轉(zhuǎn)爐煉鋼課程一體化教學(xué)的實(shí)踐與研究

吳立凡

摘要：通過對包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金專業(yè)學(xué)生《轉(zhuǎn)爐煉鋼》課程一體化教學(xué)過程的實(shí)踐，探討虛擬仿真教學(xué)平臺建設(shè)的重要性和必要性，對平臺建設(shè)和師資培養(yǎng)提出建議。通過仿真模擬實(shí)現(xiàn)冶金專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼;仿真模擬;一體化教學(xué)

中圖分類號：G712? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）51-0249-02

高等職業(yè)教育對專業(yè)課提出一體化教學(xué)的基本要求，是為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力，更好地培養(yǎng)理論知識和實(shí)踐技能兼?zhèn)涞膽?yīng)用型人才。這對于機(jī)械、電氣等專業(yè)是比較容易實(shí)現(xiàn)的。然而對于鋼鐵冶金專業(yè)來說，想實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)卻受到了實(shí)訓(xùn)條件較難滿足的限制。首先，學(xué)生在生產(chǎn)一線參與生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)必須要保證人身和設(shè)備安全，保證工廠生產(chǎn)不受到干擾和影響。

本課題針對轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，通過仿真模擬軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼課程的“理、實(shí)一體化”教學(xué)。

一、虛擬仿真教學(xué)平臺的建設(shè)

包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2015年引進(jìn)北京某科技有限公司開發(fā)的冶金仿真模擬軟件，并相應(yīng)建設(shè)煉鐵、煉鋼、軋鋼三個網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室。轉(zhuǎn)爐煉鋼分為冶煉開始、裝入廢鋼、裝入鐵水、吹氧冶煉、出鋼、濺渣護(hù)爐、出渣、冶煉結(jié)束八個工序。

轉(zhuǎn)爐煉鋼仿真模擬系統(tǒng)包括：

1.轉(zhuǎn)爐總貌（主要完成轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備全局或局部區(qū)域?yàn)g覽、冶煉工序操作控制、裝入廢鋼、裝入鐵水等控制功能）。

2.裝料系統(tǒng)（主要完成轉(zhuǎn)爐裝料系統(tǒng)設(shè)備瀏覽以及查看冶煉期間造渣料、鋼包合金、合金微調(diào)等工序?qū)崟r狀態(tài)等功能）。其中物料平衡界面主要完成冶煉目標(biāo)參數(shù)設(shè)定、冶煉用原料參數(shù)設(shè)定、自動煉鋼各參數(shù)設(shè)定以及實(shí)時查看冶煉過程數(shù)據(jù)等功能。造渣控制界面主要完成冶煉期間造渣料稱量、裝料等功能。鋼包合金界面主要完成冶煉期間鋼包合金稱量、裝料等功能。合金微調(diào)界面主要完成出鋼之后合金微調(diào)稱量、裝料等功能。

3.吹煉系統(tǒng)（主要完成轉(zhuǎn)爐吹煉系統(tǒng)設(shè)備瀏覽以及吹煉過程的傾動控制、氧槍控制、副槍控制、氬氣底吹等控制功能）。其中傾動控制界面主要完成轉(zhuǎn)爐傾動回轉(zhuǎn)的設(shè)備控制功能，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的加料、出鋼、出渣等設(shè)備功能。輔機(jī)控制界面主要完成擋火門開閉、煙罩升降、主控室卷簾門開閉的設(shè)備控制功能。

氧槍控制界面主要完成左右氧槍小車橫移、左右氧槍升降、氧槍吹煉槍位的手動設(shè)定等設(shè)備控制功能。氧氣流量控制界面主要實(shí)現(xiàn)左右氧槍氧氣切斷閥開閉、氧氣調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)等功能控制。氬氣底吹界面主要完成轉(zhuǎn)爐底吹氬氣開閉、鋼包底吹氬氣開閉、轉(zhuǎn)爐底吹氬氣流量、鋼包底吹氬氣流量自動/手動調(diào)節(jié)等控制功能。副槍控制界面主要完成副槍橫移、副槍升降設(shè)備控制功能，以及實(shí)現(xiàn)冶煉期間的鋼水測溫取樣、各成分參數(shù)檢測功能。

