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【摘要】本文向读者介绍了互动性良好的免费网上学习平台——钢铁大学网站及其主要仿真模块，列举了历年挑战赛和钢铁企业、高校对该资源的利用情况，试图向广大企业和高校学生推荐并有效利用该资源。
【关键词】钢铁大学，虚拟炼钢，仿真，培训
一引言。目前，在世界钢铁行业激烈竞争，新技术、新产品竞相问世的背景下，钢铁企业需要花费大量的时间和财力培训理论知识和实践经验不足的新员工。高校需要对钢铁相关专业学生进行实训又苦于无顶岗实习机会，因此精通现场经验成为高校大学生的软肋。降低钢铁企业的培训成本、提高实际效果、解决钢铁行业人才培养和再教育资源和高校学生实训问题成为行业可持续发展亟待解决的焦点问题。
世界钢铁协会与其会员共同创立的钢铁大学网站（steeluniversity.org）就是为了满足上述要求应运而生的一个可以免费使用，能赢得奖励的网上资源平台[1]，它提供了研究和应用在钢的生产和使用过程中所用原理的机会，高校教师、学生、钢铁行业员工及其培训对象可以用来进行自动或者直接的学习达到将理论与实践相结合。世界钢铁协会希望钢铁大学网站能激发学生们对钢的价值和奇妙性的认识、钢对世界可持续性带来的机会、钢铁行业的培训和职业所带来的机会。目前国外有韩国浦项、塔塔等知名公司，国内有宝钢、鞍钢、首钢等众多大企业和部分高校加入到资源的利用中来，本文通过对该网站的介绍试图引起更多中小企业和高校关注这种培训新理念，并很好的利用此资源。
二钢铁大学网站平台
钢铁大学网站内容涵盖从钢铁生产、产品、钢的应用和回收等各个方面，它通过一系列灵活的、涉及炼钢生产的游戏般的模拟研究和应用在钢的生产和使用过程中所用基本的科学知识、冶金和工程原理、热力学和动力学原理等。该网站现提供包括中文简体和繁体两种文字在内的8种译文版本可供不同需要的人群选择。相邻部分的有关主题提供了链接。
1网站特征靓点
虚拟钢厂是该网站的特征之一，使用者可以控制它的各种工艺和测试活动，目前，网站可以提供的模拟活动有虚拟钢厂、碱性氧气炼钢、电炉、二次精炼、连铸、抗拉强度测试、硬度测试 、夏比冲击韧性测试、厚钢板的取样和测试、设计和生产高强度钢。
该网站的特征之二是它的电子学习模块（e-learning），此部分也是网站极具价值的核心部分，它可分为4大模块：钢铁应用，炼钢过程（钢的加工），钢铁冶金和可持续性，在4大模块下面又细分为一系列小模块如表1。
该网站的特征之三是挑战赛，为了推广该网站，自2005年开始，每年11月钢铁大学网站都会举行一次虚拟炼钢大赛。个人或团队均可参赛，参赛者在持续的24小时内可以不计次数地进行尝试，利用该网站一个或多个虚拟的工艺生产一种特别为该比赛准备的新钢种，目标是以总成本最低生产所需的钢种。它吸引了世界各地的选手参加，参赛人数有逐年增加的趋势，如图1所示。
2炼钢过程仿真模块
1）高炉（BF）模拟。高炉是现代炼铁生产的主要途径，主要目的是为转炉炼钢提供质量合格的铁水原料。高炉使用铁矿石为含铁原料、焦炭和粉煤为还原剂、石灰或石灰石为造渣剂。本模拟的目标是通过选择合适的原材料（矿石、燃料、造渣剂）、并为这些原料设定合适的装入比例，生产统计数据和装料速度，优化高炉生产铁水的过程以获得目标铁水。然后进行质量平衡、热平衡和其它工艺指标的评价使铁水成本最低。
模拟可以生产铸造生铁和炼钢生铁等两种不同类型的生铁，共提供4个界面用于输入与高炉生产条件相关的数据：1）原材料成分，2）生产设定，3）装料比例，4）生产环境参数。当所有的设定都完成后鱼雷车被激活，点击它会弹出仿真结果屏幕。主模拟屏幕如图2所示。
2）转炉（BOS）模拟。转炉炼钢是将铁水炼成钢水的炼钢过程，通过向熔池供养发生氧化反应降低熔池中的碳含量，并进行脱硫、脱磷操作。此模拟目的是通过操作，向熔池供氧和加入必要的辅助料来处理铁水，在规定的时间内将成分和温度合格的钢水倒入钢包内。图3画面显示所模拟的车间设置。
