[發明專利]H型鋼坯加熱爐加熱過程數學模型建模方法

有效

• 申請號: 201810131362.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108256265B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 李斌;李晟
• 申請（專利權）人: 中冶華天南京電氣工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京中偉智信專利商標代理事務所(普通合伙) 11325
• 代理人: 張岱

本發明公開一種H型鋼坯加熱爐加熱過程數學模型建模方法。包括如下步驟：S1：采用貼體網格法建立空間網格，找出計算平面(ξ，η)與物理平面(x，y)的一一對應關系，得到貼體網格生成方程；S2：確定鋼坯邊界物理平面上的節點坐標，依據傅立葉方程建立鋼坯內部物理平面的導熱方程，并確定物理邊界條件；S3：依據貼網格生成方程，將物理平面的導熱方程轉換為計算平面導熱微分方程，利用積分法建立離散方程，并將邊界條件從物理平面的轉換到計算平面；S4：對離散方程進行求解，將求得計算平面上的解依據貼網格生成方程轉換到物理平面。本發明使網格邊界與幾何形狀復雜的H型鋼表面相吻合，把求解域轉化為矩形域，得到反映H型鋼實際的傳熱模型。

技術領域

本發明涉及鋼鐵生產加熱爐技術領域，特別涉及一種H型鋼坯加熱爐加熱過程數學模型建模方法。

背景技術

加熱爐在軋鋼生產中占有著十分重要的地位，它的任務是按軋機的軋制節奏將料坯加熱到工藝要求的溫度水平(包括平均溫度和溫度分布)，并且在保證優質、高產的前提之下，盡可能地降低燃料消耗、減少氧化燒損。

爐溫優化最根本的目的是：運用合理的加熱制度加熱鋼坯，使其出爐后達到軋制所要求的溫度分布，因此爐內鋼坯加熱過程是主要的研究對象。建立鋼坯加熱過程數學模型，就可根據生產過程的可測參量(如爐溫、鋼種、規格等)，計算出鋼坯加熱過程中的溫度分布，這不僅可以減少爐子操作人員的操作盲目性，而且可以以此為基礎，再結合爐子的其他操作參數，制定出爐子動態操作的優化控制策略。

H型鋼坯加熱過程數學模型與板坯加熱過程數學模型在基本導熱方程上是一致的，但由于H型鋼坯特有的結構特性(如圖2所示)，H型鋼坯不同于方坯和板坯，在H型材中部，設計有腹肋，采用一維或二維模型，不能充分反映腹肋的加熱特性，計算結果與生產實際相差很大。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種充分反映型鋼加熱特性H型鋼坯加熱爐加熱過程數學模型建模方法。

為達到上述目的，本發明一種H型鋼坯加熱爐加熱過程數學模型建模方法，包括如下步驟，

S1：采用貼體網格法建立空間網格，找出計算平面(ξ，η)與物理平面(x，y)的一一對應關系，從而得到貼體網格生成方程；

S2：確定鋼坯邊界物理平面上的節點坐標，依據傅立葉方程建立鋼坯內部物理平面的導熱方程，并確定物理邊界條件

S3：依據貼網格生成方程，將物理平面的導熱方程轉換為計算平面導熱微分方程，利用積分法建立離散方程，同時將邊界條件從物理平面的轉換到計算平面；

S4：對離散方程進行求解，并將求得計算平面上的解依據貼網格生成方程轉換到物理平面。

進一步地，所述得到貼網格生成方程的步驟為：

S11：依據泊松方程來描寫計算平面上兩個(ξ，η)與物理平面上的兩個因變量(x，y)間的關系；

S12：依據坐標變換與反變換確定物理域上的變量x、y與計算域上的變量ξ、η之間存在的微分關系并得到第一表達式；

S13:依據第一表達式推導得到計算平面的微分方程；

S14:構造控制函數，并將控制函數帶入到計算平面的微分方程中得到二維情形下的貼體網格生成方程。

進一步地，所說泊松方程為：

式中各變量意義如下：

x，y——物理區域的坐標；

ξ，η——計算區域的坐標；

ξ_xx，ξ_yy——分別為ξ對x，y的二階導數；