仿真实验在钢铁冶金教学中的应用

宋卓斐，李运刚，李俊国

（河北联合大学 河北省现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009）

仿真实验在钢铁冶金教学中的应用

宋卓斐，李运刚，李俊国

（河北联合大学 河北省现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009）

冶金过程是一个复杂的工业过程，设备庞大，工艺程序多，且危险因素较多。学生在实习过程中无法亲自操作设备，也难以把握整个流程。网络模拟炼钢系统集成了炼铁、炼钢、连铸、轧制等冶金生产环节。通过学生的实际操作，可以深刻理解并掌握生产工艺。对专业课的学习也起到了促进作用。

网络；虚拟炼钢；实训

一、平台建设背景

现代化钢铁厂设备庞大，工艺烦琐，尤其是涉及高温作业，其实际操作很难在学校环境内大规模实现，内部的反应工况更难直观显现和观察，另一方面由于其过程的复杂性及高成本、高消耗使得企业也无法进行现场实验。因此建立符合现场实际生产流程的微缩实验平台对于高校的人才培养及企业的员工培训及新工艺开发都有着积极的意义。通过实验室数值模拟与仿真实验平台，开展数值模拟设计研究，建立小型实验设备装置，进而摸索冶炼的合理条件和工况，这在高校科研中占有绝大比例，而将高校教师的科研项目与课题融入教学研究中，是迫切需要探索的问题。

二、基本构架

河北联合大学冶金工程专业为国家特色专业、河北省优秀重点专业，是国家学位办立项建设的博士授权学科，在科研方面具有雄厚的实力，比照现代化大型钢铁厂，冶金与能源学院拥有系统的冶金流程模拟仿真设备。数值模拟方面拥有Fluent、ANSYS、Fact Sage等大型模拟软件，如图1所示，可进行炼铁、炼钢、精练及连铸等多方面冶金流程的模拟。

物理模拟方面，铁矿粉造块工序具有小型烧结模拟实验设备和竖炉实验设备，炼铁工序具有气淬渣处理模拟实验平台，炼钢、精练及连铸工序具有完整的转炉炼钢、LF精练、RH精练和板坯连铸的水模型仿真平台，炼钢工序有中频炉、高温高压釜等特殊钢冶炼模拟实验平台，连铸工序有成套的软接触电磁连铸模拟实验平台，轧钢工序具有小型轧钢机模拟实验平台。各个典型平台如图2所示。

三、平台主要功能

冶金模拟仿真实验平台功能主要包括两方面，一方面数值模拟具有强大直观的显现功能，可获得冶金容器内部热风、钢液或铸坯等各种形态的物质的流场、温度场或浓度场等，通过做图等可形象展示其变化规律，获得具有指导意义的参数和方法。另一方面，各个流程的小型模拟平台可在高温、真空、高压、电磁场、急冷等多种复杂环境下，实现钢铁厂炼铁、炼钢及连铸过程的模拟，开展相关的冶炼铸轧系统化研究。

四、教学效果

冶金模拟仿真科研实验平台充分发挥了高校科研力量，利用各类科研项目申请的仪器和设备，深入再现钢铁厂的冶炼铸轧细节，尤其是将炼钢厂高温作业流程转化为高校内水模拟实验流程，简单直观地再现了钢铁冶炼的内部场景及规律，给学生以深刻的印象。科研活动中很多基础工作，是本科实验教学的典范，将科研引至仿真模拟实验教学中，充分体现了“科研融入教学，教学体现科研”的思想，通过学生及企业新入职员工的实际操作可以学习相关过程的原理及操作方法，可以培养学生的动手能力及对理论知识的深入了解，锻炼科研能力、培养创新能力；可以使企业新入职员工更快的适应岗位，减少培训时间，节约培训成本，提高培训效果。

总之，仿真实验平台的建立，使学生可以在低成本高安全性的情况下重复现场生产，可以得到真实的实际生产数据，锻炼科研能力与创新能力。

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G642.0

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1674-9324（2014）13-0262-02