转炉炼钢课程一体化教学的实践与研究
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摘要：通过对包头钢铁职业技术学院冶金专业学生《转炉炼钢》课程一体化教学过程的实践，探讨虚拟仿真教学平台建设的重要性和必要性，对平台建设和师资培养提出建议。通过仿真模拟实现冶金专业的人才培养目标。
关键词：转炉炼钢;仿真模拟;一体化教学
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）51-0249-02
高等职业教育对专业课提出一体化教学的基本要求，是为了提高学生的实践能力，更好地培养理论知识和实践技能兼备的应用型人才。这对于机械、电气等专业是比较容易实现的。然而对于钢铁冶金专业来说，想实现理实一体化教学却受到了实训条件较难满足的限制。首先，学生在生产一线参与生产实训必须要保证人身和设备安全，保证工厂生产不受到干扰和影响。
本课题针对转炉炼钢工艺，通过仿真模拟软件的应用，实现转炉炼钢课程的“理、实一体化”教学。
一、虚拟仿真教学平台的建设
包头钢铁职业技术学院于2015年引进北京某科技有限公司开发的冶金仿真模拟软件，并相应建设炼铁、炼钢、轧钢三个网络实训室。转炉炼钢分为冶炼开始、装入废钢、装入铁水、吹氧冶炼、出钢、溅渣护炉、出渣、冶炼结束八个工序。
转炉炼钢仿真模拟系统包括：
1.转炉总貌（主要完成转炉炼钢设备全局或局部区域浏览、冶炼工序操作控制、装入废钢、装入铁水等控制功能）。
2.装料系统（主要完成转炉装料系统设备浏览以及查看冶炼期间造渣料、钢包合金、合金微调等工序实时状态等功能）。其中物料平衡界面主要完成冶炼目标参数设定、冶炼用原料参数设定、自动炼钢各参数设定以及实时查看冶炼过程数据等功能。造渣控制界面主要完成冶炼期间造渣料称量、装料等功能。钢包合金界面主要完成冶炼期间钢包合金称量、装料等功能。合金微调界面主要完成出钢之后合金微调称量、装料等功能。
3.吹炼系统（主要完成转炉吹炼系统设备浏览以及吹炼过程的倾动控制、氧枪控制、副枪控制、氩气底吹等控制功能）。其中倾动控制界面主要完成转炉倾动回转的设备控制功能，从而实现转炉的加料、出钢、出渣等设备功能。辅机控制界面主要完成挡火门开闭、烟罩升降、主控室卷帘门开闭的设备控制功能。
氧枪控制界面主要完成左右氧枪小车横移、左右氧枪升降、氧枪吹炼枪位的手动设定等设备控制功能。氧气流量控制界面主要实现左右氧枪氧气切断阀开闭、氧气调节阀流量调节等功能控制。氩气底吹界面主要完成转炉底吹氩气开闭、钢包底吹氩气开闭、转炉底吹氩气流量、钢包底吹氩气流量自动/手动调节等控制功能。副枪控制界面主要完成副枪横移、副枪升降设备控制功能，以及实现冶炼期间的钢水测温取样、各成分参数检测功能。
4.出钢系统（主要完成钢、渣两车控制和溅渣护炉控制功能）。其中两车控制界面主要完成钢包车行走、渣车行走、钢包装入/吊出、渣车装入/吊出、出钢期间的加入挡渣棒、加入挡渣帽等设备工艺操作控制。氮气溅渣界面主要实现在炉龄中后期，通过氮气吹溅冶炼后转炉内剩余钢渣，使钢渣喷溅至转炉内衬上，从而达到增厚炉壁内衬，延长转炉寿命的工艺操作控制。
5.除尘系统（在转炉冶炼期间，对产出的烟气需要进行二次除尘净化，本界面主要实现其除尘设备的系统控制功能）。
6.汽化冷却（主要完成汽化冷却和汽化控制操作功能）。仪表总览界面主要完成氧气控制、氩气控制、氮气控制、设备冷却水控制等设备运行状态的浏览以及各流体相关计量信息实时显示等功能。设备冷却界面主要完成转炉炉体设备冷却、左右氧枪枪体冷却用冷却水的开闭功能。同时监控冷却水流量、水温等相关信息，防止设备没有有效冷却造成损坏。汽化总览界面主要完成转炉烟道汽化冷却相关设备运行状态的浏览以及各流体相关计量信息实时显示等功能。完成蓄能器安全阀、汽包安全阀性能测试相关功用。汽化控制界面主要完成转炉烟道汽化冷却相关设备运行的控制功能，以及各流体相关计量信息实时显示等功能。
