高品質鋼的冶煉典型流程為“轉爐→精煉→中間包→結晶器”，冶金反應器

內存在著合金-鋼、鋼-渣、鋼-夾雜物、鋼-耐材、渣-耐材、鋼-空氣、鋼液凝固

和元素偏析等反應和過程，各個化學反應“耦合”發生、互相影響。因此，有必

要建立智能模型有效地預測不同反應器內夾雜物成分的變化，準確地在線了解精

煉和連鑄過程的工作狀況，使生產全流程始終處于最佳工作狀態，從而確保夾雜

物的精準控制，最終提高鋼產品質量的穩定性和可靠性。同時，通過模型的優化

計算，可以根據不同鋼種的性能需求，對鋼種的生產工藝進行定制化設計。

（1）高品質鋼爐精煉過程夾雜物預測研究：

? 精煉過程宏觀流動數學模擬：計算精煉過程鋼液和精煉渣的流場和溫度

場、夾雜物的運動，同時計算吹氬強度、鋼包尺寸等因素對鋼包流場、

夾雜物運動和去除的影響。? 精煉過程夾雜物成分動力學：研究吹氬強度、鋼包尺寸等因素對多元反

應速率的影響；耦合計算 LF 爐內“渣-鋼-夾雜物-合金-耐材-空氣”多

元反應過程夾雜物成分變化。

? LF 爐內夾雜物尺寸動力學：建立夾雜物生成、長大和去除的尺寸變化多

尺度模型，確定不同條件下夾雜物的尺寸變化行為，預測鋼中夾雜物的

數量變化和尺寸分布規律。

? LF 爐內夾雜物預測模型：將夾雜物成分和尺寸動力學計算和宏觀流動模

擬相耦合，建立 LF 爐精煉過程夾雜物成分、數量和尺寸預測模型。

（2）高品質鋼中間包連鑄過程夾雜物預測研究

? 中間包內宏觀流動數學模擬研究：計算中間包內鋼液和覆蓋劑渣相的流

場和溫度場、夾雜物運動和去除。計算開澆和換包的非穩態澆注、中間

包結構對中間包澆鑄過程的影響。

? 中間包內夾雜物動力學研究：耦合計算中間包中“渣-鋼-夾雜物-耐材-

空氣”多元反應中夾雜物成分變化，確定中間包內各位置的反應速率。

? 中間包內夾雜物預測模型的建立將渣-鋼-夾雜物-耐材-空氣反應和宏觀

流動模擬相耦合，建立中間包過程多元反應夾雜物成分、數量和尺寸預

測模型。

（2）高品質鋼結晶器凝固過程夾雜物預測研究

? 結晶器內鋼液凝固冷卻過程中夾雜物行為研究：通過實驗室實驗研究鋼

液凝固和冷卻過程中溫度變化對原有夾雜物與鋼基體的反應的影響，以

及不同成分的鋼液在冷卻和凝固過程中夾雜物新相析出，確定溫度變化

對夾雜物影響機理。

? 結晶器內宏觀凝固和流動數學模擬研究：研究結晶器過程鋼液、渣相的

運動，使用融化模型研究結晶器過程凝固坯殼的凝固和形成，計算夾雜

物在鋼-渣界面的去除行為。

? 結晶器內鋼液凝固過程夾雜物動力學研究：計算鑄坯凝固過程鋼液成分

偏析，與保護渣-鋼-夾雜物反應進行耦合計算，預測鑄坯中夾雜物的成

分。計算夾雜物被凝固前沿捕捉行為，預測鑄坯中夾雜物的數量和尺寸

分布。

? 結晶器內鋼液凝固夾雜物預測模型的建立：通過將元素偏析、保護渣-

鋼-夾雜物反應和宏觀流動數學模擬相耦合，建立結晶器凝固過程多元反

應預測模型，實現鑄坯中夾雜物成分、數量和尺寸空間分布的精準預測。

（4）高品質鋼制造過程夾雜物智能預測模型在工業生產中的應用

? 模型的驗證和優化：高品質鋼制造進行全流程取樣調研，對建立 LF 爐、

中間包和結晶器內夾雜物反應模型進行驗證和優化。

? 模型應用：將建立的高品質 LF 爐、中間包