高炉炉缸内衬侵蚀计算软件系统技术研究与开发

论文摘要

高炉是炼铁的重大设备,其建设维修费用巨大。高炉长寿对提高企业的经济效益具有重大意义,尽可能延长高炉寿命是各国高炉工作者不懈追求的目标。高炉服役后,高炉炉缸炉底内衬的侵蚀状态是决定高炉寿命的主要因素,实时监测炉缸炉底侵蚀状态对高炉安全生产具有实际指导意义。本文在总结高炉炉缸内衬侵蚀状态分析技术的计算方法、计算流程的基础上,重点对侵蚀分析技术的在线分析操作系统、侵蚀分析数据结果的可视化显示等方面进行技术研究和技术开发,并完成了实际服役高炉的侵蚀技术软件系统的开发工作。1.基于VC++平台搭建了炉缸内衬侵蚀状态分析系统的总体架构,并完成系统的功能设计及逻辑处理。该系统通过有限元方法对炉缸内衬进行侵蚀分析,并将计算结果做可视化处理,直观显示炉缸侧壁侵蚀形貌及相关数据。2.研究了基于有限元计算的温度场可视化处理方法,在侵蚀分析得到温度节点数据的基础上,通过构造温度离散点集的Delaunay三角网来进行离散单元的等值细分处理,最终实现了炉缸内衬侵蚀截面的温度场云图可视化。3.针对目前炉缸内衬侵蚀曲面重构研究较少的情况,在研究相关理论的基础上构建了基于蒙皮造型技术的炉缸内衬侵蚀三维曲面重构方法。依据参数化曲面性质及工业产品几何定义的国际标准,构造了基于NURBS的内衬侵蚀曲面重构过程及关键算法。最后,结合炉缸模型数据及内衬侵蚀厚度利用蒙皮造型技术在OpenGL环境下实现了炉缸内衬侵蚀曲面及剖面的三维可视化。上述研究结果已成功应用于莱钢集团型钢1号1880高炉炉缸内衬侵蚀状态分析和系统开发,并形成了专用系统,为在该高炉运行中及时掌握炉缸内衬工作状态提供了手段和技术工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外大型高炉长寿状况
• 1.2.2 国内大型高炉长寿现状
• 1.2.3 影响高炉长寿的主要因素
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 炉缸内衬侵蚀模型的建立与求解
• 2.1 传热基本方程
• 2.2 一维法计算内衬余厚
• 2.2.1 两点测温法计算
• 2.2.2 一点测温加热流量计算
• 2.2.3 热流量加冷却条件计算
• 2.3 二维有限单元法计算内衬侵蚀
• 2.3.1 单元温度平衡方程
• 2.3.2 整体平衡分析列式
• 2.3.3 边界温度载荷条件处理
• 2.3.4 二维逆解原理及流程
• 2.4 本章小结
• 第3章 炉缸截面温度场可视化
• 3.1 科学计算可视化
• 3.1.1 科学计算可视化概述
• 3.1.2 可视化在有限元分析中的应用
• 3.1.3 温度场可视化处理流程
• 3.2 离散点三角剖分
• 3.2.1 Delaunay三角网
• 3.2.2 Delaunay三角剖分算法
• 3.2.3 算法实现及数据结构
• 3.3 有限单元等值图生成
• 3.3.1 离散单元插值细分
• 3.3.2 等值线追踪
• 3.3.3 温度云图绘制
• 3.4 本章小结
• 第4章 炉缸内衬侵蚀曲面重构技术
• 4.1 曲线曲面创建方法
• 4.1.1 Bezier曲线曲面
• 4.1.2 B-spline曲线曲面
• 4.1.3 NURBS曲线曲面
• 4.2 NURBS曲线插值
• 4.2.1 数据点参数化
• 4.2.2 反算样条曲线控制顶点
• 4.2.3 边界条件处理
• 4.3 蒙皮法曲面造型
• 4.3.1 构造截面曲线
• 4.3.2 统一节点矢量
• 4.3.3 数据点重采样
• 4.4 本章小结
• 第5章 侵蚀状态分析系统开发
• 5.1 可视化编程工具
• 5.1.1 OpenGL简介
• 5.1.2 OpenGL功能
• 5.1.3 环境配置及初始化
• 5.2 系统总体设计
• 5.2.1 系统架构设计
• 5.2.2 功能模块化处理
• 5.2.3 交互界面设计
• 5.3 系统功能实现及应用
• 5.3.1 功能结构编码实现
• 5.3.2 系统应用效果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