一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统，采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，对所采集的温度数据进行数据清洗和数据补全的预处理，利用预处理后的温度数据，在炉壁横截面采用周期三次样条插值，在炉壁自下到上的轴向上采用自然三次样条插值建立炉壁内侧耐火砖中心和外侧冷却壁中心这两个面上的温度分布模型，最后在内侧耐火砖中心和外侧冷却壁中心这两个面之间采用线性插值建立整个高炉炉壁的三维温度场分布模型，并采用OpenGL实时显示高炉炉壁的温度分布状态。本发明专利技术有效地解决了高炉炉壁温度监测中的测温点数据存在异常、各测温点数据相互孤立、整体温度分布不直观的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统
本专利技术涉及高炉冶金过程中的高炉温度检测领域，特别是一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监测系统。
技术介绍
钢铁作为我国国民经济和国防军工发展的重要基础原料和战略物资，已广泛应用于机械、电子、建材、交通、航天、航空、国防军工等各个行业，在国民经济发展中具有十分重要的地位。高炉是钢铁生产的关键设备，内部发生着复杂的冶金反应，高炉炉壁对维持合适的反应条件至关重要。高炉炉壁是高炉本体的主要结构，炉壁既要承受炉内固体原料和气体对炉壁的压力冲击，又要隔热、耐用、耐高温。对高炉炉壁温度分布的研究一方面能及时了解高炉炉壁的受腐蚀情况，另一方面也能通过炉壁的温度分布间接地了解高炉内的炉料下降情况以及炉壁附近的煤气流变化情况。因此，选取合适的方式监控生产现场温度场的情况是有必要的。目前对高炉炉壁温度的检测方法一般采用热电偶测温法，通过在炉壁的耐火砖和冷却壁上面安装一定数量的热电偶来获得炉壁温度分布情况。随着高炉长时间在恶劣的工作环境中运行，炉壁上面的部分测温热电偶容易出现故障。而这些出现故障的测温点往往不能更换，导致获取的有效温度数据减少。高炉炉壁上的热传导应该是一个连续的过程，因此炉壁上各个测温点之间应该存在一定的信息关联度。而目前的高炉炉壁温度检测只对单独的测温点进行监控和数据处理，忽略了信息之间的关联。通过对炉壁上独立测温点温度数据的监控，只能知道这些点的温度变化情况，无法直观的了解整个炉壁的温度分布情况，也就无法对整个高炉炉壁的腐蚀情况做出判断，更无法通过这些零散的信息推测高炉内部的反应情况。因此，建立完整的炉壁三维温度场分布模型是有必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统，有效地解决高炉炉壁温度监测中的测温点数据存在异常、各测温点数据相互孤立、整体温度分布不直观的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种高炉炉壁三维温度场重建方法，该方法为:I)采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，其中所述测温点是指内测温点或内测温点对应位置上的外测温点，所述内测温点处于炉壁耐火砖中心，所述外测温点处于炉壁外侧的冷却壁上；2)以高炉炉底中心为原点，高炉中心轴线为Z轴，结合高炉的结构建立柱坐标系，则高炉炉壁上各测温点的温度与位置关系为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高炉炉壁三维温度场重建方法，其特征在于，该方法为：1）采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，其中所述测温点是指位于高炉炉壁内侧耐火砖中心的内测温点和位于高炉炉壁外侧冷却壁中心的外测温点；2）以高炉炉底中心为原点，高炉中心轴线为Z轴，结合高炉的结构建立柱坐标系，则高炉炉壁上各测温点的温度与位置关系为：T(h,r,θ)=T′?hmin≤h≤hmax,rin≤r≤rout,0≤θ≤2π；其中，hmax和hmin分别表示高炉炉喉到炉底之间最上面的测温点距离地面的高度和最下面的测温点距离的地面高度；h代表高炉炉喉到炉底之间最上面的测温点和最下面的测温点之间的测温点距离地面的高度；rin表示处于耐火砖中心的测温装置距离高炉中心轴线的距离；rout表示处于外侧冷却壁中心的测温装