·1544 工程科学学报，第42卷，第12期 前后工序运行节奏的作用.图1所示为钢包在炼 SO2为粘接剂的绝热板保温效果最优.除了测量 钢-连铸区段运行1周期的示意图，包括满包和空 包衬温度，钢水测温也属于实测法研究钢包热状 包运行阶段.钢包在满包运行阶段需完成钢水盛 态的常用手段，Zou等设计了一种带有真空层 接、运输、精炼、浇注等任务，空包运行阶段主要 的新型钢包，通过热电偶对钢包运行过程中钢水 进行倒渣、钢包维修及烘烤作业.而所谓钢包运 温度变化的测量，得到当真空层气压为50Pa时， 行控制，是指钢厂根据生产作业计划与实际作业 其保温效果是一般绝热层的11倍，但该新型钢包 情况，计算所需的在线钢包使用数量，并借助定位 是通过外焊不锈钢板来构造真空层，对其使用寿 跟踪、数值模拟等技术，确定各钢包的位置和热状 命尚需做进一步评价 态，在此基础上实现钢包运行路径的有效调控、钢 关于数值模拟方法，其一直是研究复杂多相 包运行控制主要包括钢包运行过程热状态监测、 系统传热-流动行为的重要手段，先前由于计算机 钢包选配与钢包调度3方面研究内容 性能和模拟软件功能的限制，通常构建一维传热 1.1钢包运行过程热状态监测 模型来研究钢包运行过程热状态，虽然计算效率 1.1.1研究方法 高，但一维传热模型忽略了较多影响因素，计算结 钢包运行过程热状态监测的研究方法主要包 果的可信性较低6.随着计算机运算能力的大幅 括钢包/钢水温度实测法和数值模拟方法.文献[12] 提高和模拟软件的不断升级，二/三维传热模型的 分别对两种方法的优缺点进行了论述，其中，实测 高效求解成为可能.Zabadal等nm基于有限差分法 法具有较高的可靠性，但操作困难，且投资较大； 构建了二维传热模型，研究新、旧两类钢包运行过 而数值模拟方法能够研究各种复杂工况下的钢包 程包衬不同位置的温度场分布和散热情况，并通 热状态，但运算量较大，且结果准确性难以检验. 过实测包衬温度验证了模拟结果的可靠性.L山等 在实测法方面，吴晓东等通过在包衬内嵌 考虑了钢水热分层和自然对流行为，应用Fluent方 入热电偶，直接测量宝钢某钢厂钢包在各运行阶 法求解钢包/钢水传热的三维模型，结果表明钢水 段的包衬温度变化，指出新钢包在前两次运行周 热分层和流动对包衬传热和包壳散热有显著影 期内处于蓄热状态，应适时提高转炉出钢温度以 响，但渣线以下包壳表面温度和散热较为均匀，如 补偿钢水温降：当包衬蓄热饱和后，其工作层在空 图2所示.相比于一维传热模型，二维/三维传热模 包运行阶段的温降较为明显，其余部位温度较为 型因考虑更多的影响因素，计算结果的可靠性有 稳定.随着测温技术的发展，Mazzetti-Succil使用 了较大提高，但要实现钢包运行过程热状态的精 红外热成像仪监测钢包运行过程的包衬温度，研 准监测，仍需结合实测法来对数值模拟结果进行 究了5种不同绝热板对钢包热状态的影响，最终 检验和校正 确定成分为质量分数52%Al203+45%Si02、并以 通过包衬内嵌热电偶的实测法虽然能够获得 Ladle Conyerter refining Ladle Tapping Transfer Refining Transfer Casting adle Ladle Transfer Preheating Repairing Deslagging I ranster 图1炼钢-连铸区段钢包运行示意图 Fig.1 Schematic of ladle cycling in SCCS前后工序运行节奏的作用. 图 1 所示为钢包在炼 钢–连铸区段运行 1 周期的示意图，包括满包和空 包运行阶段. 