計算冶金學

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 世界鋼鐵強國 1
1.1.2 中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的成長 3
1.2 計算冶金學的發(fā)展 3
1.2.1 原型和模型 3
1.2.2 過程解析與數(shù)學模型 4
1.2.3 數(shù)學模型、數(shù)值模擬和數(shù)學模擬 5
1.2.4 數(shù)學模擬的意義和優(yōu)越性 6
1.2.5 計算冶金的實施方法 6
1.3 計算冶金學現(xiàn)狀 9
1.3.1 計算機硬件的發(fā)展 9
1.3.2 計算機軟件的發(fā)展 10
1.3.3 并行計算技術的發(fā)展 12
參考文獻 12
第2章 數(shù)學模型 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 20
2.1.8 化學反應動力學項 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 27
第3章 高爐煉鐵過程數(shù)學模擬 29
3.1 高爐數(shù)學模型的發(fā)展歷程及方向 29
3.2 高爐風口回旋區(qū)模型 35
3.2.1 模型的假設條件 35
3.2.2 模型考慮的主要反應 35
3.2.3 模型的主要計算公式 36
3.2.4 模型的創(chuàng)建 41
3.2.5 噴吹焦爐煤氣高爐風口回旋區(qū)模擬 41
3.3 多流體高爐數(shù)學模型 45
3.3.1 模型的框架 45
3.3.2 模型的求解 50
3.3.3 模型有效性的驗證 51
3.3.4 噴吹焦爐煤氣多流體高爐數(shù)學模擬 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 噴吹焦爐煤氣高爐？平衡及？評價 67
3.5 小結(jié) 73
參考文獻 73
第4章 鋼液的真空精煉 75
4.1 鋼液真空精煉技術的發(fā)展歷史 76
4.2 鋼液真空精煉流場數(shù)學模型的演變 78
4.3 真空精煉裝置內(nèi)鋼液流動及混合數(shù)學模型 79
4.3.1 基本假設 80
4.3.2 控制方程 80
4.3.3 計算區(qū)域及邊界條件 82
4.3.4 側(cè)吹氣體運動行為模型 83
4.4 VD鋼包精煉裝置內(nèi)鋼液流動行為數(shù)值模擬 88
4.4.1 不同底吹方式對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)底復吹RH精煉裝置內(nèi)鋼液流場 100
參考文獻 106
第5章 鋼包出鋼末期底部漩渦形成機理及其防治 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 防漩技術的研究概況 116
5.2 鋼包鋼液流場數(shù)學模型 123
5.2.1 基本假設 124
5.2.2 數(shù)學模型 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 模型驗證 128
5.3 鋼包出鋼過程中自由表面渦的形成機理 132
5.3.1 初始切向速度對自由表面渦形成的作用 132
5.3.2 科氏力對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 水口位置對漩渦形成的影響 147
5.4.2 水口直徑對漩渦形成的影響 148
5.4.3 流體物理性質(zhì)對漩渦形成的影響 149
5.4.4 漩渦的臨界高度公式 152
5.5 漩渦抑制機理的探究 154
5.5.1 不同偏心率條件下漩渦的運動 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 162
第6章 中間包控流技術及研究方法 166
6.1 中間包冶金技術 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 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曲線實例分析 187
6.4 中間包夾雜物的運動軌跡 189
6.4.1 基本假設 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)夾雜物運動軌跡 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 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 197
第7章 鑄坯凝固過程模擬 200
7.1 合金凝固路徑預測 200
7.1.1 多元合金微觀偏析模型 202
7.1.2 模型驗證 210
7.1.3 動力學與熱力學預測的多元合金凝固路徑 211
7.1.4 熱力學、動力學模型預測合金凝固路徑特點分析 214
7.2 凝固宏觀偏析預測 215
7.2.1 偏析形成機理 215
7.2.2 宏觀偏析預測的數(shù)學模型 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測 230
7.2.6 鑄坯非穩(wěn)態(tài)凝固過程預測 237
7.3 凝固組織預測 245
7.3.1 凝固組織預測模型概述 245
7.3.2 元胞自動機法 248
7.3.3 介觀元胞自動機-控制容積法耦合模型 253
7.3.4 宏微觀雙向耦合預測鑄錠凝固組織 256
7.3.5 宏微觀單向耦合預測鑄坯凝固組織 260
參考文獻 261
第8章 薄板坯電磁制動 268
8.1 薄板坯電磁制動技術 268
8.1.1 薄板坯連鑄的核心技術特點 270
8.1.2 電磁制動的發(fā)展 272
8.2 薄板坯電磁制動的電磁場數(shù)學模擬 275
8.2.1 電磁場基本理論 275
8.2.2 電磁場數(shù)學模型 276
8.2.3 電磁制動下薄板坯結(jié)晶器內(nèi)電磁場特點 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 薄板坯電磁制動下鋼液流動、傳熱和宏觀凝固數(shù)學模擬 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 284
8.3.6 數(shù)學模型 285
8.3.7 數(shù)值方法 287
8.3.8 無電磁制動作用下流場的特點 289
8.3.9 電磁制動作用下流場的特點 296
8.3.10 電磁制動對鋼液流動、傳熱和凝固耦合行為的影響 305
參考文獻 315