置距离高炉中心轴线的距离；r表示测温点到高炉中心轴线的距离；θ表示高炉炉壁上测温点以高炉中心轴线为圆心偏离正东方向的角度；T(h,r,θ)=T′表示测温点在位置(h,r,θ)的温度为T′；3）根据专家经验确定高炉炉壁各区域的温度最大值Tmax(h,r,θ)和温度最小值Tmin(h,r,θ)：Tmax(h,r,θ)=T1h0≤h<h1,r0≤r<r1,θ0≤θ<θ1T2h1≤h<h2,r1≤r<r2,θ1≤θ<θ2······Tnhn-1≤h<hn,rn-1≤r<rn,θn-1≤θ<θn;Tmin(h,r,θ)=T1′h0≤h<h1,r0≤r<r1,θ0≤θ<θ1T2′h1≤h<h2,r1≤r<r2,θ1≤θ<θ2······Tn′hn-1≤h<hn,rn-1≤r<rn,θn-1≤θ<θn;其中，h1…hn表示高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面的测温点之间的各测温点距离地面的高度；r1…rn表示高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面的测温点之间的各测温点到高炉中心轴线的距离；θ1…θn高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面 的各测温点以高炉中心轴线为圆心偏离正东方向的角度；T1…Tn分别为高炉炉壁各区域段的最大温度；分别为高炉炉壁各区域段的最小温度；4）对采集到的各测温点的温度数据进行专家经验判断，若某一测温点温度数据连续5天以上未处于该测温点对应的温度最小值Tmin(h,r,θ)和温度最大值Tmax(h,r,θ)之间，便认为该测温点的测温装置出现故障，剔除该测温点及该测温点的温度数据；同时采用拉伊达法则处理所有测温点的温度数据，以剔除由偶然误差导致的异常数据，具体过程为：若某一测温点的温度数据Xd满足下式：则剔除该测温点的温度数据；其中，为该测温点10分钟到20分钟内温度数据的算术平均值；σ为该测温点10分钟到20分钟内温度数据的标准偏差；5）对采用专家经验判断处理后的温度数据进行补全：选取与被剔除的测温点A邻近的测温点组的有效温度数据，所述测温点组是指内测温点和内测温点对应位置上的外测温点，有效温度数据是指没有被剔除的温度数据，计算与所述测温点A邻近的第i组测温点的温度数据的偏差△Ti，若所述测温点A为内测温点，则所述测温点A的温度数据T(hA,rin,θA)补全公式如下：若所述测温点A为外测温点，则所述测温点A的温度数据T(hA,rin,θA)补全公式如下：其中，为与所述测温点A对应的内测温点或外测温点的温度，n为与所述测温点A邻近的测温点组的个数；对采用拉伊达法则处理后的温度数据进行补全：计算剔除了温度数据后的10分钟内温度数据的算术平均值和标准偏差σ，用和σ的和代替剔除的温度数据；补全后，得到预处理后的温度数据；6）利用预处理后的温度数据，采用周期三次样条函数对不同轴向高度的高炉炉壁横截面周向温度分布进行插值，得...

【技术特征摘要】
1.一种高炉炉壁三维温度场重建方法，其特征在于，该方法为: 1)采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，其中所述测温点是指位于高炉炉壁内侧耐火砖中心的内测温点和位于高炉炉壁外侧冷却壁中心的外测温点； 2)以高炉炉底中心为原点，高炉中心轴线为Z轴，结合高炉的结构建立柱坐标系，则高炉炉壁上各测温点的温度与位置关系为: 2.一种高炉炉壁三维温度场计算机监控系统，其特征在于，该系统包括: 数据采集模块，用于采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，其中所述测温点是指内测温点或内测温点对应位置上的外测温点，所述内测温点处于炉壁耐火砖中心，所述外测温点处于炉壁外侧的冷却壁上； 数据存储控制模块，用于将数据采集模块采集的温度数据通过OPC协议存储到工控机上的SQL Server数据库中，并负责管理SQL Server数据库中的温度数据； 数据清洗模块，用于对数据采集模块采集的温度数据执行基于专家经验的异常数据剔除和基于拉伊达法则的异常数据剔除；...

【专利技术属性】
技术研发人员：安剑奇，彭凯，曹卫华，吴敏，何勇，杜楠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：