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1、Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology仿真技术在冶金行业中的应用首秦技术交流Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology 交流内容目录1）概述：计算机CAE 技术在冶金行业的应用与发展 2）仿真技术在控冷工艺中应用 ,首秦西马克控冷模型原理2.1 控冷技术作用与冷却强度概念，2.2 西马克
2、自学习算法与终冷温度控制；2.3 板形与流量水比关系； 3）仿真技术在其它冶金方面应用3.1 还原粉化炉结构设计；3.2 转炉/中包CFD模拟与工艺优化；3.3 轧制过程中的变形模拟；3.4 材料热力学/动力学模型； Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology一、仿真技术概述仿真也称数值模拟，宏观概念上也包括数学模型。计算机辅助工 程技术以其高效率、低成本的优势在钢铁工业中得到了越来越广泛的 应用。计算机技术与各专业理论分析方法的结合使钢铁工
3、业从过去以 经验和知识为依据，以“试错”为基本方法的工艺技术阶段向以模型 化、最优化和自动化为特点的工程科学阶段过渡。随着计算机技术和软件水平不断提高，计算机数值模拟已成功地 代替了大部分轧制物理模拟，人们采用有限元数值模拟技术已成功地 对各种轧制过程进行三维解析与模拟，有效地用于参数优化、产品质 量预报和设备设计，判断变形过程是否可行或合理，并由轧件尺寸形 状预报和力学模拟转到金属组织性能预报和控制。计算机CFD技术被其 旺盛的社会需求推进到目前相当高的水平，如多相流在高炉中运动及 热传递情况 ，转炉炼钢中的超音速氧枪冲击钢水液面模拟、中包中的 钢水和夹杂物流动状态以及结晶器水口对流动和表面
4、化渣影响等。 应用与发展Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用 2.1 控冷技术作用轧后控制冷却通过控制钢板冷却速度和终冷温度达到改善钢板组织 和性能的目的。TMCP工艺的重要组成部分。冷却强度概念Tt800600CR1CR2Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology
5、二、控冷工艺中的应用流量、厚度规格、化学成分（碳）、终轧温度、辊道速度、冷却水 温等。其中流量主要影响因素。影响冷却强度因素PDI模型计算CST有自学 习 CR无自学习Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用 2.2 西马克控冷算法终冷温度误差辊道速度调节与PDI目标比较高于目标温度，降 低辊道速度，增加 冷却时间低于目标温度，提 高辊道速度，减少 冷却时间VV记入数据库，下一块钢板使用，直至终冷温度命中目标Shouga
6、ng Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用自学习算法Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用 2.3 板形与水比关系Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Researc
7、h Institute of Technology二、控冷工艺中的应用不同板温时上集管平均热流密度 不同板温时下集管平均热流密度 流量对钢板上下表面冷却能力Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用流量比函数Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用冷
8、却中的钢体积变化Fe- Fe3C 相图纯铁的冷却曲线及晶体结构变化除热胀冷缩外，冷却中的组织转变发生着晶格变化，引起体积变化流量比函数修正热模拟过程中 的体积变化TVShougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用组织转变数学模型连续冷却转变曲线 钢从奥氏体化温度以不同冷速冷却所得到的转变产物（铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体）。 形成各种转变产物的临界冷速。 不同冷速冷却条件下，各种组织转变开始与终了的时间、温度及转变量。转变量
9、与温度成线性关系： Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用上下冷却不均引起的瓢曲终冷时上下表面相变不均引起钢板边部下扣下表面冷却强度上表面时上下表面热胀冷缩不均引起的边部上翘 Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用瓢曲特征与水比关系Plate
10、width钢板下表面温度过高钢板下表面温度过低Plate lengthPlate widthPlate lengthSki upBorders upSki downBorders downK水比太小。 增加水比， 增加下集管流量K水比太大。 减小水比， 减小下集管流量Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用瓢曲特征与水比关系Plate width钢板下表面温度过高钢板下表面温度过低Plate lengthPlate wi
11、dthPlate lengthSki upBorders upSki downBorders downK水比太小。 增加水比， 增加下集管流量K水比太大。 减小水比， 减小下集管流量Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用水比函数修正函数的多段逼近， 线性或二次多样条等Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research In
12、stitute of Technology二、控冷工艺中的应用典型的水冷瓢曲钢板Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用Shougang Research Institute of Technology *
13、首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用头尾遮敝技术终冷温度终冷温 度二级遮敝的温度曲线 一级遮敝的温度曲线 二级遮 蔽配置Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology二、控冷工艺中的应用终冷温度控制技术钢板辊道速度控制技术Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Re
14、search Institute of Technology 三、仿真技术在其它冶金方面应用在冶金工业目前使用的铁矿石低温还原粉化装置是国际标准 ISO4696-1984所制定的装置。试验基本原理是将一定粒度范 围的试样，放在还原管内的多孔板上，用由CO、CO2和N2组 成的还原气体进行静态还原1小时。国标所制定的装置的还 原管管壁为双层，还原气体将从其中间通过，还原管内直径 为75mm。但由于这种装置一次只进行一种试样的还原试验， 若试样多则耗时较长，试验效率低，而且由于环境、仪器和 人为因素每次试验的试验条件总有一些变化，很难控制一致， 对做对比试验有一定的影响。因此，专利20052011
15、2533.5中 将还原管形状进行优化，由圆形改成3个扇形，优化后的装置 可以同时进行三个试样的还原试验，提高了试验效率，并有 利于控制三个试样的试验条件的一致性。但是，优化后的还 原管内的气体分布不均匀，中心处的气体速度大，边缘气体 速度小，达不到均匀还原的条件。 3.1还原粉化炉结构设计 铁矿石的低温还原粉化性能对高 炉冶炼影响很大，所以入高炉前 必须对铁矿石进行低温还原粉化 试验。但铁矿石低温还原粉化试 验的试验时间较长，且每个试样 要进行多个平行试验，为了提高 试验效率，一体多区还原装置应 运而生，可进行多种铁矿石试样 或一种铁矿石试样的多个平行试 验。但这种一体多区结构却降低 了每个区
16、内的多孔板流量均匀性 ，使得试验试样实验条件一致性 和试验结果可靠性受到影响。 Shougang Research Institute of Technology * 首 钢 技 术 研 究 院Shougang Research Institute of Technology建模和边界条件：123右图为专利 200520112533.5 中的还原管结构，因为模型 的对称性，建立 1/3 的模型。入口为直径16mm的圆形，多 孔板上共 241 个孔，都为气体出口。图中：1气体入口；2扇形还原管；3多孔板；边界条件： 1）质量流量入口：大小为0.000316255kg/s； 2）压强出口：241个孔都为出口，给定值1atm； 3）还原管壁面：采用无滑移边界条件； 4）初始条件：速度初场设为0。 三、仿真技术在其它冶金方面应用Shougang Research Institute of Te
