一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，包括如下步骤：将高炉几何体在空间上进行划分，并设定边界条件和界面作为划分的各部分之间的初始化条件，其中，高炉几何体在空间划分的部分包括炉顶、本体、回旋区和炉缸；然后对高炉不同部分进行仿真模拟，再进行耦合集成为可描述整个高炉炼铁的数字化系统，解决了全高炉炼铁过程难以通过数字化手段进行描述、难以可视化问题，实现了从控制的角度对高炉进行建模。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法
本专利技术涉及钢铁冶金
，具体涉及一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法。
技术介绍
高炉炼铁过程十分复杂，存在气(热风、煤气)-固(炉料)-粉(喷吹燃料)-液(渣铁)的多相流动、传质传热以及化学等现象并伴随着高温高压等危险操作条件，无法利用实验和测量手段对高炉内部状态进行数字化描述和可视化，因此高炉长期以来被作为″黑匣子″严重依赖现场工作人员经验操作。此外，高炉内部在时间和空间尺度上存在着很大的不连续性，因此，传统的利用基于单一尺度(主要是宏观尺度的计算流体力学方法和微观尺度的离散单元法)的计算机仿真模拟手段难以普适性的应用于全高炉炼铁过程。目前所开发的基于计算机仿真模拟的高炉模型都是针对高炉局部所建立的，不能从过程控制的角度实现高炉炼铁过程的数字化和可视化。目前专利201610110775.3，201910648452.3，201710804565.9，201710804564.4，201210123530.6，201710240585.8，201610390270.7无法从控制角度实现对对高炉内部状态的描述，也无法实现整个高炉内部状态的数字化、可视化。为此，结合上述情况，钢铁生产，特别是高炉的生产，亟需一种可以从程控制的角度实现高炉炼铁过程的数字化和可视化的仿真系统。
技术实现思路
为了从控制角度实现对对高炉内部状态的描述，实现整个高炉内部状态的数字化、可视化，本专利技术提供一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法。r>本专利技术的技术方案是：本专利技术技术方案提供一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，包括如下步骤：步骤1：将高炉几何体在空间上进行划分，并设定边界条件和界面作为划分的各部分之间的初始化条件，其中，高炉几何体在空间划分的部分包括炉顶、本体、回旋区和炉缸；步骤2：针对本体的连续特性，利用设定的界面条件，采用计算机仿真模拟的方法对高炉的本体内的状态进行仿真模拟并输出结果；步骤3：针对炉顶以及回旋区的离散特性，分别利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法分别对炉顶以及回旋区的多相流动进行仿真模拟并输出结果；步骤4：针对回旋区的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果和步骤3中回旋区仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对回旋区内的状态进行仿真模拟并输出结果；步骤5：针对炉缸的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对高炉炉缸内的状态进行仿真模拟并输出结果；步骤6：采用步骤3、步骤4、步骤5的部分结果，分别更新各部分的边界条件并根据更新的边界条件重复对各部分进行仿真模拟直至所划分高炉的上述各部分之间的界面随迭代计算的变化程度小于设定的阈值范围，输出仿真结果。优选地，步骤1中，所述高炉几何体包括旋转溜槽和高炉冷却壁以及炉缸底部以内部分；设定的边界条件包括炉料加入旋转溜槽入口处的信息、从风口处吹入的热风的信息、喷吹燃料的信息、冷却壁的导热系数、炉缸底部的导热系数、环境的温度、冷却水温度；设定的界面分别存在于炉顶与本体之间的料面，本体与回旋区之间的回旋区边界，本体与炉缸之间的出铁口。优选地，炉料加入旋转溜槽入口处的信息包括尺寸、温度、成分、密度；从风口处吹入的热风的信息包括成分、温度、速度、压力；喷吹燃料的信息包括尺寸、温度、成分、密度。优选地，步骤2中，本体内的状态包括本体内的多相流动、传质传热以及化学反应；其中，本体的多相流动包括煤气、炉料、渣铁的流动；采用计算机仿真模拟的方法为计算流体力学方法。优选地，步骤3中具体包括：步骤3-1：针对炉顶的离散特性，利用步骤2中本体仿真产生的煤气在高炉料面处的速度、温度、压力、成分，采用耦合的计算流体力学方法和离散单元法对炉顶的多相流动进行仿真模拟并输出结果；其中，炉顶的多相流动包括煤气与固体炉料的流动；步骤3-2：针对回旋区的离散特性，利用步骤2中本体仿真产生的回旋区边界处炉料的尺寸、温度、密度、成分，采用耦合的计算流体力学方法和离散单元法对回旋区的多相流动进行仿真模拟并输出结果；其中，回旋区的多相流动包括热风与炉料的流动。优选地，步骤4具体包括：针对回旋区的连续特性，利用回旋区边界处的尺寸、炉料孔隙度和回旋区边界处炉料的尺寸、温度、密度、成分，采用计算流体力学方法对回旋区内的多相流动、传质传热、化学反应进行仿真模拟并输出结果；其中，回旋区内的多相流动包括气体煤气、热风、炉料以及粉体喷吹燃料的流动。优选地，步骤5具体包括：针对炉缸的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的出铁口处渣铁及煤气的温度、速度、成分、密度，采用计算流体力学方法对高炉炉缸内的多相流动、传质传热和化学反应进行仿真模拟并输出结果；其中，炉缸内的多相流动包括煤气、死焦层以及渣铁的流动。优选地，所述的步骤6的具体步骤包括：步骤6-1：采用步骤3、步骤4、步骤5的部分结果，更新步骤2的边界条件并根据更新的边界条件使用计算流体力学方法再次对本体内的状态进行仿真模拟；步骤6-2：采用步骤6-1产生的结果更新步骤3至步骤5边界条件，并重新依次运行步骤3至步骤5；步骤6-3：重复上述步骤6-1和步骤6-2直至所划分高炉各部分之间的界面随迭代计算的变化程度小于设定的阈值范围，输出仿真结果。