CN103456228B - 工业冶金动态模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用金属材料制成的工业冶金动态模型，包括依次布置的用于模拟煤干馏生产焦炭的焦化模型系统、用于模拟含铁原料与焦炭和溶剂以及水混合制成球状并烧结成块的烧结模型系统、用于模拟铁矿石与还原物质发生反应得到生铁的高炉炼铁模型系统、用于模拟铁水与废钢和铁合金在转炉中炼钢的转炉炼钢模型系统、用于模拟经精炼炉精炼后的钢水连续浇铸成钢坯的连铸模型系统和用于模拟旋转轧辊改变钢锭或钢坯形状的轧钢模型系统。通过该动态模型学生能够对工业冶金设备的结构原理和动作过程进行初步了解，不仅能够方便、直观地进行教学，而且还能够提高教学质量，同时还能增强学生到现场实习的理解能力。

Description

工业冶金动态模型

技术领域

本发明涉及一种冶金工程的教学设备，特别是涉及一种用于模拟工业冶金现场设备的动态模型。

背景技术

工业冶金包括焦化、烧结、炼铁、转炉炼钢、连铸和轧钢等工艺步骤。

焦化是以煤为原料，在隔绝空气的条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油的工艺过程。现场焦化设备主要包括焦炉、装煤车、推焦车、拦焦车和熄焦车，其中，焦炉主要由炭化室、燃烧室、蓄热室、炉顶和烟道组成，炭化室和燃烧室交替设置，炭化室的开口处设置有能够取下的活动门；装煤车设置在焦炉炉顶的轨道上，用于承受煤塔漏嘴放下的煤粉，并且装煤车能够沿焦炉炉顶的轨道运行，同时通过炭化室顶部的装煤孔将煤粉放入炭化室中；焦炉的两侧均设置有轨道，推焦车设置在焦炉一侧的轨道上，拦焦车设置在焦炉一侧的轨道上，并且推焦车和拦焦车均能够在各自所在的轨道上运动；推焦车上具有在炭化室的活动门被取下时将炭化室内生成的焦炭推到拦焦车上的推焦杆，拦焦车能够将生产得到的焦炭转移到熄焦车上进行冷却。工作时，经过蓄热室预热后的煤气和空气在燃烧室内进行燃烧，燃烧产生的热量侧向传递到炭化室内，使炭化室内的煤粉炭化，在炭化室内的煤粉炭化得到焦炭时，首先通过取门机构将炭化室的活动门取下，然后使推焦车上的推焦杆动作将炭化室的焦炭推到拦焦车上，最后拦焦车再将焦炭转移到熄焦车内进行冷却。

烧结是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料（如焦粉）和溶剂（如生石灰或石灰石等），经过加水混合制成球状后，放在烧结设备上烧结成块的工艺过程。烧结设备主要由配料仓、皮带机、第一圆筒混料机、第二圆筒混料机、布料器、点火器、带式台车等组成，工作时，首先将要求比例的原料装入配料仓，然后通过皮带机将原料输送至第一圆筒混料机，第一圆筒混料机将原料混合均匀后，再通过皮带机将原料输送至第二圆筒混料机，第二圆筒混料机将混合料继续混匀，并将混合料制成粒径为3-8mm的球形颗粒（以提高烧结过程中的透气性），混料完成后，再通过皮带机将混合料输送至布料器，布料器具有底料布料仓和混合料布料仓，在进行布料时，首先打开底料布料仓下方的阀门，使底料布料仓的底料平铺在带式台车上（铺底料的目的是为了保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机使用寿命，减少或消除炉箅粘料），然后按工艺要求调节混合料布料仓下方阀门的开启度，使混合料布料仓内的混合料通过反射板平铺在底料上，布料完成后，再通过点火器将带式台车上的混合料点燃，使混合料中的燃料燃烧，产生高温，从而使混合料中的易融物质融化产生液相，然后液相冷却将周围的难融物质粘接成块（带式台车内设置有若干个抽风机，在混合料在带式台车的输送带上进行燃烧时，抽风机工作向下抽风，将燃烧产生的气体抽出），烧结完毕后，经破碎机将烧结料破碎，再经过冷却机进行冷却，冷却完毕后，再经过振动筛进行筛分、整粒后直接进入成品仓，最后再通过皮带机输送至高炉进行炼铁。

