成果簡介

冶金過程仿真是以程序設(shè)計(jì)和物理模擬相結(jié)合， 通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法， 對(duì)工程問題和物理問題乃至自然界各類問題進(jìn)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(yīng)用。 在鋼液的冶煉、 澆注過程中所涉及到的流體流動(dòng)、 傳熱、 傳質(zhì)進(jìn)行模擬， 其中包括鋼包精煉過程、 連鑄中間包、 連鑄結(jié)晶器澆鑄過程以及模鑄澆鑄過程中的三維多相流動(dòng)、 傳熱、 傳質(zhì)與凝固的冶金過程仿真。

外加電磁場作用下， 對(duì)連鑄中間包的感應(yīng)加熱， 結(jié)晶器電磁制動(dòng)條件下連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)和夾雜物去除的冶金過程仿真研究； 鋼包感應(yīng)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(jié)果和工業(yè)試驗(yàn)的觀察吻合很好， 對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有較好的指導(dǎo)作用。

成熟程度和所需建設(shè)條件

本技術(shù)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(duì)冶金過程中流體流動(dòng)、 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(duì)純凈鋼冶煉與連鑄過程的數(shù)學(xué)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(xiàng)相關(guān)課題。 2005 年 11 月 30 日“高效異型坯連鑄技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用” 項(xiàng)目， 獲安徽省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。 近幾年實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了多項(xiàng)冶金企業(yè)的課題， 高效異型坯連鑄技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)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(shí)中間包內(nèi)鋼水流場； 優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)以及鋼水凝固殼厚度的分布特征； 改善結(jié)晶器下部的傳熱條件； 該技術(shù)在馬鋼三煉鋼廠取得

了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 先后成功應(yīng)用于馬鋼、 濟(jì)鋼和和上海亞新等冶金過程中， 鋼包、 中間包、 結(jié)晶器以及外場作用（電磁） 下， 對(duì)冶煉工藝以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化， 近期完成的科研項(xiàng)目有：

上海亞新中天六流、 四流中間包內(nèi)型優(yōu)化設(shè)計(jì)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(xiàng)目；

馬鋼第四軋鋼廠連鑄結(jié)晶器水口結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬研究項(xiàng)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(xiàng)目；

濟(jì)鋼三煉鋼 ASP、 5#連鑄機(jī)冶金容器流場模擬研究項(xiàng)目。

技術(shù)指標(biāo)

通過對(duì)冶金過程反應(yīng)器內(nèi)（如， 中間包） 的流動(dòng)和傳熱的數(shù)模研究， 掌握冶金反應(yīng)器內(nèi)（如， 中間包） 流體流動(dòng)的規(guī)律， 提供合理的工藝設(shè)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(shí)際要求， 如， 中間包鋼水達(dá)到包內(nèi)任意兩點(diǎn)的溫差不大于 5 攝氏度為合格。 鋼包達(dá)到較為理想的攪拌效果， 結(jié)晶器對(duì)液面波動(dòng)、 凝固坯殼厚度以及流動(dòng)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(dǎo)。

市場分析和應(yīng)用前景

在冶金過程仿真技術(shù)的研究下， 高效異型坯連鑄技術(shù)使鑄機(jī)作業(yè)率由 65%提高到 87%， 該模式在全連鑄生產(chǎn)中應(yīng)用屬于國內(nèi)首創(chuàng)。 同時(shí)對(duì)引進(jìn)的原有工藝及設(shè)備進(jìn)行了改造、 創(chuàng)新后， 使鑄機(jī)達(dá)到了高拉速、 高作業(yè)率、 高質(zhì)量的水平， 鑄機(jī)的年產(chǎn)量由 63 萬噸提高到 110 萬噸， 2003 年該項(xiàng)目獲安徽省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。對(duì)于節(jié)能降耗效益顯著。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

過程仿真技術(shù)在物理與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的條件下， 對(duì)冶金企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)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(jì)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(huì)效益。

合作方式

合作開發(fā)、 受托開發(fā)

聯(lián)系方式

冶金學(xué)院 王建軍（0555-2312091）； 周俐（13955561593）

岳強(qiáng)（15905556998）。