优选地，步骤6-1中，步骤3中产生的部分结果包括料面处炉料的温度、尺寸、成分、密度以及回旋区边界的尺寸、孔隙度；步骤4中产生的部分结果包括回旋区边界处煤气的、温度、成分、速度、压力；步骤5中产生的部分结果包括出铁口处渣铁的压力。优选地，步骤6-2具体包括：料面处煤气的速度、温度、压力，成分更新步骤3-1中的边界条件；回旋区边界处炉料的尺寸、温度、密度、成分更新步骤3-2和步骤4中的边界条件；出铁口处渣铁和煤气的温度、速度、成分、密度更新步骤5中的边界条件。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：通过对高炉几何体进行科学合理的划分，并且采用多尺度的手段针对性的对高炉各部分进行仿真模拟，再集成为可描述整个高炉炼铁的数字化系统，解决了全高炉炼铁过程难以从过程控制的角度近数字化描述和可视化的问题。此外，本专利技术设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，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是本专利技术实施例提供的高炉的示意图；图2是本专利技术实施例提供的炉顶的示意图；图3是本专利技术实施例提供的本体示意图；图4是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：将高炉几何体在空间上进行划分，并设定边界条件和界面作为划分的各部分之间的初始化条件，其中，高炉几何体在空间划分的部分包括炉顶、本体、回旋区和炉缸；/n步骤2：针对本体的连续特性，利用设定的界面条件，采用计算机仿真模拟的方法对高炉的本体内的状态进行仿真模拟并输出结果；/n步骤3：针对炉顶以及回旋区的离散特性，分别利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法分别对炉顶以及回旋区的多相流动进行仿真模拟并输出结果；/n步骤4：针对回旋区的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果和步骤3中回旋区仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对回旋区内的状态进行仿真模拟并输出结果；/n步骤5：针对炉缸的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对高炉炉缸内的状态进行仿真模拟并输出结果；/n步骤6：采用步骤3、步骤4、步骤5的部分结果，分别更新各部分的边界条件并根据更新的边界条件重复对各部分进行仿真模拟直至所划分高炉的上述各部分之间的界面随迭代计算的变化程度小于设定的阈值范围，输出仿真结果。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将高炉几何体在空间上进行划分，并设定边界条件和界面作为划分的各部分之间的初始化条件，其中，高炉几何体在空间划分的部分包括炉顶、本体、回旋区和炉缸；
步骤2：针对本体的连续特性，利用设定的界面条件，采用计算机仿真模拟的方法对高炉的本体内的状态进行仿真模拟并输出结果；
步骤3：针对炉顶以及回旋区的离散特性，分别利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法分别对炉顶以及回旋区的多相流动进行仿真模拟并输出结果；
步骤4：针对回旋区的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果和步骤3中回旋区仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对回旋区内的状态进行仿真模拟并输出结果；
步骤5：针对炉缸的连续特性，利用步骤2中本体仿真产生的部分结果，采用计算机仿真模拟的方法对高炉炉缸内的状态进行仿真模拟并输出结果；
步骤6：采用步骤3、步骤4、步骤5的部分结果，分别更新各部分的边界条件并根据更新的边界条件重复对各部分进行仿真模拟直至所划分高炉的上述各部分之间的界面随迭代计算的变化程度小于设定的阈值范围，输出仿真结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于，步骤1中，所述高炉几何体包括旋转溜槽和高炉冷却壁以及炉缸底部以内部分；
设定的边界条件包括炉料加入旋转溜槽入口处的信息、从风口处吹入的热风的信息、喷吹燃料的信息、冷却壁的导热系数、炉缸底部的导热系数、环境的温度、冷却水温度；
设定的界面分别存在于炉顶与本体之间的料面，本体与回旋区之间的回旋区边界，本体与炉缸之间的出铁口。


3.根据权利要求2所述的一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于炉料加入旋转溜槽入口处的信息包括尺寸、温度、成分、密度；
从风口处吹入的热风的信息包括成分、温度、速度、压力；
喷吹燃料的信息包括尺寸、温度、成分、密度。


4.根据权利要求1所述的一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于，步骤2中，本体内的状态包括本体内的多相流动、传质传热以及化学反应；其中，本体的多相流动包括煤气、炉料、渣铁的流动；
采用计算机仿真模拟的方法为计算流体力学方法。


5.根据权利要求1所述的一种基于计算机仿真的高炉数字化系统实现方法，其特征在于，步骤3中具体包括：
步骤3-1：针对炉顶的离散特性，利用步骤2中本体仿真产生的煤气在高炉的料面处的速度、温度、压力、成分，采用耦合的计算流体力学方法和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝阳，王成镇，栾吉益，曾晖，周平，何毅，刘成宝，许荣昌，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37