冶金工程本科生炼钢生产实训仿真实验.docx
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冶金工程本科生炼钢生产实训仿真实验
冶金工程本科生-炼钢生产实训仿真实验
炼钢生产实训仿真实验
一、实验目的与要求
我过是一个钢铁大国，而炼钢过程又是一个复杂的操作控制过程。
目前我国钢铁企业炼钢过程主要以手动操作为主，但是由于受设备、场地、经费等硬件的限制，许多现场培训都无法进行，而且真实操作往往会带来各种危险。
因此，通过仿真实训，使学生置虚拟环境中，可以放心地去做各种危险的实验。
通过利用虚拟炼钢系统，学生足不出户便可以做各种操作，获得与真实一样的体会。
通过该实验要求学生掌握：
1.熟悉炼钢过程工艺流程；
2.掌握铁水预处理操作技能；
3.掌握转炉操作技能；
4.掌握LF精炼炉操作技能；
5.掌握连铸操作技能。
二、实验原理
仿真虚拟现实是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。
人们借助各种交互设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生等同于真实物理环境的体验和感受。
近年来，在虚拟现实的基础上又发展出增强现实（或称混合现实）技术，通过跟踪用户的位置和姿态，把计算机生成的虚拟物体或其它信息准确地叠加到真实场景的制定位置，实现虚实结合、实时互动的新体验。
三、系统功能及特性简
1.炼钢生产仿真实训系统配合声音、图像、动画及互动视景设备，培养学员在实际操作转炉前，熟练掌握转炉操作技能及熟悉铁水预处理工艺流程。
通过反复练习铁水预处理模拟操作，缩短了培训时间，从而有效的弥补了真机无法真实操作、实际操作铁水预处理时容易出现事故等缺陷，达到熟能生巧的目的，提高了培训效率。
2.利用炼钢生产仿真实训系统，根据所要培训的内容进行相应的虚拟处理，学生无论是在知识学习、能力创新，还是在经验积累、技能训练等都可收到意想不到的效果。
在知识学习方面，它可以再现实际工作中无法观察到的设备现象或设备动作的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点，使抽象的概念、理论直观化和形象化。
在能力创新方面，炼钢生产仿真实训系统，可以对学生在学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果，有利于激发学生的创造性思维，培养创新能力。
在经验积累方面，可以建立各种虚拟实验室，自由地做各种实验，反复观察各种现象，思索其产生的机理，探索不同条件下
3.
4.
5.
按钮开始备料。
1.3搅拌操作
下降搅拌头至铁水液面
，点
【开始】按钮，进行搅拌，调节搅拌速度
，使搅拌充分发挥作用，当搅拌速度超过门槛值时，“转到铁水脱硫工艺流程”界面从下往上依次打开助吹阀
、底吹阀
、流态阀
、压送阀
进行送料。
下料将结束时，应提高转速1~5转。
投完料后，按与开阀相反的顺序关闭各阀门，提起溜槽。
1.4扒渣操作
等搅拌时间实际值等于搅拌时间设定值
时，设定
搅拌头高度到7m，点击
搅拌头高速升。
点
【倾翻】按钮，将铁水罐倾翻后点【扒渣开始】按钮，开始进行扒渣，虚拟界面转换角度，钢水表面基本没有灰色物质，扒渣结束，当扒完渣后，可点【扒渣结束】按钮，结束扒渣，点【复位】按钮，使铁水罐复位。
1.5送至转炉操作
点【送至转炉】按钮，将铁水罐后退出站，将搅拌后的钢包送至转炉，送至转炉后弹出成分报告，本炉次就结束了。
2、转炉操作实训
2.1登录
双击可执行程序的图标或者右击鼠标点击“打开”，可以启动本系统。
输入正确的学号或姓名、密码进入本程序。
2.2准备工作
确认虚拟界面已连接，点击【初始化操作】按钮，铁水重量调整为144t，轻废钢6t，重废钢10t，铁水成分：
C：
4.6，Si：
0.5，Mn：
0.55，P：
0.04，铁水温度：
1300，对其进行初始化，指定到装料侧操作状态，将炉子摇到加料位，分别点击【加废钢】（炉子角度50—55之间）、【加铁水】（炉子角度在40—75之间），将废钢和铁水加入到炉子中。
加完料后再炉子摇回零位。
设定好枪位，称量好第一批要加入的料。
关闭挡火门，下降烟罩，准备好吹炼。
枪位设定（160装入量，不同的装入量，枪位值要求不同）：
前期平均枪位在1850到2000，均为合理，每偏离这个范围50扣0.5分。
中期枪位不可低于1700，不能高于2300，出现扣1分，后期枪位不可高于1700，不可低于1100,低于1100容易化枪，高于1700拉碳不准，出现扣1分。
开始
吹氧后1分钟
吹氧后1.5分钟
吹氧后2分钟
吹氧后六分钟
吹氧后十二分钟
2400
2200
2000
1800
1700
1200
加料设定：
时间
石灰2
铁矾土
石灰1
镁球
铁矿石
白云石
开始
2500
0
2500
1500
1000
1000
七分钟
1000
300
500
0
3000
0
之后看温度和C的情况进行添加，一般加入石灰和铁矿石两种，加入的多相应的成本也就高。
