高炉内衬侵蚀三维逆解法及实现

论文摘要

高炉是炼铁生产的重大设备,高炉炉缸的安全性是高炉一代炉役的主要限制环节。高炉寿命是评价高炉的一个非常重要的指标。长寿的高炉不但延长了生产周期又节约了建设资金,而且还确保了安全生产,因此,延长高炉寿命己成为当前炼铁生产中急待解决的重要课题。高炉的使用寿命主要取决于炉衬的寿命,故炉衬侵蚀形貌的判定至关重要。高炉内衬侵蚀状态的预测属于边界热传导反问题。目前内衬侵蚀的一维和二维逆解法已经较成熟,而侵蚀三维逆解法还没有研究进展。三维内衬侵蚀形貌最能反映内衬实际的侵蚀状况,由于侵蚀三维逆解法具有重要的实际意义,本文对其进行了探索性研究。本文在研阅读大量有关炉缸内衬侵蚀分析以及导热反问题的文献资料的基础上,根据侵蚀逆解的基本原理,描述了三维侵蚀的逆解法的原理及构造其计算流程。根据实际炉缸侵蚀具有三维空间形貌特征,通过三维造型软件Pro/E,建立参数化的侵蚀曲面,并形成炉缸传热的几何模型,进而建立有限元数值传热计算模型,再通过内衬测温点温度核定,修改侵蚀曲面,直到核定完成计算流程。为了实现上述三维侵蚀逆解计算流程,开展下面工作：1.利用Pro/E软件对三维点的坐标实现了参数化的输入,通过样条曲线的连接得到了参数化的曲面,进而得到所需的三维内衬侵蚀模型。2.按照上述的方法建立两类三维内衬侵蚀模型,即：仿炉缸、仿炉底模型和仿锅底、仿象脚型模型。根据计算结果得出了两类模型的不同截面一维法和三维法的对比图,探讨一维法和三维法的区别。3.提取第二类模型不同截面一维法和三维法的对比数据,对两种典型模型重构,对重构模型重新计算,核定内衬测温点的温度值,如果不满足核定的计算精度,修改侵蚀曲面,直到满足核定精度,最终实现了三维逆解法。实现的过程虽然没有实现对模型重构计算程序的自动化,但从计算结果中可以得出在核定精度范围内,三维逆解法方法可以用于高炉内衬侵蚀诊断,这不仅完善了逆解法在内衬侵蚀中的应用,而且将为内衬侵蚀实现三维可视化提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国外大型高炉长寿研究现状
• 1.1.2 我国大型高炉长寿研究现状
• 1.1.3 高炉炉缸炉底的结构及破损的原因
• 1.1.4 高炉长寿急需要解决的问题
• 1.2 本课题研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 高炉内衬侵蚀分析中传热学的应用
• 2.1 传热学基本理论
• 2.1.1 热量传递的基本方式
• 2.1.2 传热分析中的能量守恒
• 2.1.3 导热理论的基本概念
• 2.1.4 导热基本定律
• 2.1.5 导热过程的单值性条件
• 2.2 传热基本方程在侵蚀分析中的应用
• 2.2.1 传热基本方程
• 2.2.2 三维稳态传热方程的推导
• 2.3 高炉内衬侵蚀分析的基本类型
• 2.3.1 内衬侵蚀模型
• 2.3.2 内衬侵蚀热工测量条件的类型
• 2.3.3 内衬侵蚀一维逆解法
• 2.3.4 内衬侵蚀三维逆解法
• 2.4 小结
• 第3章 温度场有限元分析
• 3.1 有限元的法概述
• 3.1.1 有限元法在温度场分析中的应用
• 3.1.2 三维温度场的有限元分析基本理论
• 3.2 利用ANSYS进行有限元热分析
• 3.2.1 ANSYS有限元分析步骤
• 3.2.2 APDL简介
• 3.3 小结
• 第4章 高炉内衬侵蚀三维模型建立
• 4.1 高炉内衬侵蚀三维模型简化及建模步骤
• 4.1.1 内衬侵蚀中三维模型的构建方法
• 4.1.2 三维模型简化
• 4.1.3 边界条件的构造
• 4.1.4 三维侵蚀边界的几何构造
• 4.1.5 曲面造型简介
• 4.1.6 Pro/E建模步骤
• 4.2 仿炉缸和仿炉底三维模型的建立
• 4.3 仿锅底和仿象脚型三维模型的建立
• 4.4 小结
• 第5章 内衬侵蚀三维模型结果分析及模型重构
• 5.1 仿炉缸和仿炉底模型的计算结果分析
• 5.2 仿锅底型和仿象脚型的轴截面内衬侵蚀结果分析及对比
• 5.2.1 仿锅底型轴截面内衬侵蚀结果分析及对比
• 5.2.2 仿象脚型轴截面内衬侵蚀结果分析及对比
• 5.3 高炉内衬侵蚀三维模型的重构
• 5.3.1 初始边界的确定
• 5.3.2 模型重构和边界移动
• 5.3.3 三维内衬侵蚀模型重构后的计算结果
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