炼铁是铁矿石在一定温度条件下通过与还原物质发生反应而得到生铁的工艺过程。由于高炉炼铁具有经济指标良好、工艺简单、生产量大、劳动生产率高、能耗低等优点，因此目前炼铁普遍采用高炉炼铁。高炉炼铁是从高炉炉顶装入铁矿石、焦炭和造渣用溶剂（如石灰石等），从高炉下部吹入经预热后的空气，在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳与吹入空气中的氧燃烧生成一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到生铁，铁矿石中不还原的杂质和石灰石等溶剂结合生成炉渣，炉渣从炉渣口排出，产生的煤气从炉顶导出，经除尘处理后作为工业燃料。高炉炼铁设备主要由槽下配料系统、炉顶上料系统、炉顶旋转布料器、高炉、冷却塔、热风炉系统、喷煤系统、除尘系统和出铁场等组成，原料在槽下配料系统中经过筛分、称重按工艺要求配比后，通过输送皮带输送到炉顶上料系统中，然后再通过炉顶旋转布料器输送到高炉中，同时燃烧气体通过热风炉系统进行预热后，再通过热风管输送到高炉中，并且煤粉等辅助燃料通过喷煤系统喷入高炉中，由于燃料在高炉中燃烧会产生煤气，煤气通过高炉顶部的煤炉气管导出，再经过除尘系统进行除尘处理后，输出用作工业燃料，高炉中产生的铁通过高炉下部的出铁口排出进入出铁场，然后再通过铁水罐车运送到不同的加工和处理地点，另外，由于高炉在进行炼铁后温度较高，冷却塔用于对高炉进行冷却。

转炉炼钢是以铁水、废钢和铁合金为主要原料，在不借助外加能源的条件下，依靠铁水自身的物理热和铁水组分间化学反应产生的热量而在转炉中完成炼钢的过程。由于氧气顶吹转炉炼钢法具有生产效率高、投资少、成本低、原料适应性强等优点，因此目前炼钢普遍采用氧气顶吹转炉炼钢法。氧气顶吹转炉炼钢设备主要包括转炉、转炉倾动机构、供料系统、供氧系统、烟气净化及回收系统、钢包、钢包台车、渣罐及渣罐台车等，其中，转炉倾动机构用于转动炉体，以满足兑铁水、加废钢、取样、出钢和倒渣等操作要求；供料系统包括铁水供料机构、废钢供料机构、铁合金供料机构和造渣材料供料机构，铁水供料机构主要由混铁炉、铁水罐和铁水罐车等组成，混铁炉用于贮存和混匀铁水，铁水罐和铁水罐车用于运送铁水，并将铁水转移到转炉中；废钢供料机构是通过专用吊车和废钢料斗将废钢转移到转炉中；铁合金供料机构和造渣材料供料机构包括料仓、称量斗、皮带机、中间料斗和溜槽等，造渣材料通过称量斗称量后，再依次通过皮带机、中间料斗和溜槽输送到转炉中，铁合金通过称量斗称量后，再依次通过皮带机、中间料斗和溜槽输送到钢包中；供氧系统主要由储氧罐、氧枪和氧枪升降装置组成，储氧罐中的氧气通过氧枪喷入转炉中，氧枪升降装置用于控制氧枪的升降；烟气净化及回收系统用于净化并回收炼钢过程中产生的烟气；钢包用于盛装钢水，钢包台车用于将钢包运送不同的加工和处理地点；渣罐用于盛装热炉渣，渣罐台车用于将渣罐运送到不同的加工和处理地点。工作时，首先按照配料要求，将废钢等原料装入转炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等，用于除去硫、磷等杂质），加料后，将氧枪从炉顶插入转炉内，吹入氧气（纯度为99%的高压氧气流，用纯氧代替空气能够克服由于空气中的氮气影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点），使氧气直接与高温的铁水发生氧化反应，当钢水的成分和温度都达到要求时，停止吹氧并提升氧枪，准备出钢，出钢时通过转炉倾动机构使转炉倾斜，然后将钢水注入钢包内，同时向钢包内加入铁合金，以达到脱氧和调节成分的目的。

连铸是将转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼后，将钢水连续浇铸成不同类型、不同规格钢坯的工艺过程。连铸设备主要由回转台、钢包、中间包、结晶器及振动机构、二次冷却装置、矫直机（立式和水平式连铸不需要矫直）和引锭杆等组成，工作时，首先通过行车将装有精炼钢水的钢包运送到回转台上，然后转动回转台，当回转台转动到至浇铸位置时，钢包中的钢水通过中间包注入结晶器，引锭杆的头部伸入结晶器底部，结晶器内的钢水在结晶器内冷却凝固成型的同时，与引锭杆的头部凝结在一起，当结晶器内的钢水上升到要求的高度时，引锭杆受到拉坯机的作用将铸坯从结晶器中拉出；为了避免铸坯被拉断和减小结晶器中的拉坯阻力，与结晶器相连的振动机构带动结晶器振动，以辅助凝固成型的铸坯从结晶器中拉出；为了更快地进行散热，结晶器下方设置有二次冷却装置（如采用喷水冷却），从结晶器中拉出的铸坯经二次冷却装置冷却后，再通过矫直机进行矫直，当铸坯通过矫直机和拉坯机后，脱去引锭杆，然后经切割机切割后得到需要的钢坯，最后再通过运输棍运送到下一步工序。

