CN112668152B - 一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，包括：S1：构建电炉内腔的三维模型，将三维模型划分为等密度的四面体网格，提取每个网格单元的中心坐标；S2：设定θ_t表示t时刻钢液表面相对于炉体内壁的旋转角度，θ_t随时间t的变化而变化，设定电炉炉体不动，钢液表面随着旋转角度的变化而变化，根据二分法计算t时刻的参数C_t；S3：根据t时刻的参数C_t，计算t时刻钢液表面坐标；S4：根据t时刻的钢液表面计算t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t；S5：根据t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t，计算t时刻的钢液流量l_t，令t＝t+1，更新m_t。本发明根据实时计算得到的流量和液面高度来制定倾动过程，指导生产和设计电炉参数等。

Description

一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法

技术领域

本发明涉及电炉炼钢技术领域，尤其涉及一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法。

背景技术

电炉出钢过程中，需要对炉体进行倾动，使钢液面维持在一定高度，保证出钢流量的相对稳定，并减少涡流下渣。因此需要根据出钢流量和液面高度的要求，制定相对合理的倾动过程。通常，需要进行多次计算流体力学的计算，得到出钢过程中的流量和液面高度，根据结果不断优化倾动过程。由于计算流体力学的计算时间很长，因此制定合理的倾动过程需耗费很长时间。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法。

具体方案如下：

一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，包括以下步骤：

S1：构建电炉内腔的三维模型，并将三维模型划分为等密度的四面体网格，提取四面体网格中每个网格单元的中心坐标；

S2：设定t表示时刻，θ_t表示t时刻钢液表面相对于炉体内壁的旋转角度，θ_t随时间t的变化而变化，设定电炉炉体不动，钢液表面随着旋转角度的变化而变化，根据t时刻的钢液质量m_t和角度θ_t，采用二分法计算t时刻的参数C_t；

S3：根据t时刻的参数C_t，计算t时刻钢液表面坐标(x_t,y_t)：

y_t＝tan(θ_t)*x_t+C_t

其中，x_t、y_t分别表示钢液表面的水平方向和竖直方向的坐标；

S4：根据t时刻的钢液表面计算t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t：

h_t＝(y_c-tan(θ_t)*x_c-C_t)/sqrt(1+tan²(θ_t))

其中，x_c、y_c分别表示出钢口的中心坐标，sqrt表示平方根运算；

S5：根据t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t，计算t时刻的钢液流量l_t，令t＝t+1，更新m_t，返回S2：

l_t＝rho*S*sqrt(2*g*h)

其中，rho表示钢液密度，S表示出钢口面积，g表示重力加速度。

进一步的，步骤S2中根据二分法计算T时刻的参数C_T的具体步骤包括：

S21：设定变量C_t的上限值C_max和下限值C_min，设定t时刻的钢液质量为m_t，钢液累加质量M＝0；

S22：令C_t＝0.5*(Cmax+Cmin)，则t+1时刻的变量C_t+1的计算方法为：在t+1时刻，针对每一个网格单元，根据其几何中心的坐标(x_i、y_i)，判断y_i-tan(θ)*x_i-C_t<0是否成立，如果是，判定该网格单元位于液面以下，M＝M+M_i，其中M_i表示第i个网格单元的质量；否则，进行下一个网格单元的判断，直到所有网格单元均判断完毕结束；进入S23；

S23：判断M<m_t是否成立，如果是，令C_min＝C_t，进入S24；否则，令C_max＝C_t，进入S24；

S24：判断M-m_t<差值阈值是否成立，如果是，进入S25，结束；否则，返回S22；

S25：判断t+1≥T是否成立，如果是，令C_t+1＝0.5*(C_max+C_min)，结束；否则，令t＝t+1，返回S22。

进一步的，t时刻的钢液质量为m_t的计算公式为：m_t＝m_t-1-l_t-1*dt，其中，dt表示t时刻与t-1时刻的时间差值。

本发明采用如上技术方案，可以根据实时计算得到的流量和液面高度来制定合理的倾动过程，指导生产和设计电炉参数等。

附图说明

图1所示为本发明实施例的流程图。

图2所示为本发明实施例中液面倾动过程示意图。

具体实施方式

为进一步说明实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

本发明实施例提供了一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1：构建电炉内腔的三维模型，并将三维模型划分为等密度的四面体网格，提取四面体网格中每个网格单元的中心坐标。

该实施例中通过ansys，hypermesh等软件进行网格的划分。

S2：设定t表示时刻，θ_t表示t时刻钢液表面相对于炉体内壁的旋转角度，θ_t随时间t的变化而变化，设定电炉炉体不动，钢液表面随着旋转角度的变化而变化，如图2所示，根据t时刻钢液质量m_t和角度θ_t，采用二分法计算t时刻的参数C_t。

