第七届钢铁模拟及仿真国际会议技术分会简介

作者:国际部              发布时间:2017-08-21



          “第七届钢铁模拟及仿真国际会议”(英文名称:The 7th International Conference on Modelling a↑nd Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking,简称:STEELSIM2017)于2017818日在青岛胜利闭幕,此次会议由中国金属学会主办。会议共设置1个大会场和12个技术分会场,同时安排了墙报交流专场。

会议内容覆盖了液态金属模拟与仿真、材料加工工艺技术、钢铁材料设计、性能、应用及环保的各个领域。与会专家学者一致认为:钢铁是产量最大、应用面最广的材料,其组成元素较多,生产工艺复杂,其中每一个环节的变化都对后续的工艺乃至最终产品的性能产生显著的影响。21世纪前后,钢铁材料的发展很大程度上依赖于工程师的知识和经验,具有很大局限性。近年来随着模拟及仿真研究工作不断深入,冶金过程模拟仿真和品种开发设计取得了巨大进展,已经能够较好解释钢铁生产过程中涉及到的复杂的流场、温度场、质量传输及化学反应等耦合现象,同时实现微观组织预测。

针对炼铁生产过程,澳大利亚Philip Schwarz教授基于CO过饱和机理,建立了Fe/C液滴脱碳过程中的碳沸腾模型,实现了对沸腾时间的预测。美国普渡大学的周谦教授通过数学模拟方法研究了不同喷吹参数对高炉中燃烧率的影响,并且对实际生产进行了优化和验证。来自印度的Cha↑ndra Shenhar Verma博士讨论了在直接还原过程中球团尺寸优化问题。此外,国内来自北京科技大学、上海大学和武汉科技大学等科研机构的专家学者就数学模型、集成优化和计算机辅助工程在炼铁领域的应用,通过电信号检测高炉炉膛液位和含铁焦炭强度预测以及控制措施等内容也作了精彩报告,并进行了热烈的讨论。

炼钢生产的主要任务是最大限度地去除钢水中的有害杂质(硫、磷、气体和夹杂物等),炉渣在其过程中起着至关重要的作用。美国卡内基梅隆大学的Bryan Webler教授展示了高强钢中的Al元素与炉渣和耐火材料间的化学反应,讨论了钢中夹杂物的生成和演变机理。法国Pascal Gardin教授对炼钢过程中钢-渣间的质量传输进行了预测。比利时Yannan Wang博士对炉渣中钢滴的破裂和聚合行为的物理模拟进行了报道。电渣重熔是生产优质钢的常用手段,来自东北大学和武汉科技大学专家、学者的对电渣过程中质量传输、夹杂物行为、宏观偏析的数值模拟作了报告。连铸过程钢-渣界面行为与连铸坯质量密切相关,河钢集团钢研总院通过数值模拟研究了不同拉速和浸入式水口深度对结晶器内流场以钢-渣界面行为的影响。

在炼钢和连铸生产过程中,惰性气体喷吹被广泛采用,以达到促进钢液流动、渣-钢反应、合金混匀、夹杂物上浮等作用。北京科技大学张立峰教授针对炼钢生产过程中的湍流特性,模拟了湍流条件下,不同形貌的气泡对夹杂物去除过程,建立了夹杂物被气泡去除概率的数据库。来自德国亚琛工业大学、北京科技大学和武汉科技大学的专家学者就钢包内气液两相流的数学模型及其PIV验证、熔体中气泡迁移行为的物理模拟与数值模拟、喷嘴燃烧行为对大钢包温度均匀性等专题进行了报告。墨西哥Rodolfo Mo↑rales教授提出连铸结晶器内气液两相流物理模拟需要考虑润湿性能的影响。美国伊利诺伊大学和东北大学研究人员对连铸过程的气液两相流进行了数值模拟。

作为钢液凝固成型的环节,连铸是最为常用的钢铁铸坯生产过程。中南大学的王万林教授采用结晶器模拟器对结晶器角部振痕的形成及热流的传输进行了模拟,发现角部的传热和钢液流动不稳定。瑞典MEFOSRamirez Lopez博士采用VOF+DPM的方法对结晶器内的液面波动进行了模拟,考虑了气泡对液面波动的影响。东北大学钟良才教授对结晶器水口进行了优化研究,发现从浸入式水口进入结晶器的气泡对结晶器内的流场影响很大。泰国的Laotaweesub博士对常使用的鱼钩进行了介绍,并对鱼钩的浇铸成型过程进行了模拟。此外,瑞典皇家工学院的Bai Haitong博士对水口内的漩涡进行了模拟,太原理工大学的Chen Chao博士对中间包内的流场和混匀时间进行了研究和优化。