轧钢是利用旋转轧辊产生的压力改变钢锭或钢坯形状的工艺过程，按轧钢得到的钢材断面形状区分，钢材主要分为钢板、钢管和型钢三种类型，按轧制温度区别，轧钢分为冷轧和热轧两种类型。轧钢设备主要由电机、变速箱、连接轴、轧辊、轧辊轴承和机架等组成，其中，电机的输出轴通过变速箱与连接轴相连，连接轴与轧辊相连，轧辊安装在轧辊轴承上，轧辊轴承安装在机架上，工作时，电机的输出轴通过变速箱进行减速后带动连接轴转动，连接轴带动轧辊转动，钢坯通过轧辊轧制后得到不同断面形状的钢材；热轧的轧钢设备还包括加热炉，钢坯经过加热炉加热后再输送到轧辊下进行轧制。

目前，冶金工程专业教学主要是通过书本和现场实习结合的方式进行，但当学生到冶金现场进行实习时，由于缺少对冶金设备的初步了解，因此理解能力较差，不利于提高教学质量，针对目前冶金工程专业教学存在的不足，在冶金工程专业学习中需要一种能够让学生对冶金设备进行初步了解的模型系统，以便增加学生到现场实习的理解能力，提高教学质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工业冶金动态模型，通过该系统学生能够对工业冶金设备的结构原理和动作过程进行初步了解，不仅能够方便、直观地进行教学，而且还能够提高教学质量，同时还能增强学生到现场实习的理解能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种工业冶金动态模型，包括依次布置的用于模拟煤干馏生产焦炭的焦化模型系统、用于模拟含铁原料与焦炭和溶剂以及水混合制成球状并烧结成块的烧结模型系统、用于模拟铁矿石与还原物质发生反应得到生铁的高炉炼铁模型系统、用于模拟铁水与废钢和铁合金在转炉中炼钢的转炉炼钢模型系统、用于模拟经精炼炉精炼后的钢水连续浇铸成钢坯的连铸模型系统和用于模拟旋转轧辊改变钢锭或钢坯形状的轧钢模型系统。

进一步，所述焦化模型系统包括焦炉模型、装煤车模型、推焦车模型、拦焦车模型和熄焦塔模型，所述焦炉模型的顶部设置有导轨，所述装煤车模型设置在焦炉模型顶部的导轨上，并且装煤车模型能够在焦炉模型顶部的导轨上运动；所述焦炉模型的两侧还设置有导轨，所述推焦车模型设置在焦炉模型一侧的导轨上，所述拦焦车模型和熄焦车模型设置在焦炉模型另一侧的导轨上，并且推焦车模型、拦焦车模型和熄焦车模型均能够在各自所在的导轨上运动；所述焦炉模型具有若干个相互隔开的焦化室，每个焦化室的开口处设置有能够拆下的活动门，并且焦化室内设置有能够发光以模拟高温的灯具，所述推焦车模型上具有能够在活动门拆下时伸入焦化室的推焦杆。

进一步，所述烧结模型系统包括配料仓模型、第一圆筒混料机模型、第二圆筒混料机模型、布料器模型和烧结台车模型，所述配料仓模型与第一圆筒混料机模型之间通过模拟皮带相连，所述第一圆筒混料机模型与第二圆筒混料机模型之间通过模拟皮带相连，所述第二圆筒混料机模型与布料器模型之间通过模拟皮带相连，所述布料器模型设置在烧结台车模型的一端，所述烧结台车模型的另一端设置有用于播放实际生产时烧结台车尾端翻转下料过程的播放器。

进一步，所述布料器模型具有位于烧结台车模型上方的模拟布料仓，所述烧结台车模型的一端设置有能够发光以模拟点火的灯具，并且该灯具位于模拟布料仓的下方。

进一步，所述高炉炼铁模型系统包括槽下配料模型系统、模拟皮带、炉顶上料模型系统、炉顶旋转布料器模型、高炉模型、冷却塔模型、热风炉模型系统、喷煤模型系统、除尘模型系统和出铁场模型，所述高炉模型设置在冷却塔模型内，所述炉顶旋转布料器模型设置在高炉模型的顶部，所述炉顶上料模型系统位于炉顶旋转布料器模型的上方，所述槽下配料模型系统通过模拟皮带与炉顶上料模型系统相连，所述高炉模型的下部设置有模拟热风管，所述热风炉模型系统与高炉模型下部的模拟热风管相连，所述喷煤模型系统通过模拟喷煤管与高炉下部相连，所述高炉模型的顶部设置有模拟烟道，所述除尘模型系统与高炉顶部的模拟烟道相连，所述高炉模型的下部还设置有出铁口，所述出铁场模型设置在出铁口的下方；所述高炉模型由用于展示高炉内炉料结构和用于展示高炉内炉墙结构的两半高炉模型本体组合而成；所述出铁场模型内设置有能够发光以模拟高温的灯具。