在模拟开始，动画显示起先加入炉内的废钢和熔剂如石灰和白云石（依据用户选择而定）。固体料加入完毕，将铁水罐中的铁水兑入转炉内冶炼，冶炼完毕将钢水出至钢包中，随着总结画面的出现，表示模拟结束。该模拟设置了大学生水平和钢厂技术人员水平两种，目标钢种分为：普通建筑用钢、TiNb超低碳钢、管线钢、工程用钢等4种。模拟之前要做好计划，首先是完成热平衡和物料平衡的计算以决定铁水、废钢、铁矿石、渣料的用量和铁水脱碳到目标碳含量及升温到出钢温度所需的总氧量。
3）电炉（EAF）模拟。模拟电炉冶炼的目的是通过选择和熔化废钢及原料，在规定的时间内，使钢液达到所选择钢种
的目标成分及温度。目标钢种同转炉完全一样。EAF 模拟包括三个可视阶段，在前两个阶段，为模拟冶炼的钢种选择原材料，第三个和最后模拟阶段，熔化原材料并向目标成分冶炼钢液。模拟开始选择废钢非常关键，有10种废钢可选如图4。
4）二次精炼模拟。本模拟将从转炉开始管理一包钢水，并且要在一定的时间内以合适的成份，温度和一定的夹杂物含量（纯净度）运送到合适的铸机。要求以最小的成本来完成这个模拟。
有四种不同的钢种以供选择，每个钢种都需要不同的冶炼工艺。除普通建筑用钢、TiNb超低碳（ULC） 汽车面板用钢、管线钢、热处理中碳CrMo工程用钢外，还可以自己定义钢种。为了冶炼出目标钢种，你必须以加入合金和精炼渣，搅拌，真空脱气和再加热为基础做出一系列决定。加入的先后顺序，时间和多少以及搅拌，脱气和加热的操作决定能否最终完成这个模拟。在模拟的最后，用户将得到钢水成份、温度、夹杂物含量水平以及到达连铸的时间是否在指定的范围之内，并且得到总成本。
5）连铸模拟
本模拟的目标是成功地连续浇铸3包钢水，但必须满足特定的表面质量、内部质量和夹杂物的标准。使用3种不同类型的连铸机（板坯、大方坯和小方坯连铸机）可生产4种不同的钢种。
首要的是选择好目标拉速，使浇铸的产品能满足所有的质量标准。其次，结晶器振动参数的设置对于获得良好表面质量的产品至关重要。最后，钢液温度和第2包、第3包钢液的到达时间也需要相应作好计划。
模拟分大学生和钢铁行业的技术人员水平两个级别，钢种仍然是前述4类，但模式分单机模式和联机模式。单机模式可以选择用户的水平、钢种和所有的浇铸参数，包括钢包计划和温度。初始的模拟参数（例如成份、钢包质量、夹杂物含量等）采用默认设置。联机模式所有参数均从二次精炼模式调入用户的水平、钢种、钢包钢水的温度、成份、质量和夹杂物含量的参数。
6）热轧模拟。型钢轧制模拟：本模拟将一块大方坯轧制成工字钢。为实现此轧制过程，操作者需从加热炉内取出钢坯并将其运送到粗轧机。然后操作界面自动转换到粗轧机（如图5所示），操作者可根据屏幕显现的轧制程序表移动并翻转钢坯进行轧制。轧制结束后，界面将自动回到原生产线界面视图，操作者应将轧件经过切头剪后运送到REF （粗轧-轧边-终轧） 机架，并完成最后成品轧制过程。操作者应在规定的时间内完成工字钢的生产过程。
中厚板模拟：本模拟任务是完成3份钢板订单的生产，模拟前首先通过控制面板建立各种要求的详细内容。3个订单项的每项内容（塔锥、过渡段和水下圆柱部分）需要单独建立，点击选项按钮选择任何一处，然后用上部的标签设置和改变各项参数，它们是图6所示的钢板尺寸和偏差、图7所示为钢板化学成分和轧制工艺选项和图8所示的坯料计划。根据理论知识完成三项参数的设定后形成一个轧制程序表，然后可以进行轧制模拟，模拟完成后产生两份报告，一份是显示钢板是否符合要求性能的实验报告，另一份是显示成本的生产报告。
三 应用
