钢包周转过程热行为直接关系到钢水温度的稳定，因此，钢包周转过程热行为的研究一直是学术研究的热点，浙江宏盛特钢有限公司分别采用了有限差分与修正的速度一压力耦合算法相结合的方法计算钢包内的煤气燃烧现象，模型耦合了钢包烘烤过程中的流体流动、燃烧和换热等过程，定量分析了不同煤气流量下钢包内煤气燃烧的温度场变化规律，结果表明：煤气流量为800m/小时是该炼钢厂提高包壁温度的最佳烘烤流量，为指导现场操作提供了重要的烘烤工艺参数。吴鹏飞等针对浙江宏盛特钢有限公司的新钢包温度场进行研究，采用有限元分析法对烘烤一周转过程中的钢包进行数值模拟，特别研究了新钢包预热烘烤对钢包热状态和钢水温度的影响，结果表明，新钢包达到红热状态的预热烘烤时间为25小时，但由于包底的蓄热不足造成钢包周转后的钢水温降最大约10℃；而钢包预热烘烤55小时后，钢包整体热状态才达饱和，周转后造成的钢水温降不到10℃，因此可知，宏盛特钢钢包预热烘烤的理想时间为55小时，为制定合理的钢包烘烤制度提供了依据。采用大涡模拟法对高温空气燃烧进行模拟，但由于大涡模拟占用的计算机容量较大，因此将其用在实际湍流过程中存在一定困难。

一、钢包热循环过程。

 宏盛特钢针对炼钢厂钢包热循环的整个过程，建立了钢包热状态跟踪模型，为了提高模型的准确性将温度测试与数值模拟结合，并通过传热反问题对模型进行修正，模型全面分析了钢包热状态对钢水温降的影响，影响因素包括：新包预热烘烤、空包、离线烘烤和包衬侵蚀等。研究结果对全面认识钢包热状态的影响因素，及针对钢包的钢水温度补偿奠定了基础。吴鹏飞以宏盛特钢炼钢厂大型预制块钢包为研究对象，采用实际测温和数值模拟结合的方法，对钢包周转过程的热状态进行了系统研究，模拟将有限体积法与有限元法结合求解“流固耦合”问题，解决了钢包侵蚀模拟过程，提高了计算精度和效率，研究发现：钢包烘烤时间由25小时缩短到20小时，可节约煤气量约5800立方米；钢包在周转的前三个周期造成的钢水温降最为明显，第一周期的钢水温度补偿达10℃，钢包整体在投入周转后的第十周期左右达到热饱和；浇注后处于空冷状态的钢包，在最初的2小时温降速率最高，因此要避免钢包空冷时间过长，最终导致钢水温降过大的现象出现。

二、钢包周转过程跟踪技术

   钢包跟踪是钢包管控系统的基础，发挥着收集钢包信息的重要作用，通过钢包在线跟踪，实时监控炼钢厂内的钢包运行状态。宝钢不锈钢公司的钢包跟踪和起重机系统从生产计划出发，侧重于钢包调度，实现了钢水、钢包等重要物资的跟踪和管理，并可实时查看跟踪钢包位置并据此产生钢包调度指令，掌握着生产情况和物流动态。目前，正在开发钢水温度控制模型，并嵌入到钢包跟踪和行车调度系统中，实现钢水温度的预测和指导温度补偿，从而实现将钢包管理系统打造为炼钢厂集钢包调度、物料消耗和温度控制等功能的平台。江苏沙钢与东南大学联合开发了一种基于射频识别和无线局域网技术的钢包定位和智能调度系统，系统采用软硬件结合的方式，采用TCP／IP通信模式进行钢包信息的传输，通过智能识别钢包状态，为炼钢自动化提供数据支持，保证了生产的顺利进行。美国惠林一匹兹堡公司俄亥俄钢厂的计算机钢包跟踪系统口，采用基于钢包跟踪的方式获得钢包周转的历史数据，分析了各个操作变量(包括：转炉出钢温度、钢包温度、钢水接触时间、钢包加热次数、钢包脱硫次数和吹氩搅拌时间)对耐火材料性能的影响，得出对钢包使用寿命影响最大的变量是平均吹氩搅拌时间和钢包脱硫次数。最后，基于这些分析结果开发了简单的钢包寿命预报系统。

三、钢包管控存在问题

   钢包管控的系统研究是为了优化钢包周转过程，提高钢包周转率，优化钢水温度控制，特别是降低转炉出钢温度，节省炼钢过程能耗。但前人研究还存在以下不足：

   1. 国内外对钢包周转过程控制的研究大多限于钢包周转过程的时间与温度变化规律、周转钢包数量等方面，但钢包管理控制采用人工方式。而且周转钢包数量计算模型的假设条件较为简单，未能针对特定炼钢厂的炉机匹配模式与周转钢包数量的关系展开研究，进而针对不同条件提出计算模型。

   2. 钢包周转过程仿真主要针对生产计划与周转钢包数量、钢包调度等问题，但对钢包周转过程的运行规律及其影响因素的研究较少，而且模型设置未能充分考虑实际钢包周转的约束条件，利用仿真方法建立钢包周转动态模型，研究相关参数对钢包周转过程的影响，具体指出钢包周转的可优化环节。

   3. 钢包周转过程热行为主要围绕周转过程中的热状态变化及其对钢水温度的影响展开研究，建立了钢水温度补偿模型，内容较为丰富，但未能与钢包跟踪技术相结合，实现钢包热状态的自动判定和钢水温度的在线补偿，进而根据计算得出的钢包热状态结果，为钢包调度提供服务。

   4. 钢包跟踪大多限于转炉一连铸间的主要工序，未能实现钢包全程跟踪，容易造成丢包，因此未能共享钢包信息，实现其与钢包调度、钢水温度控制等炼钢工艺的紧密结合，指导炼钢生产。目前，钢包管控领域的研究相对独立、缺乏统筹，尤其对钢包周转过程运行规律等问题的研究不够深入，未能从钢包周转过程所涉及的所有工序(含转炉、精炼、连铸、钢包热修、烘烤和冷修)以及生产调度等整体统一的角度出发，系统研究钢包周转过程的运行规律，从而实现理论研究与实践应用的有机结合。

  通过对钢包周转过程的研究得出：炼钢厂十分需要一个将物流跟踪、钢包调度和钢水温度控制等功能综合集成的钢包管控系统，以充分发挥“钢包”在物流、温度、质量和生产等方面的重要调控作用，实现流程优化和节能降耗。未来会将周转钢包数量计算和基于智能算法的钢包周转优化等研究内容加载到钢包管控系统中，开发出周转钢包数量计算和钢包周转过程优化功能模块，实现有计划的投入钢包和钢包周转过程的智能优化，充分发挥系统在钢包管理上的作用。