我國鋼鐵工業調整升級規劃提出了促進創新發展、堅持綠色發展、推動智能

制造的指導思想，實現我國鋼鐵工業轉型升級。因此，開展高品質鋼的智能制造

相關技術的研究非常必要。冶金反應器內存在著復雜化學反應和物理過程，存在

高溫不可視的特點。本項目開發的高品質鋼生產過程仿真模型可以準確地在線了

解精煉和連鑄過程的工作狀況，確保潔凈度和鑄坯質量的精準控制，顯著提高高

品質鋼潔凈度和鑄坯質量的穩定性和可靠性。建立的模型適用于不同鋼鐵企業、

不同鋼種、不同生產流程、不同冶金設備。因此，高品質鋼冶煉過程仿真技術在

鋼鐵冶金領域的應用前景十分廣闊。

（1）建立了鐵水預處理脫硫模型。根據鐵水包和相應攪拌器的尺寸得出幾

何模型，對于鐵水包內 KR 脫硫過程進行數值模擬計算，包括 KR 攪拌過程中鐵水

包內速度分布、鐵水漩渦面深度、氧化鈣粒子的運動、分布和不同參數下的鐵水

脫硫效果。應用本研究開發的 KR 脫硫過程模型可以應用指導和提升現場生產過

程 KR 反應器內的脫硫速率。

（2）建立了轉爐煉鋼模型。根據鋼水重量、氧氣位置、相應轉爐幾何尺寸

得出數學模型，實現對轉爐內流場、速度場和溫度場等精準預測，同時對轉爐氧

槍位置、流量等參數進行優化，實現對轉爐內參數的優化和控制。

（3）建立了吹氬過程合金化模型。合金化模型考慮了合金粒子的加入、運

動、熔化和混勻的完整過程，并且通過用戶定義程序（UDF），計算整個計算域內

的混勻時間。本模型的應用可以更準確地預測實際生產鋼包吹氬過程中合金混勻

過程，提升鋼液成分的穩定性，優化合金化時間，降低生產成本。（4）建立了鋼包吹氬過程湍流條件下夾雜物去除模型。夾雜物去除模型重

點研究了湍流強度對單個氣泡對夾雜物去除率的影響，考慮了氣泡尺寸對其形貌

的影響、氣泡尾流對夾雜物的捕獲等。本模型的應用可以更準確地預測實際生產

鋼包吹氬過程中合金混勻過程和夾雜物的氣泡浮選去除，提升鋼包冶煉過程中高

品質鋼的潔凈度。（5）建立了連鑄中間包中間包模型。通過自主開發 UDF 子程序，對中間包

內鋼液三維流場和夾雜物濃度場進行耦合計算，使用 PSG 法計算多組不同特征直

徑夾雜物顆粒間碰撞聚合長大過程。可以用于模擬高品質鋼生產過程冶金反應器

中夾雜物的碰撞、長大及去除，實現夾雜物的尺寸和數量變化的精準預測，提升

精煉及中間包冶金過程高品質鋼鋼液潔凈度。（6）建立連鑄結晶器內全凝固及夾雜物運動捕捉數值模型，實現了結晶器

連鑄過程流場、傳熱凝固、磁場和夾雜物運動的耦合計算。可應用于預測整個連

鑄過程的流場、鑄坯溫度和坯殼厚度等，尤其是可以預測夾雜物在整個鑄坯斷面

上的分布規律，提升高品質鋼鑄坯潔凈度。