鋼鐵冶煉中，高爐煉鐵因機(jī)理復(fù)雜呈“黑箱”特性，傳統(tǒng)方法難以精準(zhǔn)感知爐內(nèi)狀態(tài)。而高爐領(lǐng)域的核心技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）仿真技術(shù)體系，雖能通過有限元分析（FEA）解析爐體結(jié)構(gòu)應(yīng)力、侵蝕規(guī)律，借助計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）還原爐內(nèi)氣流、溫度場流動特性，深度解析爐內(nèi)物理場與反應(yīng)機(jī)理，卻因分析結(jié)果抽象、難落地、國外技術(shù)壁壘等影響，使其價(jià)值難以充分釋放。

圖撲軟件依托自研 2D/3D 可視化渲染與輕量化交互技術(shù)，搭建高精度高爐三維模型，動態(tài)呈現(xiàn)爐體結(jié)構(gòu)、風(fēng)口分布、料面運(yùn)動等關(guān)鍵要素，同時深度集成等壓線、熱負(fù)荷、等溫線等多維仿真模塊，將 CAE 仿真計(jì)算得出的高爐核心數(shù)據(jù)及復(fù)雜內(nèi)部物理場數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為直觀可視的場景化內(nèi)容，為破解“黑箱”難題提供技術(shù)支撐。

圖撲憑借輕量化三維建模技術(shù)，根據(jù)鋼廠現(xiàn)場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設(shè)備三視圖等資料，對爐壁、熱風(fēng)爐、供料及輸送設(shè)備等廠區(qū)設(shè)備進(jìn)行外觀建模，其外觀紋理細(xì)節(jié)與結(jié)構(gòu)特征均高度還原實(shí)體設(shè)備，營造出工業(yè)場景的沉浸式視覺體驗(yàn)。

等壓線

在高爐冶煉領(lǐng)域，等壓面與特定剖面的壓力等值線是描述爐內(nèi)氣壓空間分布的核心工具。其中，等壓面指同一時刻爐內(nèi)氣壓相等各點(diǎn)構(gòu)成的曲面，壓力等值線指在特定剖面上氣壓相等點(diǎn)的連線，二者可精準(zhǔn)呈現(xiàn)氣壓場的分布特征，也是判斷爐內(nèi)氣流穩(wěn)定性的關(guān)鍵依據(jù)。

HT 監(jiān)控系統(tǒng)基于爐身傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的實(shí)時數(shù)據(jù)，與 CAE 壓力場仿真結(jié)果進(jìn)行耦合校驗(yàn)，構(gòu)建實(shí)時壓力等值線與等壓面模型，通過專屬數(shù)據(jù)面板直觀展示爐身、爐腰、爐腹、熱風(fēng)圍管等關(guān)鍵部位的最高壓力、壓力極差等核心數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測到各區(qū)域壓力極值點(diǎn)時，2D 面板會自動觸發(fā)報(bào)警并精準(zhǔn)定位異常點(diǎn)位，便于操作人員快速響應(yīng)。

歷史數(shù)據(jù)回放

系統(tǒng)可在三維可視化模型中動態(tài)渲染高爐各部位的氣壓梯度分布形態(tài)，清晰呈現(xiàn)氣壓變化趨勢。并結(jié)合圖表工具對每個傳感器點(diǎn)位的歷史氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，支持在三維模型上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放功能，助力操作人員回溯氣壓變化過程、分析異常成因。

熱負(fù)荷

高爐熱負(fù)荷是高爐煉鐵過程中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，具體指單位時間內(nèi)通過高爐冷卻系統(tǒng)從爐體內(nèi)部帶走的熱量。其數(shù)值大小直接反映爐內(nèi)熱狀態(tài)平衡情況與能量傳遞效率。

通過熱負(fù)荷場景，可直觀掌握爐內(nèi)熱平衡狀態(tài)、氣流分布合理性。若熱負(fù)荷過高，意味著爐內(nèi)局部過熱，存在耐火材料損壞風(fēng)險(xiǎn)；過低則表明爐內(nèi)反應(yīng)效率不足，可能伴隨燃料燃燒不充分、爐料傳熱效果差等問題。

