鋼包周轉(zhuǎn)過程熱行為直接關(guān)系到鋼水溫度的穩(wěn)定，因此，鋼包周轉(zhuǎn)過程熱行為的研究一直是學(xué)術(shù)研究的熱點，浙江宏盛特鋼有限公司分別采用了有限差分與修正的速度一壓力耦合算法相結(jié)合的方法計算鋼包內(nèi)的煤氣燃燒現(xiàn)象，模型耦合了鋼包烘烤過程中的流體流動、燃燒和換熱等過程，定量分析了不同煤氣流量下鋼包內(nèi)煤氣燃燒的溫度場變化規(guī)律，結(jié)果表明：煤氣流量為800m/小時是該煉鋼廠提高包壁溫度的最佳烘烤流量，為指導(dǎo)現(xiàn)場操作提供了重要的烘烤工藝參數(shù)。吳鵬飛等針對浙江宏盛特鋼有限公司的新鋼包溫度場進(jìn)行研究，采用有限元分析法對烘烤一周轉(zhuǎn)過程中的鋼包進(jìn)行數(shù)值模擬，特別研究了新鋼包預(yù)熱烘烤對鋼包熱狀態(tài)和鋼水溫度的影響，結(jié)果表明，新鋼包達(dá)到紅熱狀態(tài)的預(yù)熱烘烤時間為25小時，但由于包底的蓄熱不足造成鋼包周轉(zhuǎn)后的鋼水溫降最大約10℃；而鋼包預(yù)熱烘烤55小時后，鋼包整體熱狀態(tài)才達(dá)飽和，周轉(zhuǎn)后造成的鋼水溫降不到10℃，因此可知，宏盛特鋼鋼包預(yù)熱烘烤的理想時間為55小時，為制定合理的鋼包烘烤制度提供了依據(jù)。采用大渦模擬法對高溫空氣燃燒進(jìn)行模擬，但由于大渦模擬占用的計算機容量較大，因此將其用在實際湍流過程中存在一定困難。
一、鋼包熱循環(huán)過程。
宏盛特鋼針對煉鋼廠鋼包熱循環(huán)的整個過程，建立了鋼包熱狀態(tài)跟蹤模型，為了提高模型的準(zhǔn)確性將溫度測試與數(shù)值模擬結(jié)合，并通過傳熱反問題對模型進(jìn)行修正，模型全面分析了鋼包熱狀態(tài)對鋼水溫降的影響，影響因素包括：新包預(yù)熱烘烤、空包、離線烘烤和包襯侵蝕等。研究結(jié)果對全面認(rèn)識鋼包熱狀態(tài)的影響因素，及針對鋼包的鋼水溫度補償?shù)於嘶A(chǔ)。吳鵬飛以宏盛特鋼煉鋼廠大型預(yù)制塊鋼包為研究對象，采用實際測溫和數(shù)值模擬結(jié)合的方法，對鋼包周轉(zhuǎn)過程的熱狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，模擬將有限體積法與有限元法結(jié)合求解“流固耦合”問題，解決了鋼包侵蝕模擬過程，提高了計算精度和效率，研究發(fā)現(xiàn)：鋼包烘烤時間由25小時縮短到20小時，可節(jié)約煤氣量約5800立方米；鋼包在周轉(zhuǎn)的前三個周期造成的鋼水溫降最為明顯，第一周期的鋼水溫度補償達(dá)10℃，鋼包整體在投入周轉(zhuǎn)后的第十周期左右達(dá)到熱飽和；澆注后處于空冷狀態(tài)的鋼包，在最初的2小時溫降速率最高，因此要避免鋼包空冷時間過長，最終導(dǎo)致鋼水溫降過大的現(xiàn)象出現(xiàn)。
二、鋼包周轉(zhuǎn)過程跟蹤技術(shù)
鋼包跟蹤是鋼包管控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，發(fā)揮著收集鋼包信息的重要作用，通過鋼包在線跟蹤，實時監(jiān)控?zé)掍搹S內(nèi)的鋼包運行狀態(tài)。寶鋼不銹鋼公司的鋼包跟蹤和起重機系統(tǒng)從生產(chǎn)計劃出發(fā)，側(cè)重于鋼包調(diào)度，實現(xiàn)了鋼水、鋼包等重要物資的跟蹤和管理，并可實時查看跟蹤鋼包位置并據(jù)此產(chǎn)生鋼包調(diào)度指令，掌握著生產(chǎn)情況和物流動態(tài)。目前，正在開發(fā)鋼水溫度控制模型，并嵌入到鋼包跟蹤和行車調(diào)度系統(tǒng)中，實現(xiàn)鋼水溫度的預(yù)測和指導(dǎo)溫度補償，從而實現(xiàn)將鋼包管理系統(tǒng)打造為煉鋼廠集鋼包調(diào)度、物料消耗和溫度控制等功能的平臺。江蘇沙鋼與東南大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了一種基于射頻識別和無線局域網(wǎng)技術(shù)的鋼包定位和智能調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的方式，采用TCP／IP通信模式進(jìn)行鋼包信息的傳輸，通過智能識別鋼包狀態(tài)，為煉鋼自動化提供數(shù)據(jù)支持，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。美國惠林一匹茲堡公司俄亥俄鋼廠的計算機鋼包跟蹤系統(tǒng)口，采用基于鋼包跟蹤的方式獲得鋼包周轉(zhuǎn)的歷史數(shù)據(jù)，分析了各個操作變量(包括：轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、鋼包溫度、鋼水接觸時間、鋼包加熱次數(shù)、鋼包脫硫次數(shù)和吹氬攪拌時間)對耐火材料性能的影響，得出對鋼包使用壽命影響最大的變量是平均吹氬攪拌時間和鋼包脫硫次數(shù)。最后，基于這些分析結(jié)果開發(fā)了簡單的鋼包壽命預(yù)報系統(tǒng)。