7.异常炉况操作规程。主要讲解喷溅、返干等异常炉况发生的原因、可能的危害以及处理方法等知识。同时讲解低温钢、高温钢等10种常见炼钢事故知识点。
8.数据监控界面。主要用于冶炼期间監控转炉生产设备运行趋势、吹炼信息趋势、钢水成分发展趋势、钢渣成分发展趋势等信息。
二、虚拟仿真教学平台的应用
自2015年起，《转炉炼钢》课堂教学采用理论教学与实训教学相结合的方式完成，并逐年完善。
课程标准制定流程为：企业需求调研 课堂教学设计 实践教学设计
实践教学应用。其中企业需求调研是课程标准制定的基础，针对目前国内大型钢厂生产产品不同而制定不同钢种的实训教学内容，以此培养冶金专业学生的操作技能。例如：包头某大型钢铁公司研发的新品种钢是在Q235的基础上添加Re，从而改善钢的强度、韧性等力学性能。在实际的生产过程中，添加Re的Q235吹炼要求与普通Q235稍有不同。根据这一情况，我们在理论教学过程中完成对学生物料平衡、热平衡的理论知识教学后，对品种钢吹炼的特殊需求做进一步讲解，如：废钢比的要求、入炉铁水成分的要求、钢水化学成分的要求、出钢温度的要求等，使学生掌握品种钢的特殊性。接下来进行仿真模拟的操作，普通Q235钢和品种钢分别进行计算机模拟吹炼操作。仿真模拟过程中不同的数据输入和操作会导致计算机得出不同的结果。仿真模拟系统自身的评价系统会对普通Q235吹炼过程给出一个成绩，品种钢的吹炼结果由指导教师根据产品终点要求结合模拟曲线给出综合评判。
三、对实训平台和任课教师的要求
包头钢铁职业学院黑色冶金专业的人才培养方案中对专业做出明确定位：冶金技术专业始终坚持为冶金和材料等相关行业培养优秀人才的办学宗旨，坚持培养面向生产、管理第一线，“下得去、留得住、用得上”，实践能力强、具有良好职业道德的高技能人才。为加强技能型人才培养，在“贴近实际，科学设计人才培养新模式;体现实用，构建技能型人才质量的新规范”的基础上，突出“应用”，为企业培养高技能应用性操作人才。因此，要求我们的课堂教学除使学生达到基本的素质要求、知识要求之外，还要具有：（1）应用专业知识分析和解决冶金生产过程中常见问题的能力。（2）具有从事钢铁冶炼生产一线主要岗位的操作能力和处理一般事故的能力。（3）具有从事设备的调试、使用、维护和管理的能力。（4）具备钢铁冶炼生产组织、管理和工艺规程编制及实施的能力。（5）具有对冶炼生产工艺、设备进行初步设计和改进的能力。（6）具有安全生产、环境保护、产品质量分析和检验的能力。针对以上要求，实训平台必须满足实践教学中数学模型的准确性和敏感性，对吹炼过程中如软吹、硬吹，顶吹、顶底复吹等不同的模式会有不同的结果呈现。同时，钢液温度及钢渣中各组元含量与吹炼时间的关系变化曲线实时更新。网络实训基于现场模拟，因此，对实训指导教师除要求具备专业理论知识之外，还必须具备现场生产经验。能够根据经验判断正常炉况和异常炉况，并对异常炉况的出现有丰富的应对措施，能够利用现有的仿真模拟平台开发新钢种的冶炼流程。
四、结语
转炉炼钢的仿真模拟系统应用弥补了学生实践过程的欠缺，通过平台操作还原现场真实场景。通过实践教学，可以进一步促进学生理论知识的学习和应用，多种教学手段的应用使枯燥的理论教学变得生动有趣。仿真模拟系统可以拓宽学生的专业视野，通过实训教学使学生了解相对先进的冶炼工艺和技术，对就业有一定的促进作用。
总之，计算机仿真模拟系统将在冶金专业课程一体化教学过程中发挥不可替代的作用。
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