數(shù)據(jù)監(jiān)測展示

圖撲 HT 以冷卻系統(tǒng)采集的冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度、流量以及冷卻壁表面積等實(shí)時數(shù)據(jù)為監(jiān)控核心，采用插值算法精準(zhǔn)計(jì)算冷卻壁熱負(fù)荷值。

當(dāng)熱負(fù)荷超過設(shè)置的閾值時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)定位告警，點(diǎn)擊面板右上角定位標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)一鍵定位問題區(qū)域。為操作人員及時開展科學(xué)研判提供精準(zhǔn)依據(jù)，避免因局部過熱導(dǎo)致耐火材料失效，保障爐體結(jié)構(gòu)安全。

等溫線

圖撲 HT 通過采集爐內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)同化算法與三維溫度場重建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對高爐軟熔帶等溫平臺的精準(zhǔn)可視化定位，為判斷軟熔帶形態(tài)、優(yōu)化冶煉參數(shù)提供關(guān)鍵支撐。

數(shù)據(jù)監(jiān)測展示

在數(shù)據(jù)展示層面，系統(tǒng)對接實(shí)時溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理后，會在專屬面板上實(shí)時展示溫度排名前五點(diǎn)位的所在區(qū)域、高度、角度及具體溫度值；同時點(diǎn)擊交互面板，即可在三維模型中直達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位，便于快速掌握高溫區(qū)域分布情況。

同樣，可基于歷史溫度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對高爐生產(chǎn)過程中溫度變化的模擬回放功能，助力操作人員回溯溫度演變趨勢、分析爐況變化規(guī)律。

流場

流場可視化是掌握爐內(nèi)反應(yīng)環(huán)境的核心模塊，主要包含溫度場、速度場、壓力場三大維度。數(shù)據(jù)源于實(shí)時感知網(wǎng)絡(luò)與 CAE 流場仿真結(jié)果——其中溫度場、速度場的核心仿真邏輯基于 CFD 技術(shù)，可精準(zhǔn)模擬煤氣流動軌跡、溫度梯度擴(kuò)散規(guī)律；壓力場則結(jié)合 FEA 與 CFD 的耦合分析，兼顧結(jié)構(gòu)承載與流體壓力傳遞特性，全方位呈現(xiàn)爐內(nèi)反應(yīng)動態(tài)。

溫度場

基于搭載的多元感知元件，實(shí)時獲取爐內(nèi)各區(qū)域溫度數(shù)據(jù)，應(yīng)用 HT 粒子動態(tài)渲染技術(shù)直觀表現(xiàn)爐內(nèi)溫度梯度分布。通過溫度變化趨勢數(shù)據(jù)，可預(yù)判軟熔帶位置上移/下移、厚度增厚/減薄等形態(tài)變化，為調(diào)整布料角度、送風(fēng)溫度等冶煉策略提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

速度場

基于實(shí)時爐內(nèi)煤氣流動數(shù)據(jù)，參照 CAE 流場仿真的氣流規(guī)律，動態(tài)模擬爐內(nèi)煤氣的流動軌跡與流動速度。通過流線動畫清晰識別氣流死區(qū)，即煤氣流動停滯或流速過低的區(qū)域。避免因氣流分布不均影響爐內(nèi)反應(yīng)效率，保障煤氣與爐料的充分接觸反應(yīng)。

壓力場

以 HT 可視化“一張圖”形式呈現(xiàn)爐內(nèi)壓力變化情況，實(shí)時監(jiān)測爐頂、爐身、爐缸等關(guān)鍵部位的壓力波動。若爐頂壓力出現(xiàn)壓力驟升或驟降等失衡趨勢時，系統(tǒng)會及時發(fā)出預(yù)警，提醒操作人員調(diào)整風(fēng)口面積、優(yōu)化出鐵節(jié)奏。

關(guān)于 HT 3D 粒子系統(tǒng)

圖撲 HT 3D 粒子系統(tǒng)為數(shù)字孿生與仿真而設(shè)計(jì)，由粒子發(fā)射器、粒子屬性、粒子行為、渲染方式、粒子生命周期管理等組成，實(shí)現(xiàn)火、煙、雨、雪、爆炸、塵埃、光尾、魔法等效果。在 HT for Web 引擎之上進(jìn)行了性能優(yōu)化，支持大規(guī)模粒子特效應(yīng)用，支持物理特性（重力、風(fēng)力、碰撞）模擬，支持粒子交互特性，粒子可與場景中的物體產(chǎn)生碰撞、吸附等互動特性，可應(yīng)用于數(shù)字孿生與仿真應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)模擬天氣、火災(zāi)、泄漏、氣流、洋流、物體應(yīng)變、形變等動態(tài)過程。

