项目2：转炉炼钢生产虚拟仿真实践教学系统

1. 实验目的

利用认知实习模块精心研发的工作原理动画、3D动画、设备拆装图、现场视频和照片等各类多媒体素材，详细描述转炉炼钢生产流程，生动再现转炉炼钢生产的全过程、主要设备的构造、参数及工作原理（动画）等内容，让学生便捷了解和掌握转炉炼钢生产流程、工艺和设备，补充学生在课本和现场认识学习的不足。

利用仿真操作模块真实模拟生产现场的操作，设定操作目标，选择操作参数，让学生全面掌握转炉炼钢操作及工艺设置，学生设定的每个参数、每步操作都会影响生产结果和经济效益，充分锻炼学生工程实践能力。

利用考核评价模块，从理论考核和操作考核两方面，对学生的理论认知水平和实践操作水平进行科学、公正的考评，有效验证学生的综合能力水平。

利用创新实践模块，通过吹炼控制模型、造渣工艺路线模型、喷溅预报模型与氧枪控制模型功能，结合企业生产遇到的实际问题，让学生动手验证自己的创新性想法，培养学生自主创新能力。

利用设计教学模块，让学生快速熟悉炼钢厂车间设计与主要生产设备设计，让学生能迅速掌握设计报告编写方法，提升学生设计能力、实践能力，培养系统性思维能力。

平台基于逻辑严密的操控模型，依托科学严谨的冶金数学模型，参考严格遴选的企业过程控制专家数据库，构造响应灵敏、数据可靠、推演可信的仿真生产操作系统；具备完善的报表体系，实时记录正常操作过程以及关键误操作；事件按重要程度分等级管理，所有数据支持实时浏览及历史查询；工艺参数设定支持一键加载默认参数功能，为学生提供快速简捷的训练通道，也支持简化工艺调控，注重操作技能训练。

2. 实验原理

逻辑严密的操控模型。转炉冶炼生产过程设计供氧系统、底吹系统、倾动系统、副枪系统、挡渣系统、装料系统、装料系统和合金系统等复杂的设备及其控制系统，各个系统由操作进度、安全性形成全面的操作过程与连锁关系，实验时必须掌握各个系统运行的操作过程及背后的逻辑。

科学严谨的冶金数学模型。吹炼过程设计复杂的物理及化学反应过程，学生需要掌握炼钢过程的物料平衡与热平衡计算；掌握炼钢脱磷的热力学及动力过程，了解炼钢既是炼渣的机理；掌握碳氧平衡及钢液氧活度计算，并能根据终点控制合理进行合金化。

了解炼钢过程烟气的主要成分，烟气净化原理与设备控制方法，了解汽化冷却系统的主要作用和设备操作方法。

3. 软件操作界面

                                       

                                                                                     图1转炉炼钢仿真操作之转炉总貌

                                       

                                                                                           图2转炉炼钢仿真操作之倾动控制

                                       

                                                                                 图3转炉炼钢仿真操作之两车控制

                                       

                                                                                     图4转炉炼钢仿真操作之辅机控制

                                        

                                                                                     图5转炉炼钢仿真操作之历史趋势

                                         

                                                                                      图6转炉炼钢仿真操作之氧枪控制

4 实验步骤

生产准备；加废钢和铁水；开始吹炼（吹炼参数设定及连锁检查-炼操作-枪位调节和流量调节-造渣与加料-副枪测量）；出钢（地车操作-出钢-合金化-溅渣-氧枪换枪操作-氮气溅渣）；出渣（渣车操作及倒渣）。