4.出鋼系統(tǒng)（主要完成鋼、渣兩車控制和濺渣護(hù)爐控制功能）。其中兩車控制界面主要完成鋼包車行走、渣車行走、鋼包裝入/吊出、渣車裝入/吊出、出鋼期間的加入擋渣棒、加入擋渣帽等設(shè)備工藝操作控制。氮?dú)鉃R渣界面主要實(shí)現(xiàn)在爐齡中后期，通過氮?dú)獯禐R冶煉后轉(zhuǎn)爐內(nèi)剩余鋼渣，使鋼渣噴濺至轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯上，從而達(dá)到增厚爐壁內(nèi)襯，延長轉(zhuǎn)爐壽命的工藝操作控制。

5.除塵系統(tǒng)（在轉(zhuǎn)爐冶煉期間，對產(chǎn)出的煙氣需要進(jìn)行二次除塵凈化，本界面主要實(shí)現(xiàn)其除塵設(shè)備的系統(tǒng)控制功能）。

6.汽化冷卻（主要完成汽化冷卻和汽化控制操作功能）。儀表總覽界面主要完成氧氣控制、氬氣控制、氮?dú)饪刂啤⒃O(shè)備冷卻水控制等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的瀏覽以及各流體相關(guān)計(jì)量信息實(shí)時顯示等功能。設(shè)備冷卻界面主要完成轉(zhuǎn)爐爐體設(shè)備冷卻、左右氧槍槍體冷卻用冷卻水的開閉功能。同時監(jiān)控冷卻水流量、水溫等相關(guān)信息，防止設(shè)備沒有有效冷卻造成損壞。汽化總覽界面主要完成轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的瀏覽以及各流體相關(guān)計(jì)量信息實(shí)時顯示等功能。完成蓄能器安全閥、汽包安全閥性能測試相關(guān)功用。汽化控制界面主要完成轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的控制功能，以及各流體相關(guān)計(jì)量信息實(shí)時顯示等功能。

7.異常爐況操作規(guī)程。主要講解噴濺、返干等異常爐況發(fā)生的原因、可能的危害以及處理方法等知識。同時講解低溫鋼、高溫鋼等10種常見煉鋼事故知識點(diǎn)。

8.數(shù)據(jù)監(jiān)控界面。主要用于冶煉期間監(jiān)控轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行趨勢、吹煉信息趨勢、鋼水成分發(fā)展趨勢、鋼渣成分發(fā)展趨勢等信息。

二、虛擬仿真教學(xué)平臺的應(yīng)用

自2015年起，《轉(zhuǎn)爐煉鋼》課堂教學(xué)采用理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合的方式完成，并逐年完善。

課程標(biāo)準(zhǔn)制定流程為：企業(yè)需求調(diào)研 課堂教學(xué)設(shè)計(jì) 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用。其中企業(yè)需求調(diào)研是課程標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)，針對目前國內(nèi)大型鋼廠生產(chǎn)產(chǎn)品不同而制定不同鋼種的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，以此培養(yǎng)冶金專業(yè)學(xué)生的操作技能。例如：包頭某大型鋼鐵公司研發(fā)的新品種鋼是在Q235的基礎(chǔ)上添加Re，從而改善鋼的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，添加Re的Q235吹煉要求與普通Q235稍有不同。根據(jù)這一情況，我們在理論教學(xué)過程中完成對學(xué)生物料平衡、熱平衡的理論知識教學(xué)后，對品種鋼吹煉的特殊需求做進(jìn)一步講解，如：廢鋼比的要求、入爐鐵水成分的要求、鋼水化學(xué)成分的要求、出鋼溫度的要求等，使學(xué)生掌握品種鋼的特殊性。接下來進(jìn)行仿真模擬的操作，普通Q235鋼和品種鋼分別進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬吹煉操作。仿真模擬過程中不同的數(shù)據(jù)輸入和操作會導(dǎo)致計(jì)算機(jī)得出不同的結(jié)果。仿真模擬系統(tǒng)自身的評價系統(tǒng)會對普通Q235吹煉過程給出一個成績，品種鋼的吹煉結(jié)果由指導(dǎo)教師根據(jù)產(chǎn)品終點(diǎn)要求結(jié)合模擬曲線給出綜合評判。

