计算冶金学

　　《计算冶金学》概述了计算冶金学的基本概念和冶金过程模拟的基础知识，系统地介绍了计算冶金学在炼铁和炼钢中的应用，涉及冶金热力学、冶金动力学、冶金反应工程、冶金传输原理、电磁冶金学、凝固理论等各个方面，总结了作者在高炉、钢包、中间包、结晶器等复杂系统内多尺度模拟方面的工作，将现代冶金学中的新理论和新方法应用于钢铁冶金过程，展现了计算冶金学的发展趋势。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 现代钢铁工业的发展 1
1.1.1 世界钢铁强国 1
1.1.2 中国现代钢铁工业的成长 3
1.2 计算冶金学的发展 3
1.2.1 原型和模型 3
1.2.2 过程解析与数学模型 4
1.2.3 数学模型、数值模拟和数学模拟 5
1.2.4 数学模拟的意义和优越性 6
1.2.5 计算冶金的实施方法 6
1.3 计算冶金学现状 9
1.3.1 计算机硬件的发展 9
1.3.2 计算机软件的发展 10
1.3.3 并行计算技术的发展 12
参考文献 12
第2章 数学模型 14
2.1 基本概念 15
2.1.1 控制方程的数量 15
2.1.2 衡算方程的形式 16
2.1.3 控制体 17
2.1.4 矢量方向与坐标轴方向 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 传输速度项 20
2.1.8 化学反应动力学项 20
2.1.9 边界条件与初始条件 21
2.1.10 因次和谐 22
2.2 数学模型的分类 22
2.3 微分方程的分类及数值解法 24
2.3.1 常微分方程 24
2.3.2 偏微分方程 25
参考文献 27
第3章 高炉炼铁过程数学模拟 29
3.1 高炉数学模型的发展历程及方向 29
3.2 高炉风口回旋区模型 35
3.2.1 模型的假设条件 35
3.2.2 模型考虑的主要反应 35
3.2.3 模型的主要计算公式 36
3.2.4 模型的创建 41
3.2.5 喷吹焦炉煤气高炉风口回旋区模拟 41
3.3 多流体高炉数学模型 45
3.3.1 模型的框架 45
3.3.2 模型的求解 50
3.3.3 模型有效性的验证 51
3.3.4 喷吹焦炉煤气多流体高炉数学模拟 52
3.4 高炉？分析模型 63
3.4.1 ？分析方法 63
3.4.2 ？分析模型 67
3.4.3 喷吹焦炉煤气高炉？平衡及？评价 67
3.5 小结 73
参考文献 73
第4章 钢液的真空精炼 75
4.1 钢液真空精炼技术的发展历史 76
4.2 钢液真空精炼流场数学模型的演变 78
4.3 真空精炼装置内钢液流动及混合数学模型 79
4.3.1 基本假设 80
4.3.2 控制方程 80
4.3.3 计算区域及边界条件 82
4.3.4 侧吹气体运动行为模型 83
4.4 VD钢包精炼装置内钢液流动行为数值模拟 88
4.4.1 不同底吹方式对VD装置内钢液流场的影响 88
4.4.2 VD钢包精炼的双底吹位置优化 90
4.5 RH精炼装置内钢液流动行为数值模拟 94
4.5.1 RH精炼装置内钢液流场及含气率分布 94
4.5.2 侧底复吹RH精炼装置内钢液流场 100
参考文献 106
第5章 钢包出钢末期底部漩涡形成机理及其防治 110
5.1 出钢过程中漩涡研究现状 110
5.1.1 出钢末期漩涡的危害及防漩的意义 110
5.1.2 自由表面涡的研究现状 113
5.1.3 防漩技术的研究概况 116
5.2 钢包钢液流场数学模型 123
5.2.1 基本假设 124
5.2.2 数学模型 124
5.2.3 几何模型与网格划分 126
5.2.4 边界条件 127
5.2.5 求解方法和收敛判据 128
5.2.6 流体物理性质 128
5.2.7 模型验证 128
5.3 钢包出钢过程中自由表面涡的形成机理 132
