計(jì)算冶金學(xué)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展 1
1.1.1 世界鋼鐵強(qiáng)國 1
1.1.2 中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的成長 3
1.2 計(jì)算冶金學(xué)的發(fā)展 3
1.2.1 原型和模型 3
1.2.2 過程解析與數(shù)學(xué)模型 4
1.2.3 數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)模擬 5
1.2.4 數(shù)學(xué)模擬的意義和優(yōu)越性 6
1.2.5 計(jì)算冶金的實(shí)施方法 6
1.3 計(jì)算冶金學(xué)現(xiàn)狀 9
1.3.1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展 9
1.3.2 計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展 10
1.3.3 并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展 12
參考文獻(xiàn) 12
第2章 數(shù)學(xué)模型 14
2.1 基本概念 15
2.1.1 控制方程的數(shù)量 15
2.1.2 衡算方程的形式 16
2.1.3 控制體 17
2.1.4 矢量方向與坐標(biāo)軸方向 18
2.1.5 未知物理量的微小增量 18
2.1.6 通量矢量的微分衡算 19
2.1.7 傳輸速度項(xiàng) 20
2.1.8 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)項(xiàng) 20
2.1.9 邊界條件與初始條件 21
2.1.10 因次和諧 22
2.2 數(shù)學(xué)模型的分類 22
2.3 微分方程的分類及數(shù)值解法 24
2.3.1 常微分方程 24
2.3.2 偏微分方程 25
參考文獻(xiàn) 27
第3章 高爐煉鐵過程數(shù)學(xué)模擬 29
3.1 高爐數(shù)學(xué)模型的發(fā)展歷程及方向 29
3.2 高爐風(fēng)口回旋區(qū)模型 35
3.2.1 模型的假設(shè)條件 35
3.2.2 模型考慮的主要反應(yīng) 35
3.2.3 模型的主要計(jì)算公式 36
3.2.4 模型的創(chuàng)建 41
3.2.5 噴吹焦?fàn)t煤氣高爐風(fēng)口回旋區(qū)模擬 41
3.3 多流體高爐數(shù)學(xué)模型 45
3.3.1 模型的框架 45
3.3.2 模型的求解 50
3.3.3 模型有效性的驗(yàn)證 51
3.3.4 噴吹焦?fàn)t煤氣多流體高爐數(shù)學(xué)模擬 52
3.4 高爐？分析模型 63
3.4.1 ？分析方法 63
3.4.2 ？分析模型 67
3.4.3 噴吹焦?fàn)t煤氣高爐？平衡及？評(píng)價(jià) 67
3.5 小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 73
第4章 鋼液的真空精煉 75
4.1 鋼液真空精煉技術(shù)的發(fā)展歷史 76
4.2 鋼液真空精煉流場數(shù)學(xué)模型的演變 78
4.3 真空精煉裝置內(nèi)鋼液流動(dòng)及混合數(shù)學(xué)模型 79
4.3.1 基本假設(shè) 80
4.3.2 控制方程 80
4.3.3 計(jì)算區(qū)域及邊界條件 82
4.3.4 側(cè)吹氣體運(yùn)動(dòng)行為模型 83
4.4 VD鋼包精煉裝置內(nèi)鋼液流動(dòng)行為數(shù)值模擬 88
4.4.1 不同底吹方式對(duì)VD裝置內(nèi)鋼液流場的影響 88
4.4.2 VD鋼包精煉的雙底吹位置優(yōu)化 90
4.5 RH精煉裝置內(nèi)鋼液流動(dòng)行為數(shù)值模擬 94
4.5.1 RH精煉裝置內(nèi)鋼液流場及含氣率分布 94
4.5.2 側(cè)底復(fù)吹RH精煉裝置內(nèi)鋼液流場 100
參考文獻(xiàn) 106
第5章 鋼包出鋼末期底部漩渦形成機(jī)理及其防治 110
5.1 出鋼過程中漩渦研究現(xiàn)狀 110
5.1.1 出鋼末期漩渦的危害及防漩的意義 110
5.1.2 自由表面渦的研究現(xiàn)狀 113
5.1.3 防漩技術(shù)的研究概況 116
5.2 鋼包鋼液流場數(shù)學(xué)模型 123
5.2.1 基本假設(shè) 124
5.2.2 數(shù)學(xué)模型 124
5.2.3 幾何模型與網(wǎng)格劃分 126
5.2.4 邊界條件 127
5.2.5 求解方法和收斂判據(jù) 128
5.2.6 流體物理性質(zhì) 128
5.2.7 模型驗(yàn)證 128
5.3 鋼包出鋼過程中自由表面渦的形成機(jī)理 132
5.3.1 初始切向速度對(duì)自由表面渦形成的作用 132
