[发明专利]一种转炉倾动力矩的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金炼钢技术，尤其涉及一种转炉倾动力矩的计算方法。

背景技术

转炉倾动力矩是转炉倾动机构的重要参数之一，不仅是设计倾动机构、炉壳、托圈等部件的重要依据，同时也是设备安全生产和维护检修的重要参考指标。转炉设备倾动力矩进行计算以确定耳轴的位置以及倾动机构额定力矩值，使设备既能保证安全生产又经济合理。转炉的倾动力矩M由三部分组成：M＝M_k+M_y+M_m，式中：M_k为空炉倾动力矩，M_y为炉液倾动力矩，，M_m为转炉耳轴上的摩擦力矩。其中空炉力矩由炉壳和炉衬和重量引起，空炉力矩是倾转角的正弦函数；摩擦力矩是指倾动时耳轴上的摩擦力矩，方向始终和倾动方向相反，大小基本不变；炉液力矩由铁水和熔渣引起，由于在转炉倾动过程中，炉液形状、重心位置在不断变化，而且出钢过程中重量也在变化，所以M_y计算相对比较困难，是计算转炉倾动力矩的关键。对炉液倾动力矩传统的计算方法有：解析法、切片法、图解法，这些方法存在以下问题：1)需要对转炉原型进行简化后才能建立其数学计算模型，所以计算精度难以保证；2)计算困难，过程繁琐。也有使用三维造型获得模型物理属性的方法，虽然计算容易了，因为要反复与三维平台进行交互，所以整个过程还是比较的繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种转炉倾动力矩的计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转炉倾动力矩的计算方法，包括以下步骤：

1)在三维系统中构建炉液随倾动角度变化的三维模型，则某倾动角度时炉液的倾动力矩：M_yα＝G_yα·(sinα·H_ez-x_g)(1)；

其中，M_yα为炉液力矩，G_yα为炉液的重量，α为倾动角，H_ez为转炉重心到炉底中点的距离，x_g为炉液重心横坐标；

2)在转炉倾动过程中，将对炉液构建的三维模型分为两个阶段：炉液流出前和炉液开始流出后；炉液没有流出前，其体积V_y0不变；沪液开始流出后，其液面与出钢口平齐，随倾动角α变化其体积V_α逐步减小至零；

3)在三维模型中计算炉液刚开始流出时的临界倾动角β；具体过程如下：以过坐标原点的XOY平面为FRONT面，过炉口上点PNTO做轴线A-4，使其垂直FRONT面，再做自定义平面DTM5绕自定义轴A-4转动，转动角度为θ，切除DTM5上部的实体，则此时模型体积为V_θ；坐标原点为炉底中点；

设初始值θ_min＝0，θ_max＝A；其中A由转炉尺寸参数确定；按以下流程计算临界倾动角β：

3.1)若θmin<θmax，则将θ赋值为θ＝(θmax+θmin)/2,并计算V_θ；否则，转入步骤3.4)；

3.2)若V_θ<V_y0，则将θ赋值为θ＝θmax；否则则将θ赋值为θ＝θmin；

3.3)若θmax-θmin≤tolerence_θ，转入步骤3.4)；否则转入步骤3.1)；tolerence_θ为自定义常量，tolerence_θ的取值大小决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高；

3.4)将临界倾动角β赋值为β＝(θmax+θmin)/2，结束；

4)在三维模型中，当α≤β时，计算在转炉倾动过程中炉液高度h；所述炉液高度为炉液平面与原点的距离，具体过程如下：

以过原点的XOZ平面为DTM_OR面，DTM2为过原点的YOZ平面；平面DTM_OR与DTM2随α转动，在三维空间中构造转炉内腔模型，将与水平面(TOP)平行的DTM4平移h，切除其上部实体，则剩余模型体积为V_h；

设初始值h_min＝0，h_max＝H，其中H由转炉尺寸参数确定；按以下流程计算炉液高度h：