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1绪论1

1．1世界及我国钢铁工业生产现状1

1．1．1世界钢铁工业生产现状1

1．1．2我国钢铁工业生产现状4

1．2钢浇铸技术的发展8

1．2．1连续铸钢的优越性8

1．2．2连续铸钢技术的发展历程9

1．3传统连铸技术的发展与新型连铸15

1．3．1传统连铸技术的发展15

1．3．2新型连铸技术的开发15

1．4数学物理模拟技术在连续铸钢过程研究中的应用17

参考文献18

2凝固过程及数学物理模拟的理论基础20

2．1凝固理论基础20

2．1．1相变热力学条件分析20

2．1．2凝固过程中溶质的分布24

2．1．3凝固过程成分过冷理论31

2．1．4晶体的形核34

2．1．5晶体的长大40

2．1．6钢液结晶的热力学基础43

2．2．1凝固过程的传热45

2．2凝固过程流动、传热、传质基础45

2．2．2凝固过程的传质46

2．2．3凝固过程的流动48

2．3相似定律及因次分析50

2．3．1相似定律51

2．3．2因次分析53

参考文献53

3中间包过程的研究55

3．1连铸中间包及其作用56

3．2．1反应器工作特性57

3．2中间包工作和钢水流动特征57

3．2．2中间包内钢水流动的基本特征61

3．3中间包内钢水流动特征的基础研究65

3．3．1中间包内非等温流动现象的数值分析65

3．3．2中间包内非等温流动现象的物理模型研究69

3．3．3中间包内非等温流出现的临界条件72

3．4工业中间包内过程的研究74

3．4．1水模型实验75

3．4．2实物内测定77

3．4．3中间包内钢水流动和混合过程的数值分析85

参考文献94

4结晶器内钢液凝固过程的分析96

4．1结晶器的形式与结构96

4．2结晶器内传输过程现象分析99

4．2．1传输现象关系分析99

4．2．2结晶器的传热现象分析101

4．2．3结晶器流动现象分析104

4．3结晶器内钢液凝固传热数学模型描述106

4．3．1连铸凝固传热方程106

4．3．2凝固潜热（内热源项qv）的处理108

4．3．3模型的数值解法111

4．3．4结晶器内钢液凝固传热的有限差分模型简介112

4．3．5结晶器内钢液凝固传热的有限元模型简介114

4．4结晶器内钢液流动过程分析121

4．4．1模型的建立121

4．4．2数值计算方法简介125

4．4．3流场计算及工艺因素分析128

4．5连铸结晶器内传热、流动及 凝固过程的耦合模型131

4．5．1模型建立的基本假设131

4．5．2流动模型132

4．5．3传热与凝固模型135

4．5．4模拟的单值条件137

4．5．5计算过程138

4．5．6控制方程的离散138

4．5．7应用举例139

参考文献148

5结晶器中保护渣传输行为分析151

5．1连铸保护渣的种类及作用151

5．2弯月面区域的范围152

5．3弯月面区域传热数学模拟154

5．3．1弯月面区域传热研究概况154

5．3．2数学模型的建立156

5．3．3计算方法158

5．3．4拉坯过程的处理160

5．3．5计算参数选择161

5．3．6典型算例及结果讨论162

5．4弯月面区域液渣流场分析169

5．4．1凝固坯壳与结晶器铜板之间缝隙中液渣的流动分析169

5．4．2弯月面区域液渣熔池流场分析175

5．4．3典型算例及讨论179

参考文献183

6．1．1同步振动185

6．1连铸结晶器振动方式及特点185

6结晶器振动过程分析185

6．1．2负滑振动186

6．1．3正弦振动186

6．1．4非正弦振动187

6．2结晶器正弦振动基本规律及工艺参数187

6．2．1结晶器正弦振动的基本规律187

6．2．2相关工艺参数188

6．3正弦振动匹配控制模型191

6．3．1同步匹配控制模型191

6．3．2等负滑动时间匹配控制模型195

6．4结晶器非正弦振动基本规律及其工艺参数198

6．4．1非正弦振动波形分析199

6．4．2非正弦振动工艺参数的计算205

6．5非正弦振动匹配控制模型206

6．5．1振动频率与拉坯速度成比例的匹配控制模型208

6．5．2等负滑动时间匹配控制模型209

6．5．3振幅和频率都在线可调时的匹配模型209

参考文献211

7．1二次冷却段结构及液芯压下过程描述213

7．1．1二次冷却段结构213

7液芯压下过程分析213

7．1．2液芯压下过程描述214

7．2液芯压下过程连铸坯传热有限元模型216

7．2．1凝固传热分析216

7．2．2热平衡方程的加权余量解218

7．2．3有限单元离散220

7．2．4时间项的数值积分221

7．2．5非线性有限元方程的线性化222

7．3液芯压下过程连铸坯应力变形有限元模型224

7．3．1有限变形的应力应变分析224

7．3．2材料的本构方程及材料非线性有限元228

7．3．3材料非线性有限元方程的求解231

7．3．4几何非线性有限元232

7．3．5接触分析235

7．4计算网格的划分及铸机基本参数239

7．4．1计算网格的划分239

7．4．2铸机基本参数240

7．5液芯压下过程凝固温度、铸坯应力、变形分析结果243

7．5．1液芯压下过程中铸坯的凝固及温度场243

7．5．2液芯压下过程中铸坯的应力场243

7．5．3液芯压下过程中铸坯的变形分析244

参考文献245

8连铸坯质量模拟分析249

8．1连铸过程中铸坯应力、应变分析250

8．1．1结晶器内凝固坯壳的应力模型251

8．1．2铸坯二冷应力模型266

8．2宏观偏析和微观偏析研究分析277

8．2．1宏观偏析模拟278

8．2．2钢凝固过程微观偏析模型284

8．3柱状晶向等轴晶转变（CET）的模型分析291

8．3．1 CET的相关理论291

8．3．2典型CET理论模型的建立298

参考文献320

9电磁技术在连铸工艺中的应用325

9．1电磁流体力学基础325

9．1．1麦克斯韦电磁理论326

9．1．2介质边界条件328

9．1．3电磁场对流体的作用330

9．2铸流电磁制动技术331

9．2．1电磁制动的原理及发展现状331

9．2．2磁场计算数值模拟332

9．2．4加电磁制动钢液温度场的数值模拟336

9．2．3电磁场与流场的耦合336

9．2．5电磁制动下非金属夹杂物运动行为的模拟338

9．2．6电磁制动数值模拟结果与讨论339

9．2．7电磁制动的物理模拟342

9．3铸坯内的电磁搅拌347

9．3．1电磁搅拌原理简介348

9．3．2数学模型的建立348

9．3．3电磁搅拌的物理模拟354

参考文献358

10．1．1薄板坯连铸技术发展现状359

10．1薄板坯连铸工艺过程及其数学物理模拟359

10近终形连铸工艺过程及其数学物理模拟359

10．1．2薄板坯连铸结晶器内流动物理模拟362

10．1．3薄板坯结晶器内流动数值模拟370

10．2薄带连铸工艺过程及其数学物理模拟387

10．2．1薄带连铸技术的发展387

10．2．2薄带连铸过程的数学模拟388

10．2．3典型数学模型介绍391

参考文献402

索引405

人名对照表409