一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，把炉墙碳砖传热系数及炉墙与冷却系统的热交换系数当作优化变量，炉墙内测温点计算温度与热电偶实际测量温度之差的总和作为极小化目标，综合利用热电偶测温数据，固体传热计算模型和非线性优化方法对目标函数进行优化。同时获得炉墙碳砖传热系数及炉墙与冷却系统的热交换系数，进而计算不同位置处冷却单元的热量交换率，对各冷却板的传热效率进行评估。通过对热电偶一系列的历史测温数据进行计算分析，可得出不同时期炉缸侵蚀状况及实际操作炉型。通过对不同部位冷却单元传热果的检测，操作人员可及时修复低效冷却单元。本发明专利技术有助于指导高炉设计与操作，延长高炉使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法
本专利技术涉及锂电池化成技术，更具体地是指一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法。
技术介绍
炉缸侵蚀是制约高炉长寿的最关键因素。精准判别炉缸剩余厚度，寻找冷却系统的薄弱环节，是提高高炉一代炉龄的重要手段。寻找出炉缸冷却系统的薄弱环节，有助于高炉操作者及时进行相应的处理，以延长高炉使用寿命。精准判别炉缸剩余厚度，对已运行多年的高炉尤为重要。如果过于低估了炉缸剩余厚度，导致过早大修，则不必要的缩短了高炉一代炉龄。反之,过于高估了炉缸剩余厚度，导致高炉在危险状态下运行，如引发设备事故，导致炉缸烧穿等严重后果。目前对炉缸剩余厚度，尚无有效的直接测量方法，只能通过间接测量方法实现。间接测量的主要方式，是在炉墙内预先埋设热电偶。通过热电偶的测温数据，反算炉缸剩余厚度。例如专利公开号为CN101457268A，属于这一类。间接测量的另一种方式，是通过对流经冷却元件的冷却水温度和流量进行测量，并结合相应的数学模型计算分析实现的。第三种间接测量方式，是专利公开号CN106868242A所提出的基于对炉壳温度的测量和炉墙内温度场计算来实现的。无论何种间接测量方式，都离不开对炉墙内部温度场的数值求解。这就需要给出场内各点的传热系数。现行做法是，假定炉墙场内各点的传热系数是均匀分布，或分区均匀分布。但是，由于炉墙由多种不同材料，粘接剂，冷却设备等组成。即使是同一种材料做成的碳砖，其传热系数也有较大的差异。例如，某钢铁企业的某高炉所用高导热碳砖，其最大/最小传热系数分别为84.9和57.9焦耳/(平方米*秒)。因此，无论是均匀分布，或是分区均匀的假定，都不可避免地会给炉墙内温度场的计算带来误差，从而降低炉缸剩余厚度预测结果的可靠性。另外，在同类专利技术中，其传热模型均不能对各冷却效率进行评估，因而无法判别冷却单元与炉体间可能存在的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述缺陷，提供一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，既能简化锂电池化成工序，又能解决夹具加热加压方法时硬接触及压力不均匀引起的一系列各种问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，包括以下步骤：A.建立热电偶测温历史数据的数据库；B.建立基于有限体积法的炉墙内温度场计算模型及边界条件；C.采用有限体积法对传热数学模型进行离散化，建立计算网格自动生成模块及传热模型；D.建立非线性优化模型，以场内选定节点的传热系数，炉壁及炉墙与炉缸铁水的内界面为优化变量，电偶测温点的计算温度与实测温度之差的总和为极小化目标，建立相应的目标函数；E.以电偶测温数据为基准，结合炉壁及炉底温度场计算，对目标函数进行极小化，从而得到场内传热系数分布和冷却单元的热交换系数；F.通过对炉墙传热方程的数值求解获得墙内各点温度分布；G.根据墙内各点温度定义炉墙状态参数；H.对应不同测温历史记录对非线性优化模型进行求解，可获得各时期炉缸不同位置剩余厚度及固态凝铁区厚度，场内传热系数，温度分布，各冷却单元热交换系数。在步骤A中，所述的数据库还包括炉缸设计炉型、炉墙碳砖平均传热系数、固态及液态铁的传热系数、热电偶位置坐标。在步骤C中，所述的计算网格自动生成模块包括二维切片模式或三维模式。在步骤C中，所述的传热模型为：▽(k▽T)＝0k＝f(x,y,z)式中：k为计算域内各点传热系数；T为场内各点的温度值；x,y,z为空间点的直角坐标。在步骤D中，所述的电偶测温点的计算温度与实测温度之差的总和计算公式为：式中，N为计算区域内深电偶个数；Ti,Tci分别为电偶所在位置的计算温度及电偶实测温度。在步骤F中，所述的炉墙状态参数定义为：T＜1150℃为碳砖区或凝铁区，1150≤T≤1450℃为熔融区，T≥1450℃为铁水区。在步骤G中，还能够获得场内传热系数、温度分布、各冷却单元热交换系数。根据获得的冷却单元的热交换系数和温度场，计算各冷却单元的单位时间和单位面积的热量交换，并以此对各冷却设备的换热效率进行评估。在本专利技术的上述技术方案中，采用本专利技术具有以下几个优点：1、把炉墙碳砖传热系数及炉墙与冷却系统的热交换系数当作优化变量，炉墙内测温点计算温度与热电偶实际测量温度之差的总和作为极小化目标，综合利用热电偶测温数据，固体传热计算模型和非线性优化方法对目标函数进行优化。2、同时获得炉墙碳砖传热系数及炉墙与冷却系统的热交换系数，进而计算不同位置处冷却单元的热量交换率，对各冷却板的传热效率进行评估。