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冶金過程計算機仿真技術

成果簡介冶金過程仿真是以程序設計和物理模擬相結合，通過數(shù)值計算和圖像顯示的方法，對工程問題和物理問題乃至自然界各類問題進行研究。冶金過程仿真在煉鋼、爐外精煉以及連鑄過程有著廣泛的應用。在鋼液的冶煉、澆注過程中所涉及到的流體流動、傳熱、傳質進行模擬，其中包括鋼包精煉過程、連鑄中間包、連鑄結晶器澆鑄過程以及模鑄澆鑄過程中的三維多相流動、傳熱、傳質與凝固的冶金過程仿真。外加電磁場作用下，對連鑄中間包的感應加熱，結晶器電磁制動條件下連鑄結晶器內(nèi)鋼水的流動和夾雜物去除的冶金過程仿真研究；鋼包感應加熱過程操作參數(shù)的優(yōu)化等等有重要作用。冶金過程仿真結果和工業(yè)試驗的觀察吻合很好，對工業(yè)生產(chǎn)有較好的指導作用。成熟程度和所需建設條件本技術較為成熟，課題組自行開發(fā)軟件并配備了流體通用 CFD 軟件包 ANSYSFLUENT，以及磁流體模塊（MHD），主要用來對冶金過程中流體流動、組分傳輸、傳熱、凝固、燃燒以及電磁冶金過程的仿真分析。經(jīng)過多年來的積淀和發(fā)展，針對純凈鋼冶煉與連鑄過程的數(shù)學物理模擬研究已經(jīng)成為本方向較為成熟的研究手段和方法，近十年，相繼完成近百項相關課題。 2005 年 11 月 30 日“高效異型坯連鑄技術開發(fā)與應用” 項目，獲安徽省科技進步一等獎。近幾年實驗室承擔了多項冶金企業(yè)的課題，高效異型坯連鑄技術的開發(fā)與應用通過數(shù)值模擬，確定中間包內(nèi)檔墻位置，優(yōu)化高拉速時中間包內(nèi)鋼水流場；優(yōu)化水口結構以及鋼水凝固殼厚度的分布特征；改善結晶器下部的傳熱條件；該技術在馬鋼三煉鋼廠取得了較好的經(jīng)濟效益。先后成功應用于馬鋼、濟鋼和和上海亞新等冶金過程中，鋼包、中間包、結晶器以及外場作用（電磁）下，對冶煉工藝以及反應器結構進行優(yōu)化，近期完成的科研項目有：上海亞新中天六流、四流中間包內(nèi)型優(yōu)化設計的數(shù)值模擬研究；馬鋼第四軋鋼廠連鑄中間包擋墻工藝參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬研究項目；馬鋼第四軋鋼廠連鑄結晶器水口結構工藝參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬研究項目；馬鋼電爐冶煉廠 120 t 鋼包吹氬工藝參數(shù)優(yōu)化的研究項目；濟鋼三煉鋼 ASP、 5#連鑄機冶金容器流場模擬研究項目。技術指標通過對冶金過程反應器內(nèi)（如，中間包）的流動和傳熱的數(shù)模研究，掌握冶金反應器內(nèi)（如，中間包）流體流動的規(guī)律，提供合理的工藝設備參數(shù)，使其冶金效果（夾雜物脫除、鋼水成分、溫度均勻性）符合生產(chǎn)實際要求，如，中間包鋼水達到包內(nèi)任意兩點的溫差不大于 5 攝氏度為合格。鋼包達到較為理想的攪拌效果，結晶器對液面波動、凝固坯殼厚度以及流動的控制給出合理的參數(shù)，為高效、低能耗和綠色冶金提供指導。市場分析和應用前景在冶金過程仿真技術的研究下，高效異型坯連鑄技術使鑄機作業(yè)率由 65%提高到 87%，該模式在全連鑄生產(chǎn)中應用屬于國內(nèi)首創(chuàng)。同時對引進的原有工藝及設備進行了改造、創(chuàng)新后，使鑄機達到了高拉速、高作業(yè)率、高質量的水平，鑄機的年產(chǎn)量由 63 萬噸提高到 110 萬噸， 2003 年該項目獲安徽省科技進步一等獎。對于節(jié)能降耗效益顯著。社會經(jīng)濟效益分析過程仿真技術在物理與數(shù)學模型相結合的條件下，對冶金企業(yè)產(chǎn)品質量的提高具有重要作用。提高鋼液的潔凈度，較少鑄坯修磨工作量的增加或產(chǎn)生廢坯。不僅可提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，利于有效地節(jié)約能源，降低碳排放，也利于產(chǎn)生了良好的社會效益。合作方式合作開發(fā)、受托開發(fā)聯(lián)系方式冶金學院王建軍（0555-2312091）；周俐（13955561593）岳強（15905556998）。

安徽工業(yè)大學 2021-04-11

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