本申請涉及冶金領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種高爐生產(chǎn)過程仿真及預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、高爐是鋼鐵工業(yè)的核心設(shè)備，也是世界上最大的單體反應(yīng)器之一。作為一種大型的豎式熔煉爐，高爐在鋼鐵生產(chǎn)過程中扮演著至關(guān)重要的角色。它的體積和容量巨大，通常以立方米為單位，高度可達(dá)幾十米，直徑可達(dá)數(shù)米。高爐的設(shè)計(jì)和構(gòu)造非常復(fù)雜，需要承受高溫、高壓、氣體流動和化學(xué)反應(yīng)等極端條件。由于高爐的特性和重要性，鋼鐵工業(yè)一直致力于提高高爐的效率和穩(wěn)定性。然而，高爐的運(yùn)行和維護(hù)仍然存在許多挑戰(zhàn)。

2、高爐冶煉過程涉及高溫、高壓，具有反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，測量困難，工業(yè)試驗(yàn)代價昂貴等特點(diǎn)。高爐仿真技術(shù)是打開高爐冶煉“黑匣子”，實(shí)現(xiàn)低碳、智能煉鐵的重要手段。因此，高爐全爐仿真被譽(yù)為冶金仿真領(lǐng)域技術(shù)皇冠上的明珠，然而，由于高爐反應(yīng)機(jī)理極其復(fù)雜，其存在模型建立極其困難，且計(jì)算效率低等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高爐生產(chǎn)過程仿真及預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)，以解決上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供的一種高爐生產(chǎn)過程仿真方法，所述方法包括：獲取目標(biāo)高爐的幾何數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)至少包括爐料參數(shù)和還原氣體參數(shù)；基于所述幾何數(shù)據(jù)構(gòu)建高爐幾何模型，并對所述高爐幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將所述高爐幾何空間劃分為若干網(wǎng)格；導(dǎo)出氣-固重疊區(qū)域網(wǎng)格的坐標(biāo)信息，形成背景網(wǎng)格信息表，所述背景網(wǎng)格信息表包含網(wǎng)格坐標(biāo)信息及與每個網(wǎng)格相關(guān)的爐料信息和氣-固兩相狀態(tài)信息；對所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)擬合，基于清洗和擬合后的數(shù)據(jù)為所述高爐模型設(shè)置邊界條件；計(jì)算爐內(nèi)爐料流動信息，包括爐料速度、爐料流動軌跡和爐料停留時間；根據(jù)計(jì)算得到的爐料流動信息更新背景網(wǎng)格信息表中的爐料相關(guān)信息；初始化背景網(wǎng)格信息表中的氣-固兩相溫度、濃度、速度和壓力；根據(jù)背景網(wǎng)格信息表中的氣-固信息計(jì)算質(zhì)量、動量和能量源項(xiàng)，求解氣、固相的流體力學(xué)基本方程組，模擬高爐冶煉過程中的流動、傳熱及化學(xué)反應(yīng)；更新背景網(wǎng)格信息表中氣-固兩相的狀態(tài)信息；判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂，若未收斂，則重復(fù)前述計(jì)算直至收斂。

3、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括：布料矩陣、布料周期、礦批重量、焦批重量、爐料批次、成分、粒徑、孔隙率、軟熔起始溫度以及送風(fēng)數(shù)據(jù)，其中所述送風(fēng)數(shù)據(jù)至少包括焦比、煤比、富氧量、鼓風(fēng)量、鼓風(fēng)濕度、鼓風(fēng)溫度、富氧溫度、煤粉載氣量、煤粉載氣溫度、煤粉工業(yè)分析結(jié)果、煤粉低位發(fā)熱值和煤粉燃燒率。

4、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述流體力學(xué)基本為navier-stokes方程組，求解navier-stokes方程組采用有限體積法或有限元法，并結(jié)合湍流模型來描述氣-固兩相流動特性。

5、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂是通過比較連續(xù)兩次迭代的結(jié)果差異，當(dāng)差異小于預(yù)設(shè)閾值時認(rèn)為收斂。

6、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述方法還包括：建立用于接收實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入的高爐仿真模型，以通過通過所述高爐仿真模型預(yù)測目標(biāo)高爐的生產(chǎn)狀態(tài)，并展示不同維度下的數(shù)據(jù)。

7、本申請?zhí)峁┮环N高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法，所述方法包括：采集目標(biāo)高爐的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將所述實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入所述高爐仿真模型，以得到所述目標(biāo)高爐的當(dāng)前冶煉參數(shù)，所述當(dāng)前冶煉參數(shù)用于表征所述目標(biāo)高爐的當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)；計(jì)算所述當(dāng)前冶煉參數(shù)得到所述當(dāng)前冶煉參數(shù)的變化趨勢，以基于所述當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)和所述變化趨勢得到所述目標(biāo)高爐的未來生產(chǎn)狀態(tài)，所述未來生產(chǎn)狀態(tài)用于表征對所述目標(biāo)高爐生產(chǎn)狀態(tài)的預(yù)測結(jié)果。

8、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，分別對每一維度下的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，包括：基于所述氣固子模型將所述當(dāng)前冶煉參數(shù)拆解為多個單項(xiàng)冶煉參數(shù)，并將任一單項(xiàng)冶煉參數(shù)確定為目標(biāo)冶煉參數(shù)；基于所述目標(biāo)冶煉參數(shù)繪制目標(biāo)可視化圖表以展示所述目標(biāo)冶煉過程的當(dāng)前冶煉狀態(tài)，所述目標(biāo)冶煉過程為所述目標(biāo)冶煉參數(shù)所對應(yīng)的冶煉項(xiàng)目；遍歷全部參數(shù)類別，以對所述目標(biāo)高爐的全冶煉過程進(jìn)行可視化展示。