冶金过程多在高温下进行,数值模拟通过建立冶金过程的数学模型、求解数学模型和计算结果输出,使工程问题和物理现象进行再现。奥地利的唐勇博士通过数值模拟和工业测量研究了特殊内衬材料对长水口和浸入式水口传热的影响,开发了能够减少能量消耗、提升钢材质量的长水口和浸入式水口内衬。昆明理工大学马文会教授通过建立热量-流动-热应力等多场耦合模型研究了传热特性对多晶硅真空定向凝固过程中晶体生长质量的影响。北京科技大学的姜泽毅教授就全氧高炉中能量-质量传输与化学反应协同强化进行了报告。

铸锭是一种常用的钢铁铸坯生产环节。印度的Dipak Mazumdar教授作了题为“模铸过程中结晶器-钢液之间的接触热阻的变化:工业检测与模拟”的特邀报告。韩国延世大学的Sohn IL教授计算了炼钢过程中结晶器保护渣的热通量以及界面阻力,并对结晶器保护渣行为进行了优化。来自加拿大和澳大利亚的研究人员就凝固过程中涉及的热物理性能、宏观偏析等内容进行了报告。国内来自中冶京城工程技术有限公司、中南大学和辽宁科技大学的科研人员也对钢液凝固过程中的凝固组织、宏观结构和缺陷控制等内容进行了报告。

相关材料科学基础研究成果为钢铁工业的发展提供了坚实的理论基础。日本茨城大学著名学者M. EMOMOTO教授介绍了低碳马氏体钢中渗碳体的回溶与奥氏体长大模拟研究,日本东北大学陈迎教授和北京科技大学罗海文教授则对Si钢中的自由能计算和取向Si钢中渗氮过程进行了模拟研究,英国剑桥大学Galindo-Nava Enrique I.博士预测了马氏体钢的组织与强度,亚洲Nb技术公司Bian Jian博士通过晶粒细化等物理冶金手段极大地提高了钢铁材料性能,尹海清教授介绍了钢铁材料大数据发展及在材料研究设计中的应用前沿与展望,大连理工大学张立文教授研究团队介绍了大尺寸Nb-V微合金钢棒材TMCP的多场耦合仿真。同时,钢铁工业生产中的最新应用及发展也受到了与会人员的广泛关注,宝钢吕立华教授介绍了多场耦合高温扩散模型及应用,着重介绍了铸坯加热过程中温度场模拟和合金元素扩散模拟研究在工业实际中对工艺设计的指导作用;澳大利亚BOHLER特殊钢TIAN Baohui博士介绍了温度场对热变形行为的影响研究,意大利Rina咨询公司GUARNASCHELLI Claudio博士讲述了钢铁材料设计模拟及工艺优化模拟在酒泉钢铁冷轧420MPa高强度低合金钢板开发应用的实例,西班牙CEITTecnumRODRIGUEZ-IBABE博士介绍了Nb微合金钢奥氏体状态模拟在薄板铸轧(TSCR)工艺中的应用。

目前我国相关研究单位、高等院校及钢厂技术中心均大量购置相关热力学、动力学软件,已应用到新钢种的研制开发中去。会议中国际知名的模拟仿真软件与数据库开发公司对钢铁材料设计的最新发展与未来趋势进行了介绍。Thermo-Calc软件公司Chen Qing博士作了“钢铁材料热力学计算-基于CALPHAD材料集成设计平台”的主题报告,介绍了CALPHAD的发展历程、研究进展,尤其是在多组元超合金中基于吉布斯自由能数据库预测平衡相成分相关的实验和理论计算研究进展,有望进一步形成包含更多的材料模拟与仿真功能的新模块,Chen博士指出材料模拟与仿真的终极目标是在材料设计或集成计算材料工程中可以预测材料性能及服役能力,并形成工艺-组织-性能的关系。此外,NARAGHI Reza博士也介绍了计算材料热力学与动力学在钢铁研发中的应用实例。这些研究报告充分证实了钢铁材料模拟与仿真技术给钢铁材料研发、设计及应用提供了有力的技术手段。

(中国金属学会 国际联络部)

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