三、鋼包管控存在問題
鋼包管控的系統(tǒng)研究是為了優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)過程，提高鋼包周轉(zhuǎn)率，優(yōu)化鋼水溫度控制，特別是降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，節(jié)省煉鋼過程能耗。但前人研究還存在以下不足：
1. 國內(nèi)外對鋼包周轉(zhuǎn)過程控制的研究大多限于鋼包周轉(zhuǎn)過程的時間與溫度變化規(guī)律、周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量等方面，但鋼包管理控制采用人工方式。而且周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量計算模型的假設(shè)條件較為簡單，未能針對特定煉鋼廠的爐機匹配模式與周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的關(guān)系展開研究，進(jìn)而針對不同條件提出計算模型。
2. 鋼包周轉(zhuǎn)過程仿真主要針對生產(chǎn)計劃與周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量、鋼包調(diào)度等問題，但對鋼包周轉(zhuǎn)過程的運行規(guī)律及其影響因素的研究較少，而且模型設(shè)置未能充分考慮實際鋼包周轉(zhuǎn)的約束條件，利用仿真方法建立鋼包周轉(zhuǎn)動態(tài)模型，研究相關(guān)參數(shù)對鋼包周轉(zhuǎn)過程的影響，具體指出鋼包周轉(zhuǎn)的可優(yōu)化環(huán)節(jié)。
3. 鋼包周轉(zhuǎn)過程熱行為主要圍繞周轉(zhuǎn)過程中的熱狀態(tài)變化及其對鋼水溫度的影響展開研究，建立了鋼水溫度補償模型，內(nèi)容較為豐富，但未能與鋼包跟蹤技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)鋼包熱狀態(tài)的自動判定和鋼水溫度的在線補償，進(jìn)而根據(jù)計算得出的鋼包熱狀態(tài)結(jié)果，為鋼包調(diào)度提供服務(wù)。
4. 鋼包跟蹤大多限于轉(zhuǎn)爐一連鑄間的主要工序，未能實現(xiàn)鋼包全程跟蹤，容易造成丟包，因此未能共享鋼包信息，實現(xiàn)其與鋼包調(diào)度、鋼水溫度控制等煉鋼工藝的緊密結(jié)合，指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)。目前，鋼包管控領(lǐng)域的研究相對獨立、缺乏統(tǒng)籌，尤其對鋼包周轉(zhuǎn)過程運行規(guī)律等問題的研究不夠深入，未能從鋼包周轉(zhuǎn)過程所涉及的所有工序(含轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄、鋼包熱修、烘烤和冷修)以及生產(chǎn)調(diào)度等整體統(tǒng)一的角度出發(fā)，系統(tǒng)研究鋼包周轉(zhuǎn)過程的運行規(guī)律，從而實現(xiàn)理論研究與實踐應(yīng)用的有機結(jié)合。
通過對鋼包周轉(zhuǎn)過程的研究得出：煉鋼廠十分需要一個將物流跟蹤、鋼包調(diào)度和鋼水溫度控制等功能綜合集成的鋼包管控系統(tǒng)，以充分發(fā)揮“鋼包”在物流、溫度、質(zhì)量和生產(chǎn)等方面的重要調(diào)控作用，實現(xiàn)流程優(yōu)化和節(jié)能降耗。未來會將周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量計算和基于智能算法的鋼包周轉(zhuǎn)優(yōu)化等研究內(nèi)容加載到鋼包管控系統(tǒng)中，開發(fā)出周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量計算和鋼包周轉(zhuǎn)過程優(yōu)化功能模塊，實現(xiàn)有計劃的投入鋼包和鋼包周轉(zhuǎn)過程的智能優(yōu)化，充分發(fā)揮系統(tǒng)在鋼包管理上的作用。
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