进一步，所述转炉炼钢模型系统包括转炉模型、能够上下运动的氧枪模型、用于控制氧枪模型上下运动的氧枪模型升降装置、用于控制转炉模型进行翻转的转炉模型倾动机构、设置在转炉前方的废钢行车、设置在废钢行车上并能够进行翻转的废钢料斗、设置在转炉前方的铁水行车和设置在铁水行车上并能够进行翻转的铁水罐，所述转炉模型为顶部带有开口的中空结构，并且转炉模型内设置有能够发光以模拟高温的灯管，所述氧枪模型设置在转炉模型的上方并能够从转炉模型顶部的开口插入转炉模型中。

进一步，转炉炼钢模型系统还包括镶嵌在转炉内部的用于播放实际吹氧状态的播放器。

进一步，所述连铸模型系统包括回转台、中间包、结晶器模型、二次冷却模型、灯光带、矫直机模型和引锭杆，所述回转台的底部设置有用于驱动回转台转动的回转台驱动机构，所述中间包、结晶器模型和二次冷却模型由上至下依次设置在回转台的下方，并且结晶器模型的一侧设置有用于带动结晶器模型上下运动的结晶器模型振动机构，所述灯光带能够发光以模拟钢坯，并且灯光带的一端连接在结晶器模型的底部，灯光带的另一端穿过结晶器模型、二次冷却模型和矫直机模型连接引锭杆。

进一步，所述轧钢模型系统包括轧钢机模型和灯管，所述轧钢机模型包括电机、减速箱、连接轴、轧辊、轧辊轴承和机架，所述电机的输出轴与减速箱的输入端相连，所述减速箱的输出端与连接轴相连，所述连接轴与轧辊相连，所述轧辊安装在轧辊轴承上，所述轧辊轴承安装在机架上，所述灯管设置在轧钢轨道上，用于模拟在高温下轧制的钢材。

进一步，轧钢模型系统还包括加热炉模型，所述加热炉模型内设置有能够发光以模拟高温的灯具。

本发明的显著效果在于：

（1）本发明是结合现场工业冶金设备而设计的金属动态模型，通过该动态模型学生能够对工业冶金设备的结构原理和动作过程进行初步了解，不仅能够方便、直观地进行教学，而且还能够提高教学质量，同时还能增强学生到现场实习的理解能力；

（2）本发明是用于教学的模型系统，不需要实际进行进行焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢、连铸和轧钢，因此在体积上能够大幅度缩小，在结构上也能够大大进行简化，制造成本低。

附图说明

图1为本发明焦化模型系统的主视图；

图2为本发明焦化模型系统的侧视图；

图3为本发明烧结模型系统配料仓、第一圆筒混料机和第二圆筒混料机的连接结构示意图；

图4为本发明烧结模型系统布料器和带式台车的结构示意图；

图5为本发明高炉炼铁模型系统的结构示意图；

图6为本发明转炉炼钢模型系统的侧视图；

图7为本发明转炉炼钢模型系统的主视图；

图8为本发明连铸模型系统的结构示意图；

图9为本发明轧钢模型系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图9，一种用金属材料制成的工业冶金动态模型，包括依次布置的用于模拟煤干馏生产焦炭的焦化模型系统、用于模拟含铁原料与焦炭和溶剂以及水混合制成球状并烧结成块的烧结模型系统、用于模拟铁矿石与还原物质发生反应得到生铁的高炉炼铁模型系统、用于模拟铁水与废钢和铁合金在转炉中炼钢的转炉炼钢模型系统、用于模拟经精炼炉精炼后的钢水连续浇铸成钢坯的连铸模型系统和用于模拟旋转轧辊改变钢锭或钢坯形状的轧钢模型系统。

焦化模型系统用于模拟煤干馏生产焦炭的整个工艺过程，包括焦炉模型11、装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14，焦炉模型11的顶部还设置有导轨，装煤车模型设置在焦炉模型11顶部的导轨上；焦炉模型11的两侧还设置有导轨15，推焦车模型12设置在焦炉模型11一侧的导轨上，拦焦车模型13和熄焦车模型14设置在焦炉模型11另一侧的导轨上。由于焦化模型系统是用于教学的模型系统，不需要实际进行焦化处理，因此本发明中的焦炉模型11、装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14只需在形状上接近现场设备即可，在体积上可大幅度缩小，在结构上可大大进行简化，以降低模型系统的制造成本，当然，本发明中的焦炉模型11、装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14也可按照现场焦化设备的工作过程进行模拟运动。

由于在实际进行焦化时会产生煤气，因此现场焦化设备的焦炉炉顶设置有烟道系统，为了使焦化模型系统更接近现场焦化设备，本实施例还包括设置在焦炉模型11顶部的烟道模型系统，烟道模型系统包括烟道16、主烟道19、压力阀17和拉索18，烟道16设置在焦炉模型11的顶部，压力阀17设置在烟道16和主烟道19之间，用于控制烟道16和主烟道19的接通或断开，拉索18连接在压力阀17的动作机构上，用于控制压力阀17的打开或关闭。

