水冷管内直径D=100mm，间距=0.3m，实测内衬底平面与炉底水冷管中
心间的距离为0.248m，实测冷却水流量=2.08kg/s，冷却水流速=1.06m/s，进水温度=30℃，单侧6根炉底水冷管水温差为2.3，2.1，1.9，1.5，1.1，0.6℃。
假定炉缸侧壁侵蚀边界已由冷却壁热流强度求得。
一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：利用炉底水冷管的热流量通过拟合得到炉底热流密度分布函数表达式。
步骤1.1：根据热流密度分布的轴对称特征，在炉底平面直角坐标系中建立炉底热流密度分布函数。
所述炉底平面直角坐标系，在炉底平面上以炉缸中心为原点坐标，水平方向为
轴，与之垂直的竖直方向为轴。
所述炉底水冷管有U型直排、单管直排两种形式。如图2和图3所示，R为碳砖半径，为炉底水冷管排列间距，N为炉底水冷管根数。
所述炉底热流密度分布函数为：
（1）
（2）
其中，为炉底热流密度分布函数；为第个系数，为系数的序号；为项数且，为炉底水冷管根数；为炉底平面直角坐标系中的方向的坐标，为炉底平面直角坐标系中的方向的坐标。
步骤1.2：根据炉底热流密度分布函数计算炉底单侧水冷管热流量系数；所述
炉底单侧水冷管热流量系数为炉底热流密度函数在冷却面积上的积分。
所述炉底单侧水冷管热流量系数为：
（3）
（4）
（5）
其中，为第根炉底水冷管的中心位置的横坐标，为炉底水冷管的序号；
为积分尺寸，当炉底水冷管为U型直排布置时，当炉底水冷管为单管直排布置时，为炉底水冷管排列间距；R为碳砖半径；为炉底水冷管根数；为拟合
系数。
（6）
（7）
（8）
（9）
步骤1.3：获取炉底水冷管实测水温差，并根据炉底水冷管实测水温差计算炉底水
冷管热流量。
第根炉底水冷管的炉底水冷管热流量计算公式为：
（10）
式中，为水的比热容，为第根炉底水冷管的水流量，为第根炉底
水冷管的实测水温差。
步骤1.4：根据炉底水冷管热流量等于炉底单侧水冷管热流量系数，建立
方程组求解系数。
令=，建立方程组：
（11）
其矩阵形式为：
（12）
式中，为热流量列阵，；为热流密度函数
系数列阵，；为拟合系数矩阵，。
当炉底水冷管根数(方程数)与系数的数量相等时，系数有唯一解；当N>M
时，方程组为超定方程，系数有多解，其中有意义的解是最小二乘解，即多元线性回归解；
步骤1.5：将系数代入炉底热流密度分布函数，得到炉底热流密度分布函数表
达式。
本实施方式中按炉底水冷管热流量拟合热流密度分布估计热流密度，取热流密度
拟合函数为3项2次代数多项式，计算结果列入例表1，包括拟合矩阵系数，水温差，
炉底水冷管热流量，拟合计算得到的系数。得到的热流密度分布函数为：
(13)
表1 计算结果
开展上述计算，方程中的各个系数或用二元数值积分或解多元线性方程组，故需要编写计算机程序计算。一般热流密度拟合函数的多项式取3~4项即可满足精度，项数多时端点处可能出现震荡，应对拟合得到的关于半径的热流密度分布函数作检验，以保证自中心向外的单调下降和外端值(碳砖外缘点)非负。
步骤2：利用对流换热边界置换方法等效计算炉底内衬底面的对流传热系数。
炉底结构有炉底水冷管在封板之下(炉底水冷管下置式)和封板之上(炉底水冷管
上置式)两种形式，如图4和图5所示，炉底结构的几何尺寸用标高和(侵
蚀点)标示。图4中炉底水冷管下置式结构的材料导热系数分别为：内衬的材料导热系数、碳砖找平层的材料导热系数、炉底封板的材料导热系数、捣
打料层的材料导热系数；图5中炉底水冷管上置式结构的材料导热系数分别为：内衬的
材料导热系数，、为常数，为温度。
步骤2.1：获取炉底水冷管中水速并根据炉底水冷管中水速计算炉底水冷管内表面的对流传热系数。
所述炉底水冷管内表面的对流传热系数为：
（14）
其中，为炉底水冷管内表面的对流传热系数；为炉底水冷管中的水速。
步骤2.2：根据炉底水冷管内表面的对流传热系数并结合湿周等效原理，确定炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数。
所述炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数为：
（15）
式中，为折算系数，，为炉底水冷管内直径。
步骤2.3：根据炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数，通过逐级
置换计算，得到内衬底面的对流传热系数；高炉的炉底结构包括炉底水冷管下置式和炉底