1新员工、在校大学生网络学习。鞍钢为了迎战2007年度的第三届虚拟炼钢挑战赛，由集团公司科技发展部负责，鞍钢组织人事部和鞍钢职工大学配合和支持，进行了历时3个月的准备，共组织100多名职工进行了三个阶段的培训和网上实际演练。宝钢为了让员工了解钢铁大学丰富的资源并熟练应用此网站，开展了许多工作。如，承担部分中文版的翻译工作，把钢铁大学网站链接到宝钢外网及宝钢教育培训中心外网上，分发钢铁大学网站手册到各分厂。宝钢日报还刊登过关于2006年钢铁大学网站钢铁生产竞赛结果的新闻报道。
为了促进钢铁大学网站的使用和参加钢铁生产竞赛，宝钢针对生产车间工作不足三年的新员工召开培训计划，通过宝钢教育培训中心的讲师对EAF和钢铁生产模拟的演示，辅导培训者自己练习。另外还邀请钢铁工业专家做科学原理方面的技术演讲，并举办小型的钢铁生产竞赛。对钢铁生产的仿真模拟，使参加者认识到钢铁的生产是一个环环相扣的系统过程。不仅要考虑钢铁质量，原料和设备情况，还要考虑提高每个生产点的操作控制水平，只有这样才能知道产量和消耗量的相互关系，模拟才能成功运行。
从2007年上旬开始，围绕钢铁大学网站的应用，首钢迁钢公司做了大量研讨、论证并作出了“运用钢铁大学培训网站，开展网上模拟炼钢（浇钢）操作比赛，准备参加2008年网上挑战赛，在虚拟的环境里与各国同行高手过招”的决定。经过充分准备，2008年年初在人资处的组织下，炼钢分厂精炼和板坯两个作业区各自成功地举办了第一次（作业区级）的模拟比赛，共有73名职工参赛，其中绝大多数是大学生。2008年挑战赛为初次参赛的他们积累了经验。正是由于企业高度重视，以上企业分别在第三、四、六届挑战赛取得了企业组冠军。员工素质得到了提升，这无疑给我们中国钢铁公司的年轻员工带来了良好的促进和激励[2]。
英国伯明翰大学将钢铁大学网站的部分模块植入教学课程中，涵盖了大一至大三的本科教学。这些模块既可作为提高学生学习效果能让学生访问的独立资源，也可以作为嵌入的活动，在学生应用中，后者更容易评估。汽车门板角色扮演练习已被用于艾萨克·常博士在第一年本科课程的设计和专业技能。总体而言，使用模块加入到大学课程用替代传统的课本和讲座的学习模式会让学生探索不同的钢材加工和材料的选择。
2历届挑战赛情况。炼钢挑战赛自2005年举办以来，到目前已举办7次，2012/2013年为第七届，除了2009/2010年外，网站已列出6次挑战赛情况。挑战赛目标均为吨钢成本最低。中国在前两届比赛中成绩平平，自第三届开始都有冠军获得，按先后分别是宝钢、鞍钢、首钢迁钢。学生没有获得过冠军，也说明学生的实际能力有待大幅度提高。
1）比赛形式。前五届比赛通过一轮在线比赛决出学生组和企业组冠军，为激发各赛区选手的兴趣，从第六届开始，比赛形式发生较大变化。即比赛分两轮进行，第一轮从5大地区中选出地区冠军，第二轮把第一轮当中选出的地区冠军集中在布鲁塞尔国际钢协总部，在钢铁企业的领导面前举行总决赛。这种新的形式不仅为第二轮参赛选手提供全程免费的全球旅行，还使参赛选手获得与全球钢铁业领导面对面的机会。
2）历届赛事简况。第一届（2005）虚拟炼钢大赛由于是首次比赛，共有28个国家的213名选手参赛，尝试604次，人均5.6次，中国最好成绩仅排85名。第二届（2006）虚拟炼钢大赛生产一种海洋平台用的高强度钢。22个不同国家的294名选手参赛，尝试3961次，人均9.5次，较首届有较大提高。中国宝钢派出的4对选手进入前10名，最好成绩为第二。两个组别的冠军均被韩国获得，分别是浦项科技大学和浦项钢铁公司。第三届（2007）虚拟炼钢大赛采用二次精炼和连铸模拟软件模拟生产啤酒罐用钢，2007年11月7日星期三中午12点（格林威治时间，GMT），可以从网站获得新版的模拟软件和比赛的钢种。比赛持续24小时，共吸引了来自5大地区26个不同国家的439名参赛者。尝试12，753次，人均29次，成功率38%。来自中国鞍钢的3组选手杀入前10名，其中张文和赵钢是钢铁行业的最好成绩，总成绩排名第5。而总成绩排名第一的韩国POSTECH的Hyunsoo Kim， Sangmin Lee 和 Daehee Woo赢得学生组冠军。