5.3.2 科氏力對(duì)自由表面渦形成的作用 135
5.3.3 鋼包出鋼末期漩渦形成機(jī)理的分析 142
5.4 鋼包出鋼過程中自由表面渦的影響因素 146
5.4.1 水口位置對(duì)漩渦形成的影響 147
5.4.2 水口直徑對(duì)漩渦形成的影響 148
5.4.3 流體物理性質(zhì)對(duì)漩渦形成的影響 149
5.4.4 漩渦的臨界高度公式 152
5.5 漩渦抑制機(jī)理的探究 154
5.5.1 不同偏心率條件下漩渦的運(yùn)動(dòng) 155
5.5.2 不同偏心率條件下速度場的變化 155
5.6 漩渦防治方法 159
參考文獻(xiàn) 162
第6章 中間包控流技術(shù)及研究方法 166
6.1 中間包冶金技術(shù) 166
6.1.1 中間包的作用 166
6.1.2 中間包的主要控流元件 167
6.2 通道式感應(yīng)加熱中間包 175
6.2.1 電磁場 175
6.2.2 流場和溫度場 177
6.3 中間包RTD曲線 183
6.3.1 基本假設(shè) 183
6.3.2 控制方程 183
6.3.3 初始條件和邊界條件 183
6.3.4 單流中間包RTD曲線處理方法 184
6.3.5 多流中間包整體RTD曲線分析方法 186
6.3.6 多流中間包RTD曲線實(shí)例分析 187
6.4 中間包夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡 189
6.4.1 基本假設(shè) 189
6.4.2 控制方程 189
6.4.3 基本求解方法 190
6.4.4 夾雜物上浮速度 190
6.4.5 中間包內(nèi)夾雜物運(yùn)動(dòng)軌跡 191
6.5 夾雜物碰撞長大模型 192
6.5.1 顆粒碰撞理論 192
6.5.2 基本假設(shè) 194
6.5.3 控制方程 194
6.5.4 邊界條件和收斂條件 195
6.5.5 中間包內(nèi)夾雜物碰撞長大行為 195
參考文獻(xiàn) 197
第7章 鑄坯凝固過程模擬 200
7.1 合金凝固路徑預(yù)測(cè) 200
7.1.1 多元合金微觀偏析模型 202
7.1.2 模型驗(yàn)證 210
7.1.3 動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)預(yù)測(cè)的多元合金凝固路徑 211
7.1.4 熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)合金凝固路徑特點(diǎn)分析 214
7.2 凝固宏觀偏析預(yù)測(cè) 215
7.2.1 偏析形成機(jī)理 215
7.2.2 宏觀偏析預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型 217
7.2.3 連續(xù)介質(zhì)宏觀傳輸模型 219
7.2.4 方坯穩(wěn)態(tài)凝固過程 225
7.2.5 考慮凝固收縮的宏觀偏析預(yù)測(cè) 230
7.2.6 鑄坯非穩(wěn)態(tài)凝固過程預(yù)測(cè) 237
7.3 凝固組織預(yù)測(cè) 245
7.3.1 凝固組織預(yù)測(cè)模型概述 245
7.3.2 元胞自動(dòng)機(jī)法 248
7.3.3 介觀元胞自動(dòng)機(jī)-控制容積法耦合模型 253
7.3.4 宏微觀雙向耦合預(yù)測(cè)鑄錠凝固組織 256
7.3.5 宏微觀單向耦合預(yù)測(cè)鑄坯凝固組織 260
參考文獻(xiàn) 261
第8章 薄板坯電磁制動(dòng) 268
8.1 薄板坯電磁制動(dòng)技術(shù) 268
8.1.1 薄板坯連鑄的核心技術(shù)特點(diǎn) 270
8.1.2 電磁制動(dòng)的發(fā)展 272
8.2 薄板坯電磁制動(dòng)的電磁場數(shù)學(xué)模擬 275
8.2.1 電磁場基本理論 275
8.2.2 電磁場數(shù)學(xué)模型 276
8.2.3 電磁制動(dòng)下薄板坯結(jié)晶器內(nèi)電磁場特點(diǎn) 276
8.2.4 影響薄板坯結(jié)晶器內(nèi)電磁場分布的因素 278
8.3 薄板坯電磁制動(dòng)下鋼液流動(dòng)、傳熱和宏觀凝固數(shù)學(xué)模擬 279
8.3.1 連鑄中的鋼坯凝固過程 279
8.3.2 凝固潛熱的處理方法 280
8.3.3 凝固坯殼的測(cè)量方法 282
8.3.4 結(jié)晶器內(nèi)鋼液傳熱和凝固的數(shù)值模擬研究的發(fā)展 283
8.3.5 基本假設(shè) 284
8.3.6 數(shù)學(xué)模型 285
8.3.7 數(shù)值方法 287
8.3.8 無電磁制動(dòng)作用下流場的特點(diǎn) 289
8.3.9 電磁制動(dòng)作用下流場的特點(diǎn) 296
8.3.10 電磁制動(dòng)對(duì)鋼液流動(dòng)、傳熱和凝固耦合行為的影響 305
參考文獻(xiàn) 315