水冷管上置式。
当炉底结构为炉底水冷管下置式时：
（16）
（17）
（18）
其中，，，分别为捣打料层与炉底封板的交界面的对流传热系数、炉底封
板与碳砖找平层的交界面的对流传热系数、内衬底面的对流传热系数；为捣打料层的材
料导热系数；为炉底封板的材料导热系数；为碳砖找平层的材料导热系数；，，，分别为炉基混凝土层与捣打料层的交界面的标高、捣打料层与炉底封板的交界面的
标高、炉底封板与碳砖找平层的交界面的标高，内衬底面的标高。
当炉底结构为炉底水冷管上置式时：
对于炉底水冷管上置式，自炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数逐次向上作置换计算；
内衬底面的对流传热系数为：
（19）
本实施方式计算得到的炉底内衬底面对流传热系数为32 W/m2K。
步骤3：构造炉底初始侵蚀边界；所述初始侵蚀边界由若干个侵蚀控制点组成。
炉底初始侵蚀边界如图6所示，初始边界由多个侵蚀控制点组成，其中侵蚀控制点0位于高炉中心线上，其余各点的数量及位置可根据炉缸半径尺寸及计算精度需求确定。设炉底半径方向的侵蚀控制点个数为P(侵蚀控制点可沿半径均匀布置也或非均匀布置)。
步骤3.1：确定侵蚀控制点水平方向的坐标。
所述确定侵蚀控制点水平方向的坐标的方法具体为：
在高炉中心线上设定一个侵蚀控制点，并沿炉缸半径设置其余个侵蚀控制
点，侵蚀控制点的数量及位置根据炉缸半径尺寸及计算精度需求确定；侵蚀控制点沿炉缸
半径均匀布置或非均匀布置。
本实施方式中控制点个数P为4个，且控制点沿半径方向均匀分布，其中侵蚀控制
点0位于高炉中心线上，侵蚀控制点1~侵蚀控制点3在轴方向上的坐标分别为：；；，式中，为炉缸内径，为炉缸侧壁内衬面与距离高炉中心最远
侵蚀控制点间的水平距离，取=210mm。
步骤3.2：利用步骤1中的热流密度分布函数表达式求解侵蚀控制点投影至内
衬底面上点的热流密度实测拟合值，其中为侵蚀控制点的序号且。
所述的侵蚀控制点，其中为位于高炉中心线上的侵蚀控制点0，投影至炉
底碳砖底上点的热流密度实测拟合值为。
本实施方式中根据热流密度分布函数计算得到侵蚀控制点投影至内衬底面上点
的热流密度实测拟合值分别为5993.9 W/m2、5614.9 W/m2、4786.8 W/m2、
3509.6 W/m2。
步骤3.3：利用热流密度实测拟合值与内衬底面的对流传热系数求解各侵
蚀控制点处的内衬厚度。
所述侵蚀控制点处的内衬厚度的计算过程具体为：
设侵蚀控制点投影至炉底碳砖底面上点的温度为：
（20）
为炉底冷却水温度。
计算侵蚀控制点处内衬厚度为：
（21）
式中，为侵蚀控制点的标高；为侵蚀边界与侵蚀控制点在炉底投影
位置间的温度差，，为侵蚀边界的温度。把铁水平衡凝固温度1150℃
作为内衬的侵蚀边界温度，内衬中的1150℃等温线或等温面被视为侵蚀终止线或终止面即
内衬侵蚀边界，故取=1150℃。
本实施方式中利用热流密度实测拟合值与内衬底面的对流传热系数求解
各侵蚀控制点对应位置的内衬厚度分别为1188.6mm、1282.3mm、
1454.5mm、1927.194mm，确定控制点位置后通过样条曲线依次连接控制点得到炉底初始侵
蚀边界。
步骤3.4：根据侵蚀控制点的水平方向坐标及侵蚀控制点处的内衬厚度确定侵蚀控制点的位置，通过样条曲线依次连接侵蚀控制点得到炉底初始侵蚀边界。
步骤4：根据炉底初始侵蚀边界采用炉底侵蚀边界搜索方法计算炉底实际侵蚀边界。
步骤4.1：将侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值作
为核定参数，根据炉底初始侵蚀边界建立初始侵蚀边界有限元模型并仿真其传热过程，得
到初始侵蚀边界中侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值。
步骤4.2：设置单个搜索步长为。
本实施方式中初始的单个搜索步长为30mm。
步骤4.3：从初始侵蚀搜索步长距离开始并以单个搜索步长为步进进行搜索，对比
侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值与步骤3.1中得到的侵蚀
控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值，计算相对差。
（22）
步骤4.4：当相对差不属于合理区间时，若热流密度的仿真值小于热流
密度实测拟合值，则对应的侵蚀控制点向上移动一个单个搜索步长并返回步骤4.2