该实施例中根据二分法计算T时刻的参数C_T的具体步骤包括：

S21：设定变量C_t的上限值C_max和下限值C_min，设定t时刻的钢液质量为m_t，钢液累加质量M＝0。

t时刻的钢液质量为m_t的计算公式为：m_t＝m_t-1-l _t-1*dt，其中，dt表示t时刻与t-1时刻的时间差值。

S22：令C_t＝0.5*(Cmax+Cmin)，则t+1时刻的变量C_t+1的计算方法为：在t+1时刻，针对每一个网格单元，根据其几何中心的坐标(x_i、y_i)，判断y_i-tan(θ)*x_i-C_t<0是否成立，如果是，判定该网格单元位于液面以下，M＝M+M_i，其中M_i表示第i个网格单元的质量；否则，进行下一个网格单元的判断，直到所有网格单元均判断完毕结束；进入S23。

S23：判断M<m_t是否成立，如果是，令C_min＝C_t，进入S24；否则，令C_max＝C_t，进入S24。

S24：判断M-m_t<差值阈值是否成立，如果是，进入S25，结束；否则，返回S22。

差值阈值本领域技术人员可以根据需求自行设定，在此不做限制。

S25：判断t+1≥T是否成立，如果是，令C_t+1＝0.5*(C_max+C_min)，结束；否则，令t＝t+1，返回S22。

S3：根据t时刻的参数C_t，计算t时刻钢液表面坐标(x_t,y_t)：

y_t＝tan(θ_t)*x_t+C_t

其中，x_t、y_t分别表示钢液表面的水平方向和竖直方向的坐标。

S4：根据t时刻的钢液表面计算t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t：

h_t＝(y_c-tan(θ_t)*x_c-C_t)/sqrt(1+tan²(θ_t))

其中，x_c、y_c分别表示出钢口的中心坐标，sqrt表示平方根运算。

S5：根据t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t，计算t时刻的钢液流量l_t，令t＝t+1，更新m_t，返回S2：

l _t＝rho*S*sqrt(2*g*h)

其中，rho表示钢液密度，S表示出钢口面积，g表示重力加速度。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建电炉内腔的三维模型，并将三维模型划分为等密度的四面体网格，提取四面体网格中每个网格单元的中心坐标；

S2：设定t表示时刻，θ_t表示t时刻钢液表面相对于炉体内壁的旋转角度，θ_t随时间t的变化而变化，设定电炉炉体不动，钢液表面随着旋转角度的变化而变化，根据t时刻的钢液质量m_t和角度θ_t，采用二分法计算t时刻的参数C_t；

S3：根据t时刻的参数C_t，计算t时刻钢液表面坐标(x_t,y_t)：

y_t＝tan(θ_t)*x_t+C_t

其中，x_t、y_t分别表示钢液表面的水平方向和竖直方向的坐标；

S4：根据t时刻的钢液表面计算t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t：

h_t＝(y_c-tan(θ_t)*x_c-C_t)/sqrt(1+tan²(θ_t))

其中，x_c、y_c分别表示出钢口的中心坐标，sqrt表示平方根运算；

S5：根据t时刻出钢口与钢液表面的垂直距离h_t，计算t时刻的钢液流量l_t，令t＝t+1，更新m_t，返回S2：

l_t＝rho*S*sqrt(2*g*h)

其中，rho表示钢液密度，S表示出钢口面积，g表示重力加速度。

2.根据权利要求1所述的电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，其特征在于：步骤S2中根据二分法计算T时刻的参数C_T的具体步骤包括：

S21：设定变量C_t的上限值C_max和下限值C_min，设定t时刻的钢液质量为m_t，钢液累加质量M＝0；

S22：令C_t＝0.5*(Cmax+Cmin)，则t+1时刻的变量C_t+1的计算方法为：在t+1时刻，针对每一个网格单元，根据其几何中心的坐标(x_i、y_i)，判断y_i-tan(θ)*x_i-C_t<0是否成立，如果是，判定该网格单元位于液面以下，M＝M+M_i，其中M_i表示第i个网格单元的质量；否则，进行下一个网格单元的判断，直到所有网格单元均判断完毕结束；进入S23；

S23：判断M<m_t是否成立，如果是，令C_min＝C_t，进入S24；否则，令C_max＝C_t，进入S24；

S24：判断M-m_t<差值阈值是否成立，如果是，进入S25，结束；否则，返回S22；

S25：判断t+1≥T是否成立，如果是，令C_t+1＝0.5*(C_max+C_min)，结束；否则，令t＝t+1，返回S22。

3.根据权利要求2所述的电炉出钢过程中液面高度和流量计算方法，其特征在于：t时刻的钢液质量为m_t的计算公式为：m_t＝m_t-1-l_t-1*dt，其中，dt表示t时刻与t-1时刻的时间差值。

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