为了能够动态地模拟出从装煤、推焦、拦焦到熄焦的动作过程，本实施例的装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14的底部设置有滚轮，并且装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14能够在动力装置的驱动下在各自所在的导轨上运动，由于利用电能驱动推车在导轨上运动属于本领域技术人员的公知常识，因此在本发明中不再对该动力装置的结构原理进行详细赘述。

为了能够实现对焦化模型系统的自动化控制，焦化模型系统还包括PLC控制器， PLC控制器与装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14的动力装置电连接，用于控制装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14在各自所在的导轨上运动，并且装煤车模型、推焦车模型12、拦焦车模型13和熄焦车模型14的运动过程与现场焦化设备装煤车、推焦车、拦焦车和熄焦车的运动过程相同。

为了能够模拟出推焦过程，焦炉模型11内具有若干个相互隔开的焦化室，每个焦化室具有能够拆下的活动门11a，推焦车模型12上具有能够在活动门11a拆下时伸入焦化室的推焦杆12a。

由于在实际进行焦化时焦炉的各个焦化室处于高温状态，因此为了能够模拟焦化室的高温状态，焦炉模型1的各焦化室内设置有能够通电发光以模拟高温的灯具；为了实现自动化控制，灯具的通电是通过PLC控制器进行控制的；为了达到节能的目的，灯具可采用LED节能灯具。

烧结模型系统用于模拟含铁原料、焦炭和溶剂加水混合制成球状后，在烧结设备上烧结成块的工艺过程。烧结模型系统包括配料仓模型21、第一圆筒混料机模型22、第二圆筒混料机模型23、布料器模型25和烧结台车模型26，其中，配料仓模型21与第一圆筒混料机模型22之间通过模拟皮带24相连，第一圆筒混料机模型22与第二圆筒混料机模型23之间通过模拟皮带24相连，第二圆筒混料机模型23与布料器模型25之间通过模拟皮带4相连，布料器模型25设置在烧结台车模型26的前端，烧结台车模型26的尾端设置有用于播放实际生产时烧结台车尾端翻转下料过程的播放器27，通过播放器27播放的视频数据能够逼真的展示实际烧结机机尾的物料现象。由于烧结模型系统是用于教学的模型系统，不需要实际进行烧结处理，因此本发明中的配料仓模型21、第一圆筒混料机模型22、第二圆筒混料机模型23、布料器模型25和烧结台车模型26只需在形状上接近现场设备即可，在体积上可大幅度缩小，在结构上可大大进行简化，以模型系统的制造成本；当然，本发明中的第一混料机模型22、第二圆筒混料机模型23以及各模拟皮带24也可按照现场烧结设备的工作过程进行模拟运动。

为了使第一混料机模型22、第二圆筒混料机模型23以及各模拟皮带24能够进行模拟运动，本实施例的第一圆筒混料机模型22和第二圆筒混料机模型23两者均具有能够转动的滚筒，并且第一圆筒混料机模型22和第二圆筒混料机模型23的滚筒下方设置有能够带动滚筒转动的滚筒驱动装置；各模拟皮带24设置在皮带驱动装置上，并且各模拟皮带24均能够在皮带驱动装置的带动下进行模拟运动；由于滚筒驱动装置和皮带驱动装置可结合现场烧结设备进行设计，属于现有技术，因此在本发明中不再对滚筒驱动装置和皮带驱动装置的结构原理进行详细描述。

为了能够对第一混料机模型22、第二圆筒混料机模型23以及各模拟皮带24的模拟运动进行自动化控制，本实施例的烧结模型系统还包括PLC控制器，PLC控制器与滚筒驱动装置和皮带驱动装置的动力部分电连接，用于控制第一圆筒混料机模型22和第二圆筒混料机模型23的滚筒转动、并控制各模拟皮带24进行模拟运动。

由于在实际进行烧结时，需要首先在烧结台车铺上底料，然后再在底料上铺上混合料，因此本实施例中的布料器模型25具有两个位于烧结台车模型26上方的模拟布料仓，分别为底料模拟布料仓25a和混合料模拟布料仓25b，烧结台车模型26的前端设置有能够通电发光以模拟点火的灯具，并且该灯具位于混合料模拟布料仓25b的下方，这样就可动态地模拟出点火过程。当然，为了达到节能的目的，本实施例中的灯具可采用LED节能灯具。

由于实际烧结台车内设置有若干个抽风机，在进行烧结时，抽风机工作，将烧结产生的气体抽出，因此本实施例的烧结台车模型26内还设置有数个抽风机模型28，当然，为了能够模拟出抽风过程，本实施例中的抽风机模型28也可采用具有抽风功能的实际抽风机。