第四届（2008）挑战赛比赛持续24小时，2008年11月5日星期三中午12：00（GMT）结束。大赛采用一个全新的中厚板模拟轧制软件，由于比赛当天才发布仿真程序，使得比赛不太容易，成功率仅为9.2%。模拟中参赛者将综合考虑成本及产品工艺要求，来完成用于制造风力发电机塔筒的中厚板订单。竞赛中，参赛者将得到一个风力发电机塔筒三个不同组成部分的订单，并且按规定的尺寸和性能要求进行生产，同时力求整个过程成本最低。本次比赛的478个参赛队分别来自5大地区26个不同国家或地区。尝试16446次，人均34次。最后来自企业组宝钢选手尹璐、葛华、陈岑获得冠军，而学生组则由圣太田高等矿业精英大学的Nabil Marouf， Raphael Chosson， Pierre Sallot获得。此次大赛完成3份订单前30名中，有11对是宝刚选手，5对鞍钢选手，鞍钢获得第二的成绩。第六届（2011/2012）钢铁大学挑战赛由两轮高规格的比赛组成。第一轮比赛于2011年11月15日星期二中午12：00（GMT）开始举行，在线持续24小时。挑战赛的第一轮先使用高炉模拟生产出铁水，再用转炉模拟将铁水炼成能用于生产管线钢的钢水。目标是生产出符合成分和温度范围且成本最低的钢水。企业组及学生组的地区冠军将来自以下地区：北美、拉美、欧洲-独联体、中东-印度-非洲及东亚-大洋洲。地区冠军于2012年2月全程免费参加了位于布鲁塞尔国际钢协总部举行的第二轮决赛。
此次竞赛吸引了25个国家650人参与，尝试34259次，人均52次。企业组最好成绩由来自首钢迁钢的刘飞和于晨取得，学生组最好成绩由来自拉美巴西Universidade Federal do Ceará大学的Helilton Morais Rego Lima Filho和Fernando Emerson Viana Sousa取得。武汉科技大学获得第三名。
第七届（2012/2013）网上炼钢挑战赛是一次高规格的比赛，第一轮地区冠军赛于两个单独的比赛日在网上举行。比赛日1：2012年11月13日周二中午12：00（GMT）开始举行，持续24小时。比赛日2：2012年11月21日周三中午12：00（GMT）开始举行，持续24小时。参赛者可选择参加一个或两个比赛日的比赛。比赛模拟仅可在这两个比赛日进入，比赛结果将在第二个比赛日结束后评判。地区划分为北美，拉美，欧洲-独联体，中东-印度-非洲及东亚-大洋州。企业组及学生组的地区冠军将来自上述5个地区。第二轮总决赛将于2013年2月举行。
第七届比赛第一轮的任务是完成一份来自推土机械制造商的订购合同。参赛者使用电炉模拟生产来自欧标（EN10025：2004）S355J2+N的钢水用于制造各种机械部件，比如伸缩臂和抓斗等，这款钢种既强硬又有韧性，方便加工和制造。目标是优化冶炼过程以便满足规定范围的重量， 化学成分， 时间和温度要求以及最低可能吨钢成本。本轮比赛吸引了来自5大地区37个不同国家1148名参赛选手。共有42622次模拟尝试，人均37次尝试。
四 结语。钢铁大学网站为广大企业和科研院校提供了丰富的培训和学习资料，已成为钢铁技术的权威网站，通过网上电子资源平台还能解决目前高校和企业年轻员工在学习和培训中面临的成本和效果问题。尤其它推出的挑战赛使得世界五大洲的大学、钢铁公司、原料供应商和顾客都可参与到国际钢协的活动中，激励了更多参赛者。值得我们钢铁行业和学界更多关注并自发利用该网站学习并推动钢铁行业创新。不失为一种年轻员工培训和学生直接学习的全新理念。
参考文献：
[1]http：//www.steeluniversity.org/content/html/chi/default.aspcatid=242&pageid=2081272522
[2]柯华飞，袁宇峰.钢铁大学网站历年虚拟炼钢挑战赛总结及其资源应用[J].冶金信息导刊.2009，（1）：40-42