高炉炉缸炉底在线侵蚀监测模型开发_李峰光.pdf
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1、基于遗传算法及AN SYS二次开发的高炉炉 缸炉底在线侵蚀监测模型开发李峰光张建 良左海滨焦克新(北 京科 技大学,北京10 0 0 8 3)摘要本文通 过A NSY S建立炉缸炉底传热计算模型,并基 于V C+和A PD L语言对其进行了二次开 发,开 发出了界面友好直 观的炉 缸 炉底在线侵蚀监测模型。同时,本模型利用遗传算法 寻求最优的计算样本,解决了以往模型中需要大量人工经验 指 导的弊端。利用 基于VC十十的ANSYS二次开发,充分发挥了A NSYS计算速度快、精确度高和V C+程序界面直观易操作的优点,且软件开发周期短,难 度小,为冶金类监 测软件的开发提供了新的 思路。关键词炉缸
2、炉底侵蚀模型V C+A NSYS二 次开发遗传算法De v eloPmentofErosionModelf orBla stFurn a e eHe a rtha nd BottomBa sedonGeneticA lgorithmandSe c ondary De v eloPme ntofANSYSLl Fe ng一guaZ H ANGJia n一lia ngZu oHai一binJia oKe一xinof seie n e ea ndTeehnologyBeijing,Beijing,100 83)Abstra ctInthisartiele,a no n一lin eero sio nm
3、odelf orbla stf urn a e ehe a rtha ndbottomwirh f rie ndlyGU I15re alized ba sedonVC+andsee o ndaryde v eloPmentofA NSYS.Ge netiealgo rithm15aPPliedinthismodeltof indthebe ste rosio ns amplea utomatie ally.Themostim portantdis adva ntageoftraditio n almodels15thatlargeamou ntofar tif ieialguidanee15
4、n e e e s s a叮.Thispr ob lem15solved bytheu singofge-n etiealgorithm.Byu singVC+一ba seds e eo nda叮de v elop mentof A NSYS,theadv antage sofAN SYSa ndVC+arebothunf o lded.Me a nwhile,thes of twaref orthismodel15e a sytore aliz e.Anewmethodofdev elopingmetallu rgiemo nitoringsof twa r e15give nthe n.K
5、ey wo rdsero sio nmodel f orB F he ar tha nd bottom;genetiealgorithm;s e e onda卿de v elopmentofA N-SYS:V C+高炉炉缸炉底侵蚀 的侵蚀程度是决定高炉一代 寿命 的最 关键的因素,对 高炉长 寿有着非 常重要的意义。因此,对 高炉炉 缸炉底侵蚀 情 况 的准 确监测一 直以来都 是 炼 铁 工 作 者 非 常关注 的 问题。2 01 2年1月份,本溪钢铁 集团北 营钢铁厂、天铁 集团等单位 均 出现了不 同程度 的炉缸 烧穿 事 故,造 成重 大 损失。在 这种情况下,炉缸炉底侵蚀 监测显得尤
6、 为重要。目前,国内已经具有 较成 熟的 炉缸 炉底侵 蚀 监测模型一,但 是这 些模型均采用VC+等程序编制,存在软件 编写难度 大、程 序修改困难、计算 精度 不足等问题。且 软件投入使用后,在不同 的炉役 阶段,均需 要软 件开 发者对 软件 进行 定期 人工指导,给现场操 作 人员带 来不便。针对 这些问题,本文提 出了一种 利用V C+和A PD L语 言对AN SY S进 行 二次开发来 建立 炉缸 炉底 侵 蚀 监测模型的方 法,并 在ANSY s温度场 计算 基础上利用 遗传算 法 自动 求解 耐火材 料剩余厚度,从而 确定侵 蚀 曲线,减少 了对模型的人工干预。本方法具有 软
7、件编 制周期短、修改容 易、通用性强、现场人员使用方 便等 优点。1程序设计基本思路以ANSYS为代 表的有限元商 业软件已经越来越 多的应用 到科 研研 究和工 程 实际中来,而A NSYS求 解179过程 大致如 图1所 示,其开发 过程并不直观,给工程技术人员 的使用带来了一 定困难。针 对某一具体的工程问题,ANsYS所 提供的APDL语言可以方便的对 图1所 示 的计算流 程进行封装,并将结 果以指 定 的方 式输出,用 户只需 要提供计算所必 须 的参数即可。虽然APD L语 言 提供了参数 的界面输人,但是 功能不 强,交互性不够。针 对这 种情况,本程序的设计目标 是提供给用
8、户方便 直观 的人机交 互界面,对复杂 的计算过 程进 行后台封装。选选择计算类型、选选择单元、愉愉入材料参数、建建立计算模型、施施加边界条件件求求解解生成一定欲盆初始俊蚀样本计薄样本洲度场分布不吻合与热电偏福崖进行比对吻合修川攀本愉出结果抢制俄蚀曲线图1ANS YS基 本求解过 程Fig.1Ge ne rals olvingPr o e e s sofANSYS图2模型基本流 程 图Fig.2Pr ogr amf loweha rtofthemodel本模型利用了经典的“反 问题求解法”,主要的计算流程 如图2所示:用 户在 由VC+开发的 参数 输人界面输人 参数后,先通过 遗传算法 自动
9、生成一定数 量的侵蚀 样本,即给 出一组 预设 的定侵蚀 炉型,然后系统自动调用 由A PDL封 装的A NSYS计算模块 对各 种侵蚀 炉型进 行温度 场进 行计算并 将结 果输出,最后通过遗传算 法计算各侵蚀样 本 与当前热电偶实测温度值的吻合度,寻找 出 吻合 的侵蚀 炉型。寻找出最 吻合的侵蚀样本后,根据侵 蚀样 本绘 制 出侵蚀 曲线、1 15 0等温线以及 当前 耐火 材料内的温度 场分布。2AN SYS计算模块 的封装及调 用在炉缸炉底 侵蚀 模型程序开发 中,核心部分即为温度场 计算软 件的编制。以差分 法为 例,其求解 温度场的 基本过程为:先建立 传热 控制 微分方 程,然
10、后对物理模型进 行划 分网格,进而根据网格 划 分 结 果 利用 差分法对 微分 方程进 行离 散并判 断网格 内材 料性 质,最后判断边界并施 加 边界 条件进行 计算。由于计算过程 中网格 划分 及网格 内材 料性 质判 断过程非 常复杂,此部 分程序的编写 会消耗 大量时间,且 出现错误 的可能性极大。由于ANSYS等商业软 件 的广泛应用,此 问题得 到了较好的解 决。A N SYS软件自带的APD L批 处 理语 言复杂的数 据输人和输 出,可以方便的实 现有参数化建模、自动网格划分、边 界条 件加载、求解 及结果输出。若利用A NS YS进 行温 度场计算,则用 户只需要 提供计
11、算所需物理 模型、材 料性 质以及边界 条件,而不必考 虑复杂的网格划分过 程和计算过 程,且 计算结 果易于查看。采用A PDL语 言,用户只需要几 十行代 码即 可完 成物理建模、材 料性质设定、自动 网格划分以及 计算过程。通过对炉缸炉底温度场 计算模型进 行一些 合理 的假设,炉 缸炉底传 热模型可以简化 为一个 轴 对 称的二维 温度场计算模型,本程序通过V C+设计了图3所示界面,让用 户输入原始炉型,并设定材料 性质 等计算必需 参数,根据用户 输入的数 据,程序 自动生成ANSYS APDL代码 并存入 指定文件,然 后在VC+程 序中调用该部分代码 对不 同侵蚀 情况 进行温
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