仿真實驗在鋼鐵冶金教學中的應用

宋卓斐，李運剛，李俊國

（河北聯合大學 河北省現代冶金技術重點實驗室，河北 唐山 063009）

仿真實驗在鋼鐵冶金教學中的應用

宋卓斐，李運剛，李俊國

（河北聯合大學 河北省現代冶金技術重點實驗室，河北 唐山 063009）

冶金過程是一個復雜的工業過程，設備龐大，工藝程序多，且危險因素較多。學生在實習過程中無法親自操作設備，也難以把握整個流程。網絡模擬煉鋼系統集成了煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制等冶金生產環節。通過學生的實際操作，可以深刻理解并掌握生產工藝。對專業課的學習也起到了促進作用。

網絡；虛擬煉鋼；實訓

一、平臺建設背景

現代化鋼鐵廠設備龐大，工藝煩瑣，尤其是涉及高溫作業，其實際操作很難在學校環境內大規模實現，內部的反應工況更難直觀顯現和觀察，另一方面由于其過程的復雜性及高成本、高消耗使得企業也無法進行現場實驗。因此建立符合現場實際生產流程的微縮實驗平臺對于高校的人才培養及企業的員工培訓及新工藝開發都有著積極的意義。通過實驗室數值模擬與仿真實驗平臺，開展數值模擬設計研究，建立小型實驗設備裝置，進而摸索冶煉的合理條件和工況，這在高校科研中占有絕大比例，而將高校教師的科研項目與課題融入教學研究中，是迫切需要探索的問題。

二、基本構架

河北聯合大學冶金工程專業為國家特色專業、河北省優秀重點專業，是國家學位辦立項建設的博士授權學科，在科研方面具有雄厚的實力，比照現代化大型鋼鐵廠，冶金與能源學院擁有系統的冶金流程模擬仿真設備。數值模擬方面擁有Fluent、ANSYS、Fact Sage等大型模擬軟件，如圖1所示，可進行煉鐵、煉鋼、精練及連鑄等多方面冶金流程的模擬。

物理模擬方面，鐵礦粉造塊工序具有小型燒結模擬實驗設備和豎爐實驗設備，煉鐵工序具有氣淬渣處理模擬實驗平臺，煉鋼、精練及連鑄工序具有完整的轉爐煉鋼、LF精練、RH精練和板坯連鑄的水模型仿真平臺，煉鋼工序有中頻爐、高溫高壓釜等特殊鋼冶煉模擬實驗平臺，連鑄工序有成套的軟接觸電磁連鑄模擬實驗平臺，軋鋼工序具有小型軋鋼機模擬實驗平臺。各個典型平臺如圖2所示。

三、平臺主要功能

冶金模擬仿真實驗平臺功能主要包括兩方面，一方面數值模擬具有強大直觀的顯現功能，可獲得冶金容器內部熱風、鋼液或鑄坯等各種形態的物質的流場、溫度場或濃度場等，通過做圖等可形象展示其變化規律，獲得具有指導意義的參數和方法。另一方面，各個流程的小型模擬平臺可在高溫、真空、高壓、電磁場、急冷等多種復雜環境下，實現鋼鐵廠煉鐵、煉鋼及連鑄過程的模擬，開展相關的冶煉鑄軋系統化研究。

四、教學效果

冶金模擬仿真科研實驗平臺充分發揮了高校科研力量，利用各類科研項目申請的儀器和設備，深入再現鋼鐵廠的冶煉鑄軋細節，尤其是將煉鋼廠高溫作業流程轉化為高校內水模擬實驗流程，簡單直觀地再現了鋼鐵冶煉的內部場景及規律，給學生以深刻的印象。科研活動中很多基礎工作，是本科實驗教學的典范，將科研引至仿真模擬實驗教學中，充分體現了“科研融入教學，教學體現科研”的思想，通過學生及企業新入職員工的實際操作可以學習相關過程的原理及操作方法，可以培養學生的動手能力及對理論知識的深入了解，鍛煉科研能力、培養創新能力；可以使企業新入職員工更快的適應崗位，減少培訓時間，節約培訓成本，提高培訓效果。

總之，仿真實驗平臺的建立，使學生可以在低成本高安全性的情況下重復現場生產，可以得到真實的實際生產數據，鍛煉科研能力與創新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）13-0262-02