熱力圖

為實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度分布的全域感知，圖撲以高爐實(shí)體尺寸為基準(zhǔn)，1:1 還原搭建高爐三維模型，再將離散的測溫?cái)?shù)據(jù)通過插值算法進(jìn)行空間插補(bǔ)，確保溫度場呈現(xiàn)的連續(xù)性與完整性。并采用圖撲軟件自研的專屬熱力渲染引擎，將溫度值映射為多色階漸變熱力圖。場景內(nèi)支持對三維模型的任意角度旋轉(zhuǎn)查看，可從不同視角掌握爐內(nèi)溫度分布細(xì)節(jié)。

此外，測點(diǎn)位置具備點(diǎn)擊交互功能，點(diǎn)擊目標(biāo)測點(diǎn)即可調(diào)取其近期歷史數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)將以折線圖的可視化形式呈現(xiàn)，清晰展示數(shù)據(jù)變化軌跡，助力高效分析。

爐缸侵蝕

爐缸作為高爐的核心部位，其侵蝕問題影響著高爐的壽命。圖撲 HT 依托自研仿真分析技術(shù)，融合爐缸實(shí)時侵蝕數(shù)據(jù)與鐵水凝固數(shù)據(jù)，通過對 CFD 流態(tài)散熱仿真結(jié)果、FEA 結(jié)構(gòu)應(yīng)力耦合分析結(jié)果的深度整合與二次解析，動態(tài)生成高保真爐缸仿真模型?？商峁?strong>剖切功能，操作人員通過調(diào)整剖切角度，查看爐缸各截面的侵蝕程度與鐵水凝固情況，及時掌握爐缸侵蝕趨勢。

以爐缸侵蝕數(shù)據(jù)為核心、溫度數(shù)據(jù)為輔助，結(jié)合爐缸實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建，可直觀展示爐缸不同角度的侵蝕深度與對應(yīng)區(qū)域的溫度分布情況，為判斷侵蝕風(fēng)險(xiǎn)、制定針對性防護(hù)方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

凝固線模型

依托爐缸結(jié)構(gòu)框架，以爐缸鐵水凝固數(shù)據(jù)為核心、溫度數(shù)據(jù)為輔助，清晰呈現(xiàn)爐缸各角度的鐵水凝固范圍與溫度分布特征，為優(yōu)化鐵水凝固控制策略提供直觀參考，避免因鐵水凝固不均加劇爐缸侵蝕。

布料

圖撲 HT 三維場景內(nèi)支持操作人員實(shí)時觀察原料從布料器精準(zhǔn)拋灑至高爐內(nèi)部的動態(tài)過程，通過 HT 3D 技術(shù)清晰追蹤礦石、焦炭等不同原料的落點(diǎn)位置與料層堆積形態(tài)，確保原料分布狀態(tài)可實(shí)時監(jiān)控。

HT 通過三維模型與二維數(shù)據(jù)面板，將布料厚度、原料分布均勻度等關(guān)鍵參數(shù)直觀呈現(xiàn)。若發(fā)現(xiàn)布料不均、原料落點(diǎn)偏移等異常情況，平臺會立即觸發(fā)告警，同時生成科學(xué)優(yōu)化布料器角度、轉(zhuǎn)速等策略，實(shí)現(xiàn)對布料過程的精準(zhǔn)監(jiān)控。

圖撲軟件搭建的高爐三維仿真平臺，依托實(shí)時感知網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合 5G + 工業(yè) PON 雙通道傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效采集。系統(tǒng)采用動態(tài)三維重建技術(shù)與熱力學(xué)仿真引擎，實(shí)現(xiàn)爐體透明度調(diào)節(jié)、全角度觀察等全域可視化功能，同時搭配完善的預(yù)警機(jī)制與故障診斷機(jī)制，可及時識別壓力異常、熱負(fù)荷超標(biāo)、爐缸侵蝕等風(fēng)險(xiǎn)，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)高爐冶煉的智能化、高效化運(yùn)行。

審核編輯 黃宇