高炉炼铁模型系统用于模拟铁矿石在一定温度条件下通过与还原物质（C、CO、H₂等）发生反应而得到生铁的工艺过程。高炉炼铁模型系统包括槽下配料模型系统、模拟皮带、炉顶上料模型系统、炉顶旋转布料器模型31、高炉模型32、冷却塔模型33、热风炉模型系统、喷煤模型系统、除尘模型系统和出铁场模型；其中，高炉模型32设置在冷却塔模型33内，炉顶旋转布料器模型31设置在高炉模型32的顶部，炉顶上料模型系统位于炉顶旋转布料器模型31的上方，槽下配料模型系统通过模拟皮带与炉顶上料模型系统相连；高炉模型31的下部设置有模拟热风管35，热风炉模型系统由至少一个热风炉模型34组成，本实施例的热风炉模型系统由四个热风炉模型34组成，四个热风炉模型34通过模拟管道连接起来组成热风炉模型系统，热风炉模型系统与高炉模型31下部的模拟热风管35相连；喷煤模型系统通过模拟喷煤管与高炉下部相连；高炉模型31的顶部设置有模拟烟道36，除尘模型系统由至少一个重力除尘模型37和至少一个布袋除尘模型38组成，本实施例的除尘模型系统由一个重力除尘模型37和六个布袋除尘模型38组成，重力除尘模型37与高炉模型31顶部的模拟烟道36相连，六个布袋除尘模型38通过模拟管道连接起来组成布袋除尘装置，布袋除尘装置与重力除尘模型37相连；高炉模型31的下部还设置有出铁口，出铁场模型设置在出铁口的下方。由于高炉炼铁模型系统是用于教学的模型系统，不需要实际进行炼铁，因此高炉炼铁模型系统的各组成部分只需在形状上接近于现场设备即可，在体积上可大幅度缩小，在结构上可大大进行简化，以降低制造成本；当然，高炉炼铁模型系统的各组成部分的结构也可按照现场设备进行设计，这样不仅方便学生对高炉炼铁设备的结构进行了解，而且这样模型系统可按照现场高炉炼铁设备的工作过程进行模拟运动，以帮助学生了解高炉炼铁设备的工作原理。

高炉模型31由沿高炉模型高度方向剖开的两半高炉模型本体组合而成，一半用于展示高炉内炉料结构，另一半用于展示高炉内炉墙结构，这样有利于学生了解高炉内部结构，也有利于提高教学质量。

由于在实际炼铁时，从高炉内排到出铁场中的渣铁处于高温状态，因此本实施例的出铁场模型内设置有能够通电发光以模拟高温的灯管，当然，为了达到节能的目的，该灯管可采用LED灯管。

转炉炼钢模型系统用于模拟铁水、废钢和铁合金为主要原料，在不借助外加能源的条件下，依靠铁水自身的物理热和铁水组分间化学反应产生的热量而在转炉中完成炼钢的工艺过程。转炉炼钢模型系统包括转炉模型41、用于控制转炉模型41进行翻转的转炉模型倾动机构、能够上下运动的氧枪模型42、用于控制氧枪模型42上下运动氧枪模型升降装置、两台行车43、（分别为废钢行车和铁水行车）、设置在废钢行车上并能够进行翻转的废钢料斗、设置在铁水行车上并能够进行翻转的铁水罐，其中，转炉模型41为顶部带有开口的中空结构，并且转炉模型41内设置有能够通电发光以模拟高温的灯管，氧枪模型42设置在氧枪模型升降装置上，并且氧枪模型42能够在氧枪模型升降装置的作用下从转炉模型顶部的开口插入转炉模型41中；由于在实际炼钢时，还需要加入铁合金和造渣材料，因此本实施例的转炉炼钢模型系统还包括两个料仓44。由于转炉炼钢模型系统是用于教学的模型系统，不需要实际进行炼钢，因此转炉炼钢模型系统的各组成部分只需在形状上接近现场设备即可，在体积上可大幅度缩小，在结构上可大大进行简化，以降低制造成本；当然，转炉炼钢模型系统的各组成部分的结构也可按照现场设备进行设计，这样不仅方便学生对转炉炼钢设备的结构进行了解，而且这样模型系统就可按照现场转炉炼钢设备的工作过程进行模拟运动，以帮助学生了解转炉炼钢设备的工作原理。

为了实现对该模型系统的自动化控制，转炉炼钢模型系统还包括PLC控制器，PLC控制器与转炉模型倾动机构、氧枪模型升降装置、废钢行车和铁水行车的动力部分电连接，用于控制转炉模型41进行翻转、控制氧枪模型42上下运动以及控制废钢行车和铁水行车运动；由于在进行实际炼钢时会产生烟气，因此转炉模型41上方设置有烟罩45和与烟罩45相连的烟道46；

