高炉炉缸侵蚀计算软件的开发

摘要

高炉是钢铁冶金生产中的重要的咽喉设备之一，是炼铁工艺过程的主要设备载体，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，而高炉炉缸炉底的侵蚀状态是决定高炉寿命的主要因素。高炉内衬侵蚀达到一定程度炉缸会破溃而造成重大安全事故。过早停炉会造成重大浪费，但若不及时停炉则会酿成重大事故。因此实时监测炉缸炉底的侵蚀状态对尽可能的延长高炉寿命同时保证高炉的安全生产具有实际指导意义。
　　本文以传热学为基本理论，在建立了描述高炉炉缸传热过程的数学模型的基础上，重点对侵蚀系统在线分析操作进行整体结构设计，并对炉缸内衬侵蚀形貌及轴截面温度场可视化等方面进行技术研究和技术开发，完成了对高炉内衬侵蚀在线分析系统的开发工作。
　　(1)基于传热学的基本理论，在总结内衬侵蚀分析基本类型和研究内衬侵蚀分析数学模型计算方法的基础上，分析比较在不同条件下的最佳侵蚀分析模型，并通过不同的侵蚀分析模型选择最合适精确的求解方法。
　　(2)结合目标高炉的具体情况，确定利用目标高炉的侵蚀边界的计算模型，给出计算流程。并设计目标高炉测温点的布置方案，构造目标高炉的边界条件和几何边界，确定初始侵蚀边界顶点，最终计算目标高炉的内衬侵蚀边界。并在此基础上，开发高炉内衬侵蚀分析系统。
　　(3)基于Visual C++平台搭建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。利用Visual C++和APDL的接口技术，采用面向对象的编程方法将APDL封装在后台并实现与Visual C++的嵌套，开发有限元分析计算系统。利用OpenGL和Visual C++的接口技术，实现炉缸内衬侵蚀曲面的三维可视化。
　　上述研究结果已形成了专用系统，并已经安装应用于目标高炉。为在目标高炉运行中实时监测炉缸内衬侵蚀状况提供了手段和技术工具。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外大型高炉长寿状况

1．2．1 国外大型高炉长寿现状

1．2．2 国内大型高炉长寿现状

1．3 高炉炉缸结构安全问题的主要因素

1．4 课题研究的意义

1．5 本文研究的主要内容

第2章 传热学的基本理论

2．1 传热学的一些基本概念

2．1．1 热阻

2．1．2 导热系数

2．1．3 温度场与温度梯度

2．1．4 傅里叶定律

2．2 热量传递的基本方式

2．2．1 热传导

2．2．2 热对流

2．2．3 热辐射

2．3 导热微分方程与单值性条件

2．3．1 直角坐标系中的导热微分方程

2．3．2 径向坐标系中的导热微分方程

2．3．3 单值性条件

2．4 本章小结

第3章 高炉炉缸内衬侵蚀分析计算

3．1 内衬侵蚀分析的技术类型

3．1．1 高炉内衬热工测量条件的类型

3．1．2 一维内衬侵蚀分析的技术类型

3．1．3 二维内衬侵蚀分析的技术类型

3．2 内衬侵蚀分析计算方法

3．2．1 推理法

3．2．2 直接求解传热方程法

3．3 内衬侵蚀分析的正解法和逆解法

3．3．1 正解法

3．3．2 逆解法

3．3．3 一维侵蚀分析的应用

3．3．4 二维侵蚀分析的应用

3．4 内衬侵蚀分析数值计算方法

3．4．1 有限元法

3．4．2 边界元法

3．4．3 有限差分法

3．5 本章小结

第4章 高炉炉缸内衬侵蚀分析的应用

4．1 高炉炉缸炉底热工测量条件及测温点布置

4．1．1 高炉内衬测温点的布置

4．1．2 目标高炉测温点布置

4．2 炉缸内衬侵蚀计算流程

4．3 边界条件的构造

4．4 二维侵蚀边界的几何构造

4．5 二维模型的初始侵蚀边界和模型的重构

4．5．1 初始边界的确定

4．5．2 模型重构和边界移动

4．6 本章小结

第5章 高炉炉缸侵蚀分析软件系统开发

5．1 系统开发工具

5．1．1 Visual C++简介

5．1．2 APDL简介

5．1．3 OpenGL简介

5．2 重要的接口技术

5．2．1 Visual C++与ANSYS的接口技术

5．2．2 Visual C++和OpenGL的接口技术

5．3 高炉侵蚀分析系统整体结构设计

5．3．1 系统结构流程设计

5．3．2 系统架构设计

5．3．3 功能模块逻辑设计

5．3．4 交互界面设计

5．4 Visual C++的编码设计

5．4．1 界面窗体设计

5．4．2 菜单设计

5．4．3 绘图设计

5．5 系统结构的应用效果

5．6 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