钢包在满包运行阶段需完成钢水盛 接、运输、精炼、浇注等任务，空包运行阶段主要 进行倒渣、钢包维修及烘烤作业. 而所谓钢包运 行控制，是指钢厂根据生产作业计划与实际作业 情况，计算所需的在线钢包使用数量，并借助定位 跟踪、数值模拟等技术，确定各钢包的位置和热状 态，在此基础上实现钢包运行路径的有效调控. 钢 包运行控制主要包括钢包运行过程热状态监测、 钢包选配与钢包调度 3 方面研究内容. 1.1    钢包运行过程热状态监测 1.1.1    研究方法 钢包运行过程热状态监测的研究方法主要包 括钢包/钢水温度实测法和数值模拟方法. 文献 [12] 分别对两种方法的优缺点进行了论述，其中，实测 法具有较高的可靠性，但操作困难，且投资较大； 而数值模拟方法能够研究各种复杂工况下的钢包 热状态，但运算量较大，且结果准确性难以检验. 在实测法方面，吴晓东等[13] 通过在包衬内嵌 入热电偶，直接测量宝钢某钢厂钢包在各运行阶 段的包衬温度变化，指出新钢包在前两次运行周 期内处于蓄热状态，应适时提高转炉出钢温度以 补偿钢水温降；当包衬蓄热饱和后，其工作层在空 包运行阶段的温降较为明显，其余部位温度较为 稳定. 随着测温技术的发展，Mazzetti-Succi[14] 使用 红外热成像仪监测钢包运行过程的包衬温度，研 究了 5 种不同绝热板对钢包热状态的影响，最终 确定成分为质量分数 52% Al2O3+45% SiO2、并以 SiO2 为粘接剂的绝热板保温效果最优. 除了测量 包衬温度，钢水测温也属于实测法研究钢包热状 态的常用手段，Zhou 等[15] 设计了一种带有真空层 的新型钢包，通过热电偶对钢包运行过程中钢水 温度变化的测量，得到当真空层气压为 50 Pa 时， 其保温效果是一般绝热层的 11 倍，但该新型钢包 是通过外焊不锈钢板来构造真空层，对其使用寿 命尚需做进一步评价. 关于数值模拟方法，其一直是研究复杂多相 系统传热–流动行为的重要手段，先前由于计算机 性能和模拟软件功能的限制，通常构建一维传热 模型来研究钢包运行过程热状态，虽然计算效率 高，但一维传热模型忽略了较多影响因素，计算结 果的可信性较低[16] . 随着计算机运算能力的大幅 提高和模拟软件的不断升级，二/三维传热模型的 高效求解成为可能. Zabadal 等[17] 基于有限差分法 构建了二维传热模型，研究新、旧两类钢包运行过 程包衬不同位置的温度场分布和散热情况，并通 过实测包衬温度验证了模拟结果的可靠性. Lu 等[18] 考虑了钢水热分层和自然对流行为，应用 Fluent 方 法求解钢包/钢水传热的三维模型，结果表明钢水 热分层和流动对包衬传热和包壳散热有显著影 响，但渣线以下包壳表面温度和散热较为均匀，如 图 2 所示. 相比于一维传热模型，二维/三维传热模 型因考虑更多的影响因素，计算结果的可靠性有 了较大提高，但要实现钢包运行过程热状态的精 准监测，仍需结合实测法来对数值模拟结果进行 检验和校正. 通过包衬内嵌热电偶的实测法虽然能够获得 Converter Ladle refining Ladle Ladle Ladle Ladle Ladle Ladle Ladle Ladle Ladle Caster Transfer Casting Transfer Transfer Transfer Tapping Refining Preheating Repairing Deslagging 图 1    炼钢−连铸区段钢包运行示意图 Fig.1    Schematic of ladle cycling in SCCS · 1544 · 工程科学学报，第 42 卷，第 12 期