转炉炼钢模型系统的工作过程如下：首先打开电源，PLC控制器通电开始工作，PLC控制器首先控制废钢行车运动，废钢行车动作带动废钢料斗运动，当废钢料斗运动到转炉模型41顶部开口上方时，废钢料斗翻转，从而模拟出向转炉模型41内装入废钢的动作过程；然后PLC控制器控制铁水行车运动，铁水行车带动铁水罐运动，当铁水罐运动到转炉模型41顶部开口上方时，铁水罐翻转，从而模拟出向转炉模型41内装入铁水的动作过程；最后PLC控制器再控制氧枪模型42向下运动，使氧枪模型42从转炉模型41顶部的开口插入转炉模型中，再将氧枪模型42提出，最后再翻转转炉模型41，这样动态地模拟出从吹氧、准备出钢到出钢的动作过程。

为了使学生能够更好地了解吹氧状态，转炉炼钢模型系统还包括镶嵌在可视性转炉模型41内部的用于播放实际吹氧状态的播放器，视频数据通过PLC控制器处理后，发送到播放器进行播放。

连铸模型系统用于模拟将转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼后，将钢水连续浇铸成不同类型、不同规格钢坯的工艺过程。连铸模型系统包括回转台53、中间包54、结晶器模型55、二次冷却模型56、灯光带57、矫直机模型58和引锭杆59，回转台53的底部设置有用于驱动回转台转动的回转台驱动机构，中间包54、结晶器模型55和二次冷却模型56由上至下依次设置在回转台53的下方，并且结晶器模型55的一侧设置有用于带动结晶器模型上下运动的结晶器模型振动机构，灯光带57能够发光以模拟钢坯，并且灯光带57的一端连接在结晶器模型55的底部，灯光带57的另一端穿过结晶器模型55、二次冷却模型56和矫直机模型58连接引锭杆59。由于在实际进行连铸时，需要通过行车51向回转台53上运送装有钢水的钢包52，因此本实施例的回转台53的上方设置有行车51。由于连铸模型系统是用于教学的模型系统，不需要实际进行连铸处理，因此连铸模型系统中的各组成部分只需在形状上接近现场设备即可，在体积上可大幅度缩小，在结构上可大大进行简化，以降低制造成本；当然，连铸模型系统的各组成部分的结构也可按照现场设备进行设计，这样不仅方便学生对连铸设备的结构进行了解，而且这样模型系统可按照现场连铸设备的工作过程进行模拟运动，以帮助学生了解连铸设备的工作原理，提高教学质量。

为了能够对连铸模型系统进行自动化控制，连铸模型系统还包括PLC控制器， PLC控制器与回转台驱动机构和结晶器模型振动机构的动力部分电连接，用于控制回转台53转动和控制结晶器模型55上下振动。

连铸模型系统的工作过程如下：首先打开电源，使PLC控制器通电开始工作，回转台53在回转台驱动装置的驱动下转动，结晶器模型55在结晶器模型振动机构的带动下上下振动，灯光带57通电发光，矫直棍模型58的矫直棍转动、引锭杆59在拉坯机的作用下进行模拟运动，这样就动态地模拟出连铸过程，有利于帮助学生对连铸设备的结构原理和工作过程进行了解量。

轧钢模型系统用于模拟旋转轧辊产生的压力改变钢锭或钢坯形状的工艺过程。轧钢模型系统包括轧钢机模型和灯管，轧钢机模型包括电机61、减速箱62、连接轴63、轧辊64、轧辊轴承和机架65，电机61的输出轴与减速箱62的输入端相连，减速箱62的输出端与连接轴63相连，连接轴63与轧辊64相连，轧辊64安装在轧辊轴承上，轧辊轴承安装在机架65上，灯管设置在轧钢轨道上，用于模拟在高温下轧制的钢材。

为了实现对轧钢模型系统的自动化控制，轧钢模型系统还包括PLC控制器， PLC控制器与电机61电连接，用于控制电机61是否工作。

由于在实际进行热轧时，钢材首先需要进行加热，然后再输送到轧钢机下进行轧制，因此为了能够模拟出加热过程，轧钢模型系统还包括加热炉模型66，加热炉模型66内设置有能够通电发光以模拟高温的灯具。

轧钢模型系统的工作过程如下：首先打开电源，使PLC控制器通电开始工作，然后PLC控制器控制电机1工作，电机1的输出轴通过减速箱2减速后带动连接轴3转动，连接轴3带动轧辊4转动，同时加热炉6内的灯具通电发光，用于模拟高温钢材的灯管也通电发光，灯管通过轧钢轨道输送到轧辊下进行轧制，这样就动态地模拟出轧钢过程。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种工业冶金动态模型，其特征在于，包括依次布置的用于模拟煤干馏生产焦炭的焦化模型系统、用于模拟含铁原料与焦炭和溶剂以及水混合制成球状并烧结成块的烧结模型系统、用于模拟铁矿石与还原物质发生反应得到生铁的高炉炼铁模型系统、用于模拟铁水与废钢和铁合金在转炉中炼钢的转炉炼钢模型系统、用于模拟经精炼炉精炼后的钢水连续浇铸成钢坯的连铸模型系统和用于模拟旋转轧辊改变钢锭或钢坯形状的轧钢模型系统；