4.1 生产准备

（1）开启氧枪设备冷却水；

（2）开启转炉炉体冷却水；

（3）开启转炉汽化冷却系统；

（4）开启除尘系统；

（5）打开转炉底吹控制系统；

（6）打开挡火门；

（7）选择生产所需要的氧枪，并将其移动到工作位；

（8）倾动系统送电，并选择生产模式；

（9）选择生产计划；

（10）罩裙上升至上限位。

4.2 制定生产工艺

（1）选择底吹参数；

（2）选择吹炼模式，设定枪位与流量；

（3）选择造渣料的种类，加入量与加入时机；

（4）选择废钢种类与加入量；

（5）选择铁水种类与加入量。

4.3加废钢和铁水

（1）装废钢

倾动控制权限转交到加料侧，使用加料侧控制面板，倾动转炉到45°；

点击废钢槽吊入，等待废钢槽到达转炉炉口，点击装入废钢，废钢完全装入后点击废钢槽吊出。

（2）兑铁水

倾动角度转到约55°，依次点击装入铁水，铁水包吊入，装入铁水和铁水包吊出，完成对铁过程；

转炉回正到0°。

4.4开始吹炼

（1）等待转炉转回0°；

（2）降下罩裙，关闭挡火门，关闭防爆门；

（3）启动氧枪升降系统；

（4）设置氧枪控制为自动，氧枪自动下枪到待吹位；

（5）设置氧枪切断阀和流量控制阀为自动；

（6）检查其他各项准备条件，均满足后点击吹氧冶炼；

（7）氧枪自动下枪，开始点火吹炼，钢液成分与温度开始变化。

4.5加料造渣

（1）系统根据自动设置提示加入造渣料，到造渣控制界面，点击称重；

（2）各个称重料斗完成称重后点击装料；

（3）将重量设定切换成手动，可人工输入称重值，随后即可点击称重、装料完成其他批次的装料过程，直至钢液成分达标。

4.6 终点控制

（1）观察钢液成分变化，或根据冶炼进度，在冶炼末期，使用副枪进行测温、定氧、取样；

（2）在手动模式下，依次点击探头类型，副枪推出、下降，等待现实测量结果，随后再点击上升，收回，可以完成依次副枪检测。

（3）在自动模式下，点击自动检测，副枪即可完成一轮动作并检测出钢液温度和成分。

（4）根据副枪检测结果，判断继续吹氧量；

（5）在“吹氧冶炼”及“投料造渣”过程中，可随时通过“数据监控”界面观察“钢水成分”、“钢渣成分”、“烟气成分”、“设备状态”、“吹炼信息”以及操作记录。

（6）检测到钢种成分及温度均符合目标钢种要求时，切换到“氧枪控制”界面，在界面右下侧“氧枪升降系统操作”区域内，点击“选择手动按钮”将氧枪操作切换到手动方式，点击“提枪”按钮，手动将氧枪提升至“换枪位”。关闭吹氧，准备出钢。

4.7 出钢

（1）“钢包已装载”按钮或“两车控制”界面切换按钮，进入“两车控制”界面。

（2）在界面中间位置，点击“装入钢包”进行钢包装载。

（3）钢包装入后，在界面的右侧“钢包车行走控制”区域，点击“前进”。钢包车到达“出钢位”后，自动停止。

（4）点击“裙罩上限位”或“挡火门打开位”按钮或“辅机控制”界面切换按钮，进入“辅机控制”界面。在界面的“挡火门开闭控制”区域，同时选择“左门控制”及“右门控制”选择完成后，点击“打开”，此时挡火门打开直至打开到位。在界面的“罩裙升降控制”区域，点击“打开”，则罩裙上升直到上升到位。

（5）至此，出钢条件已全部满足，操作条件区域的“出钢条件”按钮常绿。点击“出钢”按钮，进行出钢操作。

（6）选择“出钢”工序后，“钢包合金”按钮闪烁，提示设定钢包合金。点击“钢包合金”按钮或“钢包合金”界面切换按钮进入“钢包合金”界面。此时，根据测定的元素含量及目标钢种的合金要求，计算合金加入量，输入到对应合金料下的“重量设定”框中。点击称量，将合金料准备到“称量中间料斗”中，在出钢过程中使用。

（7）合金料准备好后，将操作界面切换到“倾动控制”。在界面的左下侧“倾动系统操作”区域点击“出钢侧”按钮，在界面的右上侧“倾动控制（加料侧）”区域选择他处，在“倾动控制（出钢侧）”区域选择本地，这样倾动操作权限就转换到出钢侧操作台。此时，“倾动控制（出钢侧）”操作地点“本地”操作显示为绿色。