三、對實(shí)訓(xùn)平臺和任課教師的要求

包頭鋼鐵職業(yè)學(xué)院黑色冶金專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中對專業(yè)做出明確定位：冶金技術(shù)專業(yè)始終堅(jiān)持為冶金和材料等相關(guān)行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀人才的辦學(xué)宗旨，堅(jiān)持培養(yǎng)面向生產(chǎn)、管理第一線，“下得去、留得住、用得上”，實(shí)踐能力強(qiáng)、具有良好職業(yè)道德的高技能人才。為加強(qiáng)技能型人才培養(yǎng)，在“貼近實(shí)際，科學(xué)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)新模式;體現(xiàn)實(shí)用，構(gòu)建技能型人才質(zhì)量的新規(guī)范”的基礎(chǔ)上，突出“應(yīng)用”，為企業(yè)培養(yǎng)高技能應(yīng)用性操作人才。因此，要求我們的課堂教學(xué)除使學(xué)生達(dá)到基本的素質(zhì)要求、知識要求之外，還要具有：（1）應(yīng)用專業(yè)知識分析和解決冶金生產(chǎn)過程中常見問題的能力。（2）具有從事鋼鐵冶煉生產(chǎn)一線主要崗位的操作能力和處理一般事故的能力。（3）具有從事設(shè)備的調(diào)試、使用、維護(hù)和管理的能力。（4）具備鋼鐵冶煉生產(chǎn)組織、管理和工藝規(guī)程編制及實(shí)施的能力。（5）具有對冶煉生產(chǎn)工藝、設(shè)備進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和改進(jìn)的能力。（6）具有安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量分析和檢驗(yàn)的能力。針對以上要求，實(shí)訓(xùn)平臺必須滿足實(shí)踐教學(xué)中數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和敏感性，對吹煉過程中如軟吹、硬吹，頂吹、頂?shù)讖?fù)吹等不同的模式會有不同的結(jié)果呈現(xiàn)。同時，鋼液溫度及鋼渣中各組元含量與吹煉時間的關(guān)系變化曲線實(shí)時更新。網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)基于現(xiàn)場模擬，因此，對實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師除要求具備專業(yè)理論知識之外，還必須具備現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷正常爐況和異常爐況，并對異常爐況的出現(xiàn)有豐富的應(yīng)對措施，能夠利用現(xiàn)有的仿真模擬平臺開發(fā)新鋼種的冶煉流程。

四、結(jié)語

轉(zhuǎn)爐煉鋼的仿真模擬系統(tǒng)應(yīng)用彌補(bǔ)了學(xué)生實(shí)踐過程的欠缺，通過平臺操作還原現(xiàn)場真實(shí)場景。通過實(shí)踐教學(xué)，可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，多種教學(xué)手段的應(yīng)用使枯燥的理論教學(xué)變得生動有趣。仿真模擬系統(tǒng)可以拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，通過實(shí)訓(xùn)教學(xué)使學(xué)生了解相對先進(jìn)的冶煉工藝和技術(shù)，對就業(yè)有一定的促進(jìn)作用。

總之，計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)將在冶金專業(yè)課程一體化教學(xué)過程中發(fā)揮不可替代的作用。

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