2.3吹炼操作
点【启动】按钮，开始降枪，当枪超过开闭氧点后，开始进行吹氧，点【投入】按钮，将称好的料投入进去，可在吹炼过程点【测温取样】按钮，取下样，根据原成分与目标成分加入相应的料，或是提、降枪。
吹炼一段时间后，等达到目标成分后，可进行提枪，提到开闭氧点以上，关闭氧开氧点，最后点【吹炼结束】按钮，结束吹炼。
2.4出钢、出渣操作
切换到出钢操作状态，将钢包车开进站，摇炉至出钢工位，可根据最终的吹炼成分与目标成分的差距，加入相应的合金，出钢完成后，将钢包车出站，炉子摇回零位。
点【溅渣护炉】按钮，降低枪位到开闭氧点，进行吹氮操作，当吹一段时间后，切换到出渣操作状态，将渣包车开进站，炉子摇到出渣工位，开始进行出渣，出渣结束后，将渣包车开出站，炉子摇回零位。
2.5炉次结束操作
点【炉次结束】按钮，会弹出成分报告，本炉次就结束了，可进入到下一炉次的操作。
3、LF精炼炉操作实训
3.1登录
双击可执行程序的图标或者右击鼠标点击“打开”，可以启动本系统。
输入正确的学号或姓名、密码进入本程序。
3.2加热前的准备工作
确认虚拟界面已连接，点击【系统检查】按钮，进行系统检查，检查完毕，点击【初始化操作】按钮，对其进行初始化，转到“钢包车F11”界面，再指定要加热的钢包，将钢包吊到钢包车上，点击【接Ar管】按钮，将Ar管接上，（随便）设定氩气流量（按钮分别代表10、20、40、80、160、320），选择“手动”打开两个氩气阀，开始吹氩，点击【加碳粉】按钮，加入几包碳粉，点【钢包车】按钮，切换到钢包车行走操作对话框，点【加热方向启动】按钮，将指定的钢包开到加热工作，将钢包运到加热工位。
在上方选择联动方式，点【下降】按钮，将所有电机进行下降，准备加热，点【炉盖下降】按钮，下降炉罩，设定好变压器档位（1-13个档位随便选择）、弧流（55）、时间设定（10分钟），切换到合闸方式，准备加热。
喂丝速度设为100，点【喂丝开始】按钮，开始进行喂丝。
3.3加热操作
点【加热】按钮，进行加热操作，点【测温取样】按钮，对其成分及温度进行取样，可根据目标成分及原始成分，加入相应的料，切换到“加料F2”界面，加石灰300，点击1组半开仓振，萤石400，点击2组半开仓振，高谈锰铁200，点击3组半开仓振，点击投入，点击1#、2#、3#称量启动，掌握好加热时间。
3.4炉次结束操作
等加热结束后，点【结束】按钮，将电极上升、烟罩上升，点【炉次结束】按钮，会弹出成分报告，本炉次就结束了，可进入到下一炉次的操作。
4、连铸操作实训
4.1登录
双击可执行程序的图标或者右击鼠标点击“打开”，可以启动本系统。
输入正确的学号或姓名、密码进入本程序。
4.2准备工作
确认虚拟界面已连接，打开连铸机动态轻压下仿真系统，点击【系统检查】按钮，进行系统检查，检查完毕，点击【送引锭】按钮，先将引锭杆送过去。
切换到监控画面中，分别将两个大包台上升到上限位，再将中包移动到工作位上，将中包上升到位，把中包水口装上，再下降到浇铸位。
将大包台进行旋转，将带有钢包的包臂旋转到工作位，下降包盖，将包盖进行旋转，保证将大包盖好，再把大包水口装上。
4.3开浇操作
大包水口装好后，下降大包臂，就可设定大包的流量，打开大包的滑动水口了。
可根据需要设定大包的流量。
等中包中液面达到40%时，就可将中包开浇了，可根据需要设定中包的流量（注意出苗时间），等结晶器液面达到85%时，就可将结晶器进行开浇操作了。
4.4换包操作
本程序模拟的是三包连浇的，当一包浇铸完成后，可进行换包操作，先将下一包的钢包装到大包台上，再进行旋转操作，将已经浇铸完成的空的钢包卸载掉，进行新一轮浇铸操作。
4.5连铸结束
当三包都浇铸完成后，会出现如下图所示的提示，点【是】按钮，程序就退出了，点【否】按钮，开始新的计划。
五、实验数椐处理：
5.1铁水预处理实训数据
组
别
铁水温度（oC）
铁水重量
（t）
脱硫前S含量（%）
脱硫剂加入量（kg）
加料后搅拌时间（min）
脱硫后S含量（%）
目标S含量（%）
实际转速
（r/min）
5.2转炉操作实训数据
组
别
铁水重量（t）
废钢重量（t）
氧气流量（m3/min）
氩气流量（m3/min）
石灰加入量（kg）
白云石加入量（kg）
铁矿石加入量（kg）
萤石石加入量（kg）
镁球加入量（kg）
5.3LF精炼炉实训数据
[T温度]
[%C]
[%Si]
[%M]
[%P]
[%S]
钢水到站
钢水目标
组
别
石灰加入量
（kg）
萤石加入量（kg）
高碳锰铁加入量（kg）
锰铁加入量
（kg）
石灰加入量
（kg）
5.4连铸实训数据：
组
别
浇铸钢种
目标拉速（m/min）
结晶器振幅（mm）
负滑脱时间（s）
结晶器振频（c/min）
保护渣消耗量（kg/m2）
保护渣粘度（Pa.s）
六、思考题
1、炼钢的基本任务是什么？
2、炼钢过程中各元素的氧化顺序是什么？
3、LF炉的冶金功能都有那些？
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