虚拟仿真实验教学资源丰富、层次鲜明、由浅入深、操作性强，适用于不同层次的各种相关人员学习，尤其是专业学生通过该系统与工程模拟、动态模型虚实结合的训练既能够加深学生对抽象的、难懂的理论知识的理解；又有利于学生亲自动手进行烧结、炼铁、炼钢、轧钢等方面的综合实验，增强 “钢铁是怎样炼成的”实感，培养学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力和创新能力；还有利于学生进行现代冶金生产操作训练，弥补学生以往到生产现场不能进行生产操作训练和冶金工艺实验的遗憾，缩短了上岗周期，有利于培养学生的工程能力和提升就业竞争力。

以下列举一个典型实验的详细流程。

项目1：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。