所述焦化模型系统包括焦炉模型、装煤车模型、推焦车模型、拦焦车模型和熄焦塔模型，所述焦炉模型的顶部设置有导轨，所述装煤车模型设置在焦炉模型顶部的导轨上，并且装煤车模型能够在焦炉模型顶部的导轨上运动；所述焦炉模型的两侧还设置有导轨，所述推焦车模型设置在焦炉模型一侧的导轨上，所述拦焦车模型和熄焦车模型设置在焦炉模型另一侧的导轨上，并且推焦车模型、拦焦车模型和熄焦车模型均能够在各自所在的导轨上运动；所述焦炉模型具有若干个相互隔开的焦化室，每个焦化室的开口处设置有能够拆下的活动门，并且焦化室内设置有能够发光以模拟高温的灯具，所述推焦车模型上具有能够在活动门拆下时伸入焦化室的推焦杆；

所述烧结模型系统包括配料仓模型、第一圆筒混料机模型、第二圆筒混料机模型、布料器模型和烧结台车模型，所述配料仓模型与第一圆筒混料机模型之间通过模拟皮带相连，所述第一圆筒混料机模型与第二圆筒混料机模型之间通过模拟皮带相连，所述第二圆筒混料机模型与布料器模型之间通过模拟皮带相连，所述布料器模型设置在烧结台车模型的一端，所述烧结台车模型的另一端设置有用于播放实际生产时烧结台车尾端翻转下料过程的播放器；

所述高炉炼铁模型系统包括槽下配料模型系统、模拟皮带、炉顶上料模型系统、炉顶旋转布料器模型、高炉模型、冷却塔模型、热风炉模型系统、喷煤模型系统、除尘模型系统和出铁场模型，所述高炉模型设置在冷却塔模型内，所述炉顶旋转布料器模型设置在高炉模型的顶部，所述炉顶上料模型系统位于炉顶旋转布料器模型的上方，所述槽下配料模型系统通过模拟皮带与炉顶上料模型系统相连，所述高炉模型的下部设置有模拟热风管，所述热风炉模型系统与高炉模型下部的模拟热风管相连，所述喷煤模型系统通过模拟喷煤管与高炉下部相连，所述高炉模型的顶部设置有模拟烟道，所述除尘模型系统与高炉顶部的模拟烟道相连，所述高炉模型的下部还设置有出铁口，所述出铁场模型设置在出铁口的下方；所述高炉模型由用于展示高炉内炉料结构和用于展示高炉内炉墙结构的两半高炉模型本体组合而成；所述出铁场模型内设置有能够发光以模拟高温的灯具；

所述转炉炼钢模型系统包括转炉模型、能够上下运动的氧枪模型、用于控制氧枪模型上下运动的氧枪模型升降装置、用于控制转炉模型进行翻转的转炉模型倾动机构、设置在转炉前方的废钢行车、设置在废钢行车上并能够进行翻转的废钢料斗、设置在转炉前方的铁水行车和设置在铁水行车上并能够进行翻转的铁水罐，所述转炉模型为顶部带有开口的中空结构，并且转炉模型内设置有能够发光以模拟高温的灯管，所述氧枪模型设置在转炉模型的上方并能够从转炉模型顶部的开口插入转炉模型中；

所述连铸模型系统包括回转台、中间包、结晶器模型、二次冷却模型、灯光带、矫直机模型和引锭杆，所述回转台的底部设置有用于驱动回转台转动的回转台驱动机构，所述中间包、结晶器模型和二次冷却模型由上至下依次设置在回转台的下方，并且结晶器模型的一侧设置有用于带动结晶器模型上下运动的结晶器模型振动机构，所述灯光带能够发光以模拟钢坯，并且灯光带的一端连接在结晶器模型的底部，灯光带的另一端穿过结晶器模型、二次冷却模型和矫直机模型连接引锭杆；

所述轧钢模型系统包括轧钢机模型和灯管，所述轧钢机模型包括电机、减速箱、连接轴、轧辊、轧辊轴承和机架，所述电机的输出轴与减速箱的输入端相连，所述减速箱的输出端与连接轴相连，所述连接轴与轧辊相连，所述轧辊安装在轧辊轴承上，所述轧辊轴承安装在机架上，所述灯管设置在轧钢轨道上，用于模拟在高温下轧制的钢材。

2.根据权利要求1所述的工业冶金动态模型，其特征在于，所述布料器模型具有位于烧结台车模型上方的模拟布料仓，所述烧结台车模型的一端设置有能够发光以模拟点火的灯具，并且该灯具位于模拟布料仓的下方。

3.根据权利要求1所述的工业冶金动态模型，其特征在于，还包括镶嵌在转炉内部的用于播放实际吹氧状态的播放器。

4.根据权利要求1所述的工业冶金动态模型，其特征在于，还包括加热炉模型，所述加热炉模型内设置有能够发光以模拟高温的灯具。