（8）将界面切换到“两车控制”。在界面左下侧出现倾动控制按钮，此时可以进行出钢操作。点击反转倾动转炉至钢水流出。

（9）出钢期间，当转炉钢水剩余至50t～30t时，点击界面中部“加入渣棒”按钮，加入挡渣棒，加入渣棒时间较长，可适当停止转炉倾动。

（10）钢水全部出完后，回倾转炉至-40°～ -20°倾角时，点击点击界面中部“加入渣帽”按钮，加入挡渣帽，加入渣帽时间较长，可适当停止转炉倾动。

（11）出钢过程中，可加入钢包合金料。将操作界面切换至“钢包合金”，此前已将加入合金重量设定完毕，只要点击“装料”按钮即可。

（12）点击“正转”，继续回倾转炉至零位。点击“钢包车行走控制”区域内的后退，将钢包车行走至“炉后位”，点击“吊出钢包”按钮，吊出钢包。至此转炉出钢结束。

4.8溅渣

（1）点击“罩裙在下限位”按钮或“辅机控制”界面切换按钮进入“辅机控制”界面。操作“罩裙升降控制”区域将罩裙下降至下限位。

（2）罩裙到位后，切换界面至“氧枪控制”。在界面的右下侧“氧枪升降系统操作”区域，点击“选择手动”按钮，将氧枪操作模式改为手动。点击“降枪”按钮，调整氧枪至“待吹位”。

（3）点击“溅渣护炉条件”下的“氮气控制准备好”按钮或“氮气溅渣”界面切换按钮将界面切换至“氮气溅渣”。将界面左侧“左枪氮气开闭控制”及“左枪氮气流量控制”区域内的模式切换全部选择“自动”。

（4）“溅渣护炉条件”按钮转为绿色。点击“溅渣护炉”按钮，进入“溅渣护炉”工序。

（5）将操作界面切换至“氧枪控制”。手动点击“降枪”按钮，将氧枪降至吹炼位进行溅渣。溅渣时间2-5min。

（6）溅渣结束后，点击“提枪”按钮将氧枪提升至“换枪位”。

4.9出渣

（1）点击“渣盆已装载”按钮或“两车控制”界面切换按钮将界面切换至“两车控制”。在界面中间位置，点击“装入渣盆”进行渣盆装载。

（2）渣盆装入后，在界面的右侧“渣车行走控制”区域，点击“前进”。渣车到达“出渣位”后，自动停止。

（3）将界面切换至“辅机控制”，在界面左侧的“罩裙升降控制”区域，点击“打开”按钮，将罩裙提升至上限位。

（4）“出渣条件”按钮转为绿色。点击“出渣”按钮，进入“出渣”工序。

（5）将操作界面切换到“倾动控制”界面，在界面的左下侧“倾动系统操作”区域点击“出渣侧”按钮，在界面的右侧“倾动控制（出钢侧）”区域选择他处，在“倾动控制（出渣侧）”区域选择本地，这样倾动操作权限就转换到出渣侧操作台。此时，“倾动控制（出渣侧）”操作地点“本地”操作显示为绿色。

（6）将操作界面切换到“两车控制”。在界面右下侧出现倾动控制按钮，此时可以进行出渣操作。点击“正转”按钮倾动转炉至钢渣流出。

（7）待到钢渣全部流出，界面右侧转炉钢渣重量为零时，点击“反转”按钮，回倾转炉至零位。点击“渣车行走控制”区域内的“后退”按钮，将渣车行走至“渣场位”。

4.10 冶炼结果查看

（1）出渣结束后，转炉倾动回到零位，本炉次操作结束。

（2）返回到“转炉总貌”界面，在左侧“工序操作”区域，点击“冶炼结束”按钮，本次转炉炼钢过程彻底结束。点击工序查看，即可看到本炉次冶炼的所有工艺参数与成本。