高品质钢冶炼过程渣- 钢- 夹杂物成分智能控制模型

高品质钢的冶炼典型流程为“转炉→精炼→中间包→结晶器”，冶金反应器

内存在着合金-钢、钢-渣、钢-夹杂物、钢-耐材、渣-耐材、钢-空气、钢液凝固

和元素偏析等反应和过程，各个化学反应“耦合”发生、互相影响。因此，有必

要建立智能模型有效地预测不同反应器内夹杂物成分的变化，准确地在线了解精

炼和连铸过程的工作状况，使生产全流程始终处于最佳工作状态，从而确保夹杂

物的精准控制，最终提高钢产品质量的稳定性和可靠性。同时，通过模型的优化

计算，可以根据不同钢种的性能需求，对钢种的生产工艺进行定制化设计。

（1）高品质钢炉精炼过程夹杂物预测研究：

− 精炼过程宏观流动数学模拟：计算精炼过程钢液和精炼渣的流场和温度

场、夹杂物的运动，同时计算吹氩强度、钢包尺寸等因素对钢包流场、

夹杂物运动和去除的影响。− 精炼过程夹杂物成分动力学：研究吹氩强度、钢包尺寸等因素对多元反

应速率的影响；耦合计算 LF 炉内“渣-钢-夹杂物-合金-耐材-空气”多

元反应过程夹杂物成分变化。

− LF 炉内夹杂物尺寸动力学：建立夹杂物生成、长大和去除的尺寸变化多

尺度模型，确定不同条件下夹杂物的尺寸变化行为，预测钢中夹杂物的

数量变化和尺寸分布规律。

− LF 炉内夹杂物预测模型：将夹杂物成分和尺寸动力学计算和宏观流动模

拟相耦合，建立 LF 炉精炼过程夹杂物成分、数量和尺寸预测模型。

（2）高品质钢中间包连铸过程夹杂物预测研究

− 中间包内宏观流动数学模拟研究：计算中间包内钢液和覆盖剂渣相的流

场和温度场、夹杂物运动和去除。计算开浇和换包的非稳态浇注、中间

包结构对中间包浇铸过程的影响。

− 中间包内夹杂物动力学研究：耦合计算中间包中“渣-钢-夹杂物-耐材-

空气”多元反应中夹杂物成分变化，确定中间包内各位置的反应速率。

− 中间包内夹杂物预测模型的建立将渣-钢-夹杂物-耐材-空气反应和宏观

流动模拟相耦合，建立中间包过程多元反应夹杂物成分、数量和尺寸预

测模型。

（2）高品质钢结晶器凝固过程夹杂物预测研究

− 结晶器内钢液凝固冷却过程中夹杂物行为研究：通过实验室实验研究钢

液凝固和冷却过程中温度变化对原有夹杂物与钢基体的反应的影响，以

及不同成分的钢液在冷却和凝固过程中夹杂物新相析出，确定温度变化

对夹杂物影响机理。

− 结晶器内宏观凝固和流动数学模拟研究：研究结晶器过程钢液、渣相的

运动，使用融化模型研究结晶器过程凝固坯壳的凝固和形成，计算夹杂

物在钢-渣界面的去除行为。

− 结晶器内钢液凝固过程夹杂物动力学研究：计算铸坯凝固过程钢液成分

偏析，与保护渣-钢-夹杂物反应进行耦合计算，预测铸坯中夹杂物的成

分。计算夹杂物被凝固前沿捕捉行为，预测铸坯中夹杂物的数量和尺寸

分布。

− 结晶器内钢液凝固夹杂物预测模型的建立：通过将元素偏析、保护渣-

钢-夹杂物反应和宏观流动数学模拟相耦合，建立结晶器凝固过程多元反

应预测模型，实现铸坯中夹杂物成分、数量和尺寸空间分布的精准预测。

（4）高品质钢制造过程夹杂物智能预测模型在工业生产中的应用

− 模型的验证和优化：高品质钢制造进行全流程取样调研，对建立 LF 炉、

中间包和结晶器内夹杂物反应模型进行验证和优化。

− 模型应用：将建立的高品质 LF 炉、中间包