继续进行搜索计算；若热流密度的仿真值大于热流密度实测拟合值，则对应的侵
蚀控制点向下移动一个单个搜索步长并返回步骤4.2继续进行搜索计算；当相对差
均属于合理区间时，停止搜索计算，得到炉底实际侵蚀边界，即满足：
（23）
通常取=1%~2%。
本实施方式中迭代搜索过程如表2所示，完成4步搜索后，均小于1%，满足判定
式，求得图7中的炉底实际侵蚀边界。
表2 炉底实际侵蚀边界迭代搜索过程
以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用炉底水冷管的热流量通过拟合得到炉底热流密度分布函数表达式；
步骤1.1：根据热流密度分布的轴对称特征，在炉底平面直角坐标系中建立炉底热流密度分布函数；所述炉底平面直角坐标系，在炉底平面上以炉缸中心为原点坐标，水平方向为轴，与之垂直的竖直方向为/>轴；所述炉底水冷管有U型直排、单管直排两种形式；
步骤1.2：根据炉底热流密度分布函数计算炉底单侧水冷管热流量系数；所述炉底单侧水冷管热流量系数/>为炉底热流密度函数在冷却面积上的积分；
步骤1.3：获取炉底水冷管实测水温差，并根据炉底水冷管实测水温差计算炉底水冷管热流量；
第根炉底水冷管的炉底水冷管热流量/>计算公式为：
（10）
式中，为水的比热容，/>为第/>根炉底水冷管的水流量，/>为第/>根炉底水冷管的实测水温差；
步骤1.4：根据炉底水冷管热流量等于炉底单侧水冷管热流量系数/>，建立方程组求解系数/>；
令=/>，建立方程组：
（11）
其矩阵形式为：
（12）
式中，为热流量列阵，/>；/>为热流密度函数系数列阵，/>；/>为拟合系数矩阵，/>；
步骤1.5：将系数代入炉底热流密度分布函数，得到炉底热流密度分布函数表达式；
步骤2：利用对流换热边界置换方法等效计算炉底内衬底面的对流传热系数；
步骤3：构造炉底初始侵蚀边界；所述初始侵蚀边界由若干个侵蚀控制点组成；
步骤4：根据炉底初始侵蚀边界采用炉底侵蚀边界搜索方法计算炉底实际侵蚀边界。
2.根据权利要求1所述的一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，步骤1.1中所述炉底热流密度分布函数为：
（2）
其中，为炉底热流密度分布函数；/>为第/>个系数，/>为系数的序号；/>为项数且/>，/>为炉底水冷管根数；/>为炉底平面直角坐标系中的/>方向的坐标，/>为炉底平面直角坐标系中的/>方向的坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，步骤1.2中所述炉底单侧水冷管热流量系数为：
（3）
（5）
其中，为第/>根炉底水冷管的中心位置的横坐标，/>为炉底水冷管的序号；/>为积分尺寸，当炉底水冷管为U型直排布置时/>，当炉底水冷管为单管直排布置时，/>为炉底水冷管排列间距；R为碳砖半径；/>为炉底水冷管根数；/>为拟合系数；
所述拟合系数为：
（9）。
4.根据权利要求1所述的一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，步骤2具体包括：
步骤2.1：获取炉底水冷管中水速并根据炉底水冷管中水速计算炉底水冷管内表面的对流传热系数；
所述炉底水冷管内表面的对流传热系数为：
（14）
其中，为炉底水冷管内表面的对流传热系数；/>为炉底水冷管中的水速；
步骤2.2：根据炉底水冷管内表面的对流传热系数并结合湿周等效原理，确定炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数；
所述炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数为：
（15）
式中，为折算系数，/>，/>为炉底水冷管内直径；
步骤2.3：根据炉基混凝土层与捣打料层的交界面的对流传热系数，通过逐级置换计算，得到内衬底面的对流传热系数；高炉的炉底结构包括炉底水冷管下置式和炉底水冷管上置式；
当炉底结构为炉底水冷管下置式时：
（16）
（17）
（18）
其中，，/>，/>分别为捣打料层与炉底封板的交界面的对流传热系数、炉底封板与碳砖找平层的交界面的对流传热系数、内衬底面的对流传热系数；/>为捣打料层的材料导热系数；/>为炉底封板的材料导热系数；/>为碳砖找平层的材料导热系数；/>，/>，/>，分别为炉基混凝土层与捣打料层的交界面的标高、捣打料层与炉底封板的交界面的标高、炉底封板与碳砖找平层的交界面的标高，内衬底面的标高；
