鋼鐵冶煉中，高爐煉鐵因機理復雜呈“黑箱”特性，傳統(tǒng)方法難以精準感知爐內狀態(tài)。而高爐領域的核心技術——計算機輔助工程（CAE）仿真技術體系，雖能通過有限元分析（FEA）解析爐體結構應力、侵蝕規(guī)律，借助計算流體動力學（CFD）還原爐內氣流、溫度場流動特性，深度解析爐內物理場與反應機理，卻因分析結果抽象、難落地、國外技術壁壘等影響，使其價值難以充分釋放。

圖撲軟件依托自研 2D/3D 可視化渲染與輕量化交互技術，搭建高精度高爐三維模型，動態(tài)呈現(xiàn)爐體結構、風口分布、料面運動等關鍵要素，同時深度集成等壓線、熱負荷、等溫線等多維仿真模塊，將 CAE 仿真計算得出的高爐核心數據及復雜內部物理場數據，轉化為直觀可視的場景化內容，為破解“黑箱”難題提供技術支撐。

圖撲憑借輕量化三維建模技術，根據鋼廠現(xiàn)場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設備三視圖等資料，對爐壁、熱風爐、供料及輸送設備等廠區(qū)設備進行外觀建模，其外觀紋理細節(jié)與結構特征均高度還原實體設備，營造出工業(yè)場景的沉浸式視覺體驗。

等壓線

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

HT 監(jiān)控系統(tǒng)基于爐身傳感器網絡采集的實時數據，與 CAE 壓力場仿真結果進行耦合校驗，構建實時壓力等值線與等壓面模型，通過專屬數據面板直觀展示爐身、爐腰、爐腹、熱風圍管等關鍵部位的最高壓力、壓力極差等核心數據。當監(jiān)測到各區(qū)域壓力極值點時，2D 面板會自動觸發(fā)報警并精準定位異常點位，便于操作人員快速響應。

歷史數據回放

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。并結合圖表工具對每個傳感器點位的歷史氣壓數據進行可視化呈現(xiàn)，支持在三維模型上實現(xiàn)數據回放功能，助力操作人員回溯氣壓變化過程、分析異常成因。

熱負荷

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

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

數據監(jiān)測展示

圖撲 HT 以冷卻系統(tǒng)采集的冷卻介質進出口溫度、流量以及冷卻壁表面積等實時數據為監(jiān)控核心，采用插值算法精準計算冷卻壁熱負荷值。

當熱負荷超過設置的閾值時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)定位告警，點擊面板右上角定位標識，實現(xiàn)一鍵定位問題區(qū)域。為操作人員及時開展科學研判提供精準依據，避免因局部過熱導致耐火材料失效，保障爐體結構安全。

等溫線

圖撲 HT 通過采集爐內溫度數據，結合數據同化算法與三維溫度場重建技術，實現(xiàn)對高爐軟熔帶等溫平臺的精準可視化定位，為判斷軟熔帶形態(tài)、優(yōu)化冶煉參數提供關鍵支撐。

數據監(jiān)測展示

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

同樣，可基于歷史溫度數據實現(xiàn)對高爐生產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反應環(huán)境的核心模塊，主要包含溫度場、速度場、壓力場三大維度。數據源于實時感知網絡與 CAE 流場仿真結果——其中溫度場、速度場的核心仿真邏輯基于 CFD 技術，可精準模擬煤氣流動軌跡、溫度梯度擴散規(guī)律；壓力場則結合 FEA 與 CFD 的耦合分析，兼顧結構承載與流體壓力傳遞特性，全方位呈現(xiàn)爐內反應動態(tài)。

溫度場

基于搭載的多元感知元件，實時獲取爐內各區(qū)域溫度數據，應用 HT 粒子動態(tài)渲染技術直觀表現(xiàn)爐內溫度梯度分布。通過溫度變化趨勢數據，可預判軟熔帶位置上移/下移、厚度增厚/減薄等形態(tài)變化，為調整布料角度、送風溫度等冶煉策略提供數據依據。

速度場

基于實時爐內煤氣流動數據，參照 CAE 流場仿真的氣流規(guī)律，動態(tài)模擬爐內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反應效率，保障煤氣與爐料的充分接觸反應。

壓力場

以 HT 可視化“一張圖”形式呈現(xiàn)爐內壓力變化情況，實時監(jiān)測爐頂、爐身、爐缸等關鍵部位的壓力波動。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)出預警，提醒操作人員調整風口面積、優(yōu)化出鐵節(jié)奏。

關于 HT 3D 粒子系統(tǒng)

圖撲 HT 3D 粒子系統(tǒng)為數字孿生與仿真而設計，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 引擎之上進行了性能優(yōu)化，支持大規(guī)模粒子特效應用，支持物理特性（重力、風力、碰撞）模擬，支持粒子交互特性，粒子可與場景中的物體產生碰撞、吸附等互動特性，可應用于數字孿生與仿真應用中，實現(xiàn)模擬天氣、火災、泄漏、氣流、洋流、物體應變、形變等動態(tài)過程。

熱力圖

為實現(xiàn)爐內溫度分布的全域感知，圖撲以高爐實體尺寸為基準，1:1 還原搭建高爐三維模型，再將離散的測溫數據通過插值算法進行空間插補，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。場景內支持對三維模型的任意角度旋轉查看，可從不同視角掌握爐內溫度分布細節(jié)。

此外，測點位置具備點擊交互功能，點擊目標測點即可調取其近期歷史數據，且數據將以折線圖的可視化形式呈現(xiàn)，清晰展示數據變化軌跡，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，融合爐缸實時侵蝕數據與鐵水凝固數據，通過對 CFD 流態(tài)散熱仿真結果、FEA 結構應力耦合分析結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。可提供剖切功能，操作人員通過調整剖切角度，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。

以爐缸侵蝕數據為核心、溫度數據為輔助，結合爐缸實際結構參數構建，可直觀展示爐缸不同角度的侵蝕深度與對應區(qū)域的溫度分布情況，為判斷侵蝕風險、制定針對性防護方案提供數據依據。

凝固線模型

依托爐缸結構框架，以爐缸鐵水凝固數據為核心、溫度數據為輔助，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 三維場景內支持操作人員實時觀察原料從布料器精準拋灑至高爐內部的動態(tài)過程，通過 HT 3D 技術清晰追蹤礦石、焦炭等不同原料的落點位置與料層堆積形態(tài)，確保原料分布狀態(tài)可實時監(jiān)控。

HT 通過三維模型與二維數據面板，將布料厚度、原料分布均勻度等關鍵參數直觀呈現(xiàn)。若發(fā)現(xiàn)布料不均、原料落點偏移等異常情況，平臺會立即觸發(fā)告警，同時生成科學優(yōu)化布料器角度、轉速等策略，實現(xiàn)對布料過程的精準監(jiān)控。

圖撲軟件搭建的高爐三維仿真平臺，依托實時感知網絡，結合 5G + 工業(yè) PON 雙通道傳輸，實現(xiàn)數據高效采集。系統(tǒng)采用動態(tài)三維重建技術與熱力學仿真引擎，實現(xiàn)爐體透明度調節(jié)、全角度觀察等全域可視化功能，同時搭配完善的預警機制與故障診斷機制，可及時識別壓力異常、熱負荷超標、爐缸侵蝕等風險，助力企業(yè)實現(xiàn)高爐冶煉的智能化、高效化運行。

審核編輯 黃宇