5.3.1 初始切向速度对自由表面涡形成的作用 132
5.3.2 科氏力对自由表面涡形成的作用 135
5.3.3 钢包出钢末期漩涡形成机理的分析 142
5.4 钢包出钢过程中自由表面涡的影响因素 146
5.4.1 水口位置对漩涡形成的影响 147
5.4.2 水口直径对漩涡形成的影响 148
5.4.3 流体物理性质对漩涡形成的影响 149
5.4.4 漩涡的临界高度公式 152
5.5 漩涡抑制机理的探究 154
5.5.1 不同偏心率条件下漩涡的运动 155
5.5.2 不同偏心率条件下速度场的变化 155
5.6 漩涡防治方法 159
参考文献 162
第6章 中间包控流技术及研究方法 166
6.1 中间包冶金技术 166
6.1.1 中间包的作用 166
6.1.2 中间包的主要控流元件 167
6.2 通道式感应加热中间包 175
6.2.1 电磁场 175
6.2.2 流场和温度场 177
6.3 中间包RTD曲线 183
6.3.1 基本假设 183
6.3.2 控制方程 183
6.3.3 初始条件和边界条件 183
6.3.4 单流中间包RTD曲线处理方法 184
6.3.5 多流中间包整体RTD曲线分析方法 186
6.3.6 多流中间包RTD曲线实例分析 187
6.4 中间包夹杂物的运动轨迹 189
6.4.1 基本假设 189
6.4.2 控制方程 189
6.4.3 基本求解方法 190
6.4.4 夹杂物上浮速度 190
6.4.5 中间包内夹杂物运动轨迹 191
6.5 夹杂物碰撞长大模型 192
6.5.1 颗粒碰撞理论 192
6.5.2 基本假设 194
6.5.3 控制方程 194
6.5.4 边界条件和收敛条件 195
6.5.5 中间包内夹杂物碰撞长大行为 195
参考文献 197
第7章 铸坯凝固过程模拟 200
7.1 合金凝固路径预测 200
7.1.1 多元合金微观偏析模型 202
7.1.2 模型验证 210
7.1.3 动力学与热力学预测的多元合金凝固路径 211
7.1.4 热力学、动力学模型预测合金凝固路径特点分析 214
7.2 凝固宏观偏析预测 215
7.2.1 偏析形成机理 215
7.2.2 宏观偏析预测的数学模型 217
7.2.3 连续介质宏观传输模型 219
7.2.4 方坯稳态凝固过程 225
7.2.5 考虑凝固收缩的宏观偏析预测 230
7.2.6 铸坯非稳态凝固过程预测 237
7.3 凝固组织预测 245
7.3.1 凝固组织预测模型概述 245
7.3.2 元胞自动机法 248
7.3.3 介观元胞自动机-控制容积法耦合模型 253
7.3.4 宏微观双向耦合预测铸锭凝固组织 256
7.3.5 宏微观单向耦合预测铸坯凝固组织 260
参考文献 261
第8章 薄板坯电磁制动 268
8.1 薄板坯电磁制动技术 268
8.1.1 薄板坯连铸的核心技术特点 270
8.1.2 电磁制动的发展 272
8.2 薄板坯电磁制动的电磁场数学模拟 275
8.2.1 电磁场基本理论 275
8.2.2 电磁场数学模型 276
8.2.3 电磁制动下薄板坯结晶器内电磁场特点 276
8.2.4 影响薄板坯结晶器内电磁场分布的因素 278
8.3 薄板坯电磁制动下钢液流动、传热和宏观凝固数学模拟 279
8.3.1 连铸中的钢坯凝固过程 279
8.3.2 凝固潜热的处理方法 280
8.3.3 凝固坯壳的测量方法 282
8.3.4 结晶器内钢液传热和凝固的数值模拟研究的发展 283
8.3.5 基本假设 284
8.3.6 数学模型 285
8.3.7 数值方法 287
8.3.8 无电磁制动作用下流场的特点 289
8.3.9 电磁制动作用下流场的特点 296
8.3.10 电磁制动对钢液流动、传热和凝固耦合行为的影响 305
参考文献 315