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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的優化等等有重要作用。冶金過程仿真結果和工業試驗的觀察吻合很好，對工業生產有較好的指導作用。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。經過多年來的積淀和發展，針對純凈鋼冶煉與連鑄過程的數學物理模擬研究已經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的課題，高效異型坯連鑄技術的開發與應用通過數值模擬，確定中間包內檔墻位置，優化高拉速時中間包內鋼水流場；優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、四流中間包內型優化設計的數值模擬研究；馬鋼第四軋鋼廠連鑄中間包擋墻工藝參數優化的數值模擬研究項目；馬鋼第四軋鋼廠連鑄結晶器水口結構工藝參數優化的數值模擬研究項目；馬鋼電爐冶煉廠 120 t 鋼包吹氬工藝參數優化的研究項目；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（如，中間包）的流動和傳熱的數模研究，掌握冶金反應器內（如，中間包）流體流動的規律，提供合理的工藝設備參數，使其冶金效果（夾雜物脫除、鋼水成分、溫度均勻性）符合生產實際要求，如，中間包鋼水達到包內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，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率由 65%提高到 87%，該模式在全連鑄生產中應用屬于國內首創。同時對引進的原有工藝及設備進行了改造、創新后，使鑄機達到了高拉速、高作業率、高質量的水平，鑄機的年產量由 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。對于節能降耗效益顯著。社會經濟效益分析過程仿真技術在物理與數學模型相結合的條件下，對冶金企業產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生廢坯。不僅可提高企業的經濟效益，利于有效地節約能源，降低碳排放，也利于產生了良好的社會效益。合作方式合作開發、受托開發聯系方式冶金學院王建軍（0555-2312091）；周俐（13955561593）岳強（15905556998）。

安徽工業大學 2021-04-11

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