3、通过对热电偶一系列的历史测温数据进行计算分析，可得出不同时期炉缸侵蚀状况及实际操作炉型。4、通过对不同部位冷却单元传热果的检测，操作人员可及时修复低效冷却单元。本专利技术有助于指导高炉设计与操作，延长高炉使用寿命。附图说明图1是本专利技术的高炉炉缸侵蚀状况的检测方法的流程图；图2是本专利技术的侧壁炉墙及炉底温度场计算边界条件的原理图；图3是本专利技术的自动生成的计算个网格的示意图；图4是本专利技术的初始状态下炉墙及炉底平均传热系数的示意图；图5是本专利技术的通过优化计算获得的炉墙及炉底传热系数的示意图；图6是本专利技术的通过优化计算获得的炉墙及炉底某一测温日期的温度分布(K)的示意图；图7是本专利技术的通过优化计算获得的炉墙及炉底某一测温日期的状态分布的示意图；图8是本专利技术的温度计算总误差随优化迭代次数的变化曲线图；图9是本专利技术的温度计算相对总误差随优化迭代次数的变化曲线图；图10是本专利技术的通过优化计算获得的炉缸侧壁热流量的曲线图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术的高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，基于炉墙内热电偶测温历史数据，非线性优化，炉墙内温度场数值计算的方法，用于确定当前炉墙内各部位的剩余厚度，并对不同部位冷却设备的冷却效率进行评估。本专利技术的核心内容为：1)摒弃了均匀或分区均匀传热系数的假定，认为传热系数不仅随空间变化，而且在同一空间点，不同测温日期，传热系数也是不同的。2)由于凝铁层及气隙等的形成和温度的变化的不确定性，炉墙内各点的传热系数不能简单的表达为温度的已知函数，本专利技术将其视为未知量。其数值通过使温度场计算的误差函数(以下式4)取极小值的方法获得。这种处理方法使计算模型更加切合实际，提高了预测精度和可靠行。3)提出了通过冷却单元与炉体热交换系数的计算，对不同部位冷却设备的冷却效率进行评估的方法，有助于高炉操作人员对低传热效率的冷却单元及时作出应对措施。4)将炉壁及炉墙与炉缸铁水的内界面当作未知量，和热传导系数一起，通过使误差函数取极小值的方法获得。5)采用非线性优化方法对误差函数极小化，提高了算法的稳定性和可靠性。具体步骤如下：针对本专利技术所应用的高炉，建立数据库。数据库的内容包括：炉缸设计炉型，炉墙碳砖平均传热系数，固态及液态铁的传热系数，热电偶位置坐标，热电偶测温历史数据。计算网格自动生成模块，本专利技术分两种模式：二维切片模式和三维模式。针对两种模式，建立了网格自动生成软件。二维切片模式根据热电偶的分布状况将分割成多个二维计算及检测域。各区域的分析是相互独立的。最后的结果采用样条插值方式构建成三维图像。三维模式直接对三维几何形状进行网格划分，并在三维计算域内求解传热模型。其精度较高，但计算量也较大。由于本专利技术中，场内传热系数通过对传热方程的“反问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：A.建立热电偶测温历史数据的数据库；B.建立基于有限体积法的炉墙内温度场计算模型及边界条件；C.采用有限体积法对传热数学模型进行离散化，建立计算网格自动生成模块及传热模型；D.建立非线性优化模型，以场内选定节点的传热系数，炉壁及炉墙与炉缸铁水的内界面为优化变量，电偶测温点的计算温度与实测温度之差的总和为极小化目标，建立相应的目标函数；E.以电偶测温数据为基准，结合炉壁及炉底温度场计算，对目标函数进行极小化，从而得到场内传热系数分布和冷却单元的热交换系数；F.通过对炉墙传热方程的数值求解获得墙内各点温度分布；G.根据墙内各点温度定义炉墙状态参数；H.对应不同测温历史记录对非线性优化模型进行求解，可获得各时期炉缸不同位置剩余厚度及固态凝铁区厚度，场内传热系数，温度分布，各冷却单元热交换系数。

【技术特征摘要】
1.一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：A.建立热电偶测温历史数据的数据库；B.建立基于有限体积法的炉墙内温度场计算模型及边界条件；C.采用有限体积法对传热数学模型进行离散化，建立计算网格自动生成模块及传热模型；D.建立非线性优化模型，以场内选定节点的传热系数，炉壁及炉墙与炉缸铁水的内界面为优化变量，电偶测温点的计算温度与实测温度之差的总和为极小化目标，建立相应的目标函数；E.以电偶测温数据为基准，结合炉壁及炉底温度场计算，对目标函数进行极小化，从而得到场内传热系数分布和冷却单元的热交换系数；F.通过对炉墙传热方程的数值求解获得墙内各点温度分布；G.根据墙内各点温度定义炉墙状态参数；H.对应不同测温历史记录对非线性优化模型进行求解，可获得各时期炉缸不同位置剩余厚度及固态凝铁区厚度，场内传热系数，温度分布，各冷却单元热交换系数。2.如权利要求1所述的一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，其特征在于：在步骤A中，所述的数据库还包括炉缸设计炉型、炉墙碳砖平均传热系数、固态及液态铁的传热系数、热电偶位置坐标。3.如权利要求1所述的一种高炉炉缸侵蚀状况的检测方法，其特征在于：在步骤C中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建波，毛晓明，王训富，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31