9、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，建立用于表征不同維度數(shù)據(jù)的高爐仿真模型之后，還包括：采集目標(biāo)高爐的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和所述目標(biāo)高爐的實(shí)際冶煉參數(shù)；將所述實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入至所述高爐仿真模型，以得到所述目標(biāo)高爐的預(yù)測冶煉參數(shù)；比較所述預(yù)測冶煉參數(shù)和所述實(shí)際冶煉參數(shù)，得到所述預(yù)測冶煉參數(shù)和所述實(shí)際冶煉參數(shù)的偏差值；若所述偏差值大于或等于預(yù)設(shè)偏差閾值，則將判定所述高爐仿真模型不合格，并對所述高爐仿真模型進(jìn)行再訓(xùn)練，直至所述偏差值小于預(yù)設(shè)偏差閾值。

10、本申請?zhí)峁┮环N電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)如上所述的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法。

11、本申請?zhí)峁┮环N計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如上所述的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法。

12、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明中的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)，采集目標(biāo)高爐的物理數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)并構(gòu)建高爐幾何模型，對該高爐幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分并將生產(chǎn)參數(shù)賦值到各網(wǎng)格中，設(shè)置多空區(qū)域并通過改變多孔介質(zhì)參數(shù)表征爐料對還原氣體在爐內(nèi)的流動影響，并通過多線程并行計(jì)算的方式分別計(jì)算各數(shù)據(jù)對高爐生產(chǎn)過程的影響，從而對氣-固生產(chǎn)數(shù)據(jù)解耦，并基于源項(xiàng)對解耦后的氣-固數(shù)據(jù)進(jìn)行相間耦合，從而基于網(wǎng)格、爐內(nèi)爐料流動信息以及相間耦合處理后的數(shù)據(jù)建立高爐仿真模型，以對高爐的生產(chǎn)過程進(jìn)行預(yù)測；通過建立高爐幾何模型、氣-固解耦、并行計(jì)算，以及源項(xiàng)耦合的方式，降低了高爐生產(chǎn)過程預(yù)測系統(tǒng)求解復(fù)雜度。

13、此外，本申請?zhí)岢龅母郀t生產(chǎn)過程預(yù)測方法，通過采集高爐參數(shù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)對高爐的生產(chǎn)過程進(jìn)行建模，并通過數(shù)據(jù)解耦的方式，降低了高爐建模過程中的計(jì)算難度，并提升了計(jì)算效率，從而實(shí)現(xiàn)了對高爐生產(chǎn)過程的預(yù)測提升了高爐生產(chǎn)過程的安全性；還通過可視化展示的方式將高爐中的部分重要參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)展示和監(jiān)控，使得相關(guān)人員能夠更及時準(zhǔn)確地了解高爐狀態(tài)，進(jìn)而提升了高爐生產(chǎn)過程的安全性。

14、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

技術(shù)特征：

1.一種高爐生產(chǎn)過程仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐生產(chǎn)過程仿真方法，其特征在于，所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括：布料矩陣、布料周期、礦批重量、焦批重量、爐料批次、成分、粒徑、孔隙率、軟熔起始溫度以及送風(fēng)數(shù)據(jù)，其中所述送風(fēng)數(shù)據(jù)至少包括焦比、煤比、富氧量、鼓風(fēng)量、鼓風(fēng)濕度、鼓風(fēng)溫度、富氧溫度、煤粉載氣量、煤粉載氣溫度、煤粉工業(yè)分析結(jié)果、煤粉低位發(fā)熱值和煤粉燃燒率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐生產(chǎn)過程仿真方法，其特征在于，所述流體力學(xué)基本為navier-stokes方程組，求解navier-stokes方程組采用有限體積法或有限元法，并結(jié)合湍流模型來描述氣-固兩相流動特性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐生產(chǎn)過程仿真方法，其特征在于，所述判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂是通過比較連續(xù)兩次迭代的結(jié)果差異，當(dāng)差異小于預(yù)設(shè)閾值時認(rèn)為收斂。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的高爐生產(chǎn)過程仿真方法，其特征在于，所述方法還包括：建立用于接收實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入的高爐仿真模型，以通過通過所述高爐仿真模型預(yù)測目標(biāo)高爐的生產(chǎn)狀態(tài)，并展示不同維度下的數(shù)據(jù)。

6.一種高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法，其特征在于，分別對每一維度下的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6-7任一項(xiàng)所述的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法，其特征在于，建立用于表征不同維度數(shù)據(jù)的高爐仿真模型之后，還包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括：

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的高爐生產(chǎn)過程預(yù)測方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種高爐生產(chǎn)過程仿真及預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)，通過獲取目標(biāo)高爐的幾何和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立詳細(xì)的幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，形成背景網(wǎng)格信息表，記錄氣?固兩相的狀態(tài)信息，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和擬合，為模型設(shè)置邊界條件，并計(jì)算爐內(nèi)爐料流動特性，基于這些計(jì)算結(jié)果，更新背景網(wǎng)格中的相關(guān)信息，并初始化氣?固兩相的基本物理參數(shù)，利用流體力學(xué)方程組模擬冶煉過程中的流動、傳熱及化學(xué)反應(yīng)，迭代計(jì)算直至收斂，此外，該方法還包括實(shí)時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入至仿真模型中，以評估當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)及預(yù)測未來生產(chǎn)趨勢，從而實(shí)現(xiàn)對高爐運(yùn)行情況的有效監(jiān)控與優(yōu)化；該方法有助于提高高爐生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘渝,李志,鐘星立,楊林,陶迎,陳敏,張瑤,廖嘉瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中冶賽迪信息技術(shù)（重慶）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9