当炉底结构为炉底水冷管上置式时：
内衬底面的对流传热系数为：
（19）。
5.根据权利要求1所述的一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，步骤3具体包括：
步骤3.1：确定侵蚀控制点水平方向的坐标；
所述确定侵蚀控制点水平方向的坐标的方法具体为：
在高炉中心线上设定一个侵蚀控制点，并沿炉缸半径设置其余个侵蚀控制点，侵蚀控制点的数量及位置根据炉缸半径尺寸及计算精度需求确定；侵蚀控制点沿炉缸半径均匀布置或非均匀布置；
步骤3.2：利用步骤1中的热流密度分布函数表达式求解侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值/>，其中/>为侵蚀控制点的序号且/>；
步骤3.3：利用热流密度实测拟合值与内衬底面的对流传热系数/>求解各侵蚀控制点处的内衬厚度/>；
所述侵蚀控制点处的内衬厚度的计算过程具体为：
设侵蚀控制点投影至炉底碳砖底面上点的温度为/>：
（20）
为炉底冷却水温度；
计算侵蚀控制点处内衬厚度/>为：
（21）
式中，为侵蚀控制点/>的标高；/>为侵蚀边界与侵蚀控制点在炉底投影位置间的温度差，/>，/>为侵蚀边界的温度；/>为碳砖找平层的材料导热系数；/>为内衬底面的标高；
步骤3.4：根据侵蚀控制点的水平方向坐标及侵蚀控制点处的内衬厚度确定侵蚀控制点的位置，通过样条曲线依次连接侵蚀控制点得到炉底初始侵蚀边界。
6.根据权利要求1所述的一种基于水冷管水温差的高炉炉底内衬侵蚀形貌识别方法，其特征在于，步骤4具体包括：
步骤4.1：将侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值/>作为核定参数，根据炉底初始侵蚀边界建立初始侵蚀边界有限元模型并仿真其传热过程，得到初始侵蚀边界中侵蚀控制点/>投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值/>；
步骤4.2：设置单个搜索步长为；
步骤4.3：从初始侵蚀搜索步长距离开始并以单个搜索步长为步进进行搜索，对比侵蚀控制点投影至内衬底面上点的热流密度的仿真值/>与步骤3.1中得到的侵蚀控制点/>投影至内衬底面上点的热流密度实测拟合值/>，计算相对差/>；
（22）
步骤4.4：当相对差不属于合理区间/>时，若热流密度的仿真值/>小于热流密度实测拟合值/>，则对应的侵蚀控制点向上移动一个单个搜索步长/>并返回步骤4.2继续进行搜索计算；若热流密度的仿真值/>大于热流密度实测拟合值/>，则对应的侵蚀控制点向下移动一个单个搜索步长/>并返回步骤4.2继续进行搜索计算；当相对差/>均属于合理区间/>时，停止搜索计算，得到炉底实际侵蚀边界。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| CN117540583B CN117540583B (zh) | 2024-03-22 |
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| CN (1) | CN117540583B (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN101812559A (zh) * | 2009-12-28 | 2010-08-25 | 中冶南方工程技术有限公司 | 高炉炉衬侵蚀分析监控方法 |
| CN106868242A (zh) * | 2017-02-22 | 2017-06-20 | 北京科技大学 | 一种基于炉壳测温来监测炉缸侵蚀状况的智能监测系统 |
| CN115386669A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-25 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 一种建立高炉三重炉底炉缸结构的方法 |
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- 2024-01-09 CN CN202410030374.1A patent/CN117540583B/zh active Active
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