十二五国家重点图书出版规划项目现代冶金与材料过程工程丛书-钢铁冶金过程数学模拟

2.2.3 Corex熔融还原炼铁工艺评述
2.3 Finex熔融还原炼铁工艺模型
2.3.1 模型建立方法及结构
2.3.2 模型计算结果及分析
2.3.3 Finex熔融还原炼铁工艺评述
2.4 HIsmelt熔融还原炼铁工艺模型
2.4.1 模型建立方法及结构
2.4.2 模型计算结果及分析
2.4.3 HIsmelt熔融还原炼铁工艺评述
2.5 COSRI熔融还原炼铁工艺模型
2.5.1 COSRI熔融还原炼铁工艺简介
2.5.2 COSRI熔融还原炼铁工艺模型建立方法及结构
2.5.3 模型计算结果及分析
2.5.4 COSRI熔融还原炼铁工艺评述
2.6 移动填充床解析数学模型(Ⅰ)——竖炉生产直接还原铁过程的数值模拟
2.6.1 模型的建立
2.6.2 算例分析与讨论
2.6.3 工艺参数讨论
2.6.4 小结
2.7 移动填充床解析数学模型(Ⅱ)——Corex预还原竖炉的数值模拟
2.7.1 模型的建立
2.7.2 算例分析与讨论
2.7.3 小结
2.8 固定填充床解析数学模型——碳基填充床煤气富氢改质数值模拟
2.8.1 绪言
2.8.2 模型的建立
2.8.3 算例结果及讨论
2.8.4 小结
2.9 鼓泡流化床解析数学模型(Ⅰ)——流化床参数设计模型
2.9.1 流化床内气固相流动
2.9.2 流化床设计原理
2.9.3 流化床参数计算
2.9.4 流化床设计的整体策略
2.9.5 设计模型的应用
2.9.6 小结
2.10 鼓泡流化床解析数学模型(Ⅱ)——流化床流场数值模拟
2.10.1 计算流体力学在流化床领域的应用
2.10.2 计算流体力学模拟的应用
2.10.3 小结
2.11 鼓泡流化床解析数学模型(Ⅲ)——流化床铁矿粉还原动力学模型
2.11.1 动力学模型
2.11.2 模型求解
2.11.3 模型应用
2.11.4 小结
2.12 HIsmelt熔融还原炉流场及温度场数值模拟
2.12.1 HIsmelt熔融还原工艺基本原理
2.12.2 模型概述
2.12.3 熔融还原炉下部熔池模型
2.12.4 上部空间模型
2.12.5 小结
参考文献
第3章 铁水喷粉预处理过程数学模型
3.1 铁水喷粉预处理脱硫过程数学模型
3.1.1 喷粉脱硫基本原理
3.1.2 喷粉脱硫数学模型的建立
3.1.3 模型计算结果及讨论
3.1.4 模型计算结果与生产数据比较
3.1.5 模型预测
3.1.6 小结
3.2 铁水喷粉预处理脱磷动力学模型
3.2.1 脱磷模型
3.2.2 脱硅模型
3.2.3 脱碳反应速率模型
3.2.4 顶渣量的计算
3.2.5 模型计算方法
3.2.6 反应模型的计算结果
3.2.7 小结
参考文献
第4章 复吹转炉冶炼过程数学模型
4.1 复吹转炉冶炼过程预测数学模型
4.1.1 反应区域的动力学
4.1.2 冶炼过程成分变化
4.1.3 冶炼过程温度变化
4.1.4 炉气组成与温度的计算
4.1.5 模型关键参数的计算
4.1.6 模型一般参数的确定
4.1.7 数学模型求解步骤
4.1.8 模型计算结果及分析
4.1.9 小结
4.2 基于炉气分析的转炉动态预测数学模型
4.2.1 转炉炉气分析技术的概况
4.2.2 炉气成分变化规律及分析
4.2.3 基于炉气分析的转炉冶炼过程动态预测数学模型
4.2.4 数学模型的计算结果及讨论
4.2.5 小结
参考文献
第5章 精炼过程数学模型
5.1 钢包炉内流动和混合过程的数值模拟
5.1.1 吹气钢包精炼炉流动数学模型研究概述
5.1.2 吹气钢包精炼炉混合程度的研究
5.1.3 LF钢包炉流动和混合的数值模拟概况
5.1.4 LF钢包炉三维数学模型的建立及其数值求解
5.1.5 LF钢数值模拟结果讨论与分析
5.1.6 小结
5.2 CAS^OB^PI精炼过程数学模型
5.2.1 CAS^OB^PI精炼工艺简介
5.2.2 CAS^OB^PI精炼过程喷吹粉剂的配料计算模型
5.2.3 CAS^OB^PI精炼过程温降预测模型
5.2.4 CAS^OB^PI精炼脱硫过程数学模型
5.2.5 精炼过程夹杂物生成与去除数学模型
5.2.6 小结
参考文献
第6章 连铸过程数学模型
6.1 连铸坯凝固传热的数值模拟
6.1.1 连铸坯凝固传热概述
6.1.2 铸坯凝固传热模型的建立
6.1.3 传热模型的计算方法
6.1.4 计算结果与分析
6.1.5 小结
6.2 超宽板坯结晶器流场与温度场的耦合数值模拟
6.2.1 结晶器内钢液的流动和传热
6.2.2 结晶器内流动与传热数学模型的建立
6.2.3 计算结果与讨论
6.2.4 小结
6.3 旋流中间包数值模拟
6.3.1 中间包冶金概述
6.3.2 中间包结构对钢水流动状态及铸坯质量的影响
6.3.3 旋流中间包设计原理
6.3.4 旋流室内钢液和非金属夹杂物运动分析
6.3.5 单流旋流中间包流场数值模拟
6.3.6 单流旋流中间包内钢/渣界面行为的数值模拟
6.3.7 双流旋流中间包非对称数值模拟
6.3.8 小结
6.4 板坯连铸结晶器内钢液吹氩过程的数学模拟
6.4.1 结晶器内钢液吹氩对铸坯质量的影响
6.4.2 结晶器内吹氩过程的研究进展
6.4.3 单双循环流行为的数值模拟
6.4.4 结晶器内气泡运动行为的数值模拟
6.4.5 结晶器内气泡去除夹杂物行为的数值模拟
6.4.6 小结
参考文献

.　　这是一种输入-输出型黑箱模型。它不是以物理定律为依据，而是输入与输出变量间一种总的经验表达式。而通常为了使模型结构简单，仅考虑主要过程参数之间的相互关系。因此，这类模型一般结构均比较简单，且能保证控制精度。尤其在过程比较复杂、机理又不十分清楚的条件下，建立这类模型比较适宜。但是这类模型有较强的条件性，不便推广使用。特别是当生产条件经常改变时更为不便。这种模型虽然不能反映过程内部的本质与特征，但对过程的自动控制往往很有效，如氧气转炉炼钢过程静态控制模型就多属于这一类。
　　3） 半经验型模型或混合型模型
　　主要依据物理定律而建立的模型，但同时又包括一定的经验假设。在这种模型中，常常需要根据生产数据估计其中的参数；或者由于研究的过程过于复杂而难于求解，需要提出一些经验假设。半经验型模型兼有以上两类模型的优点，并可有效地克服它们的缺点，故在工程上得到广泛应用。在冶金中，大量经常使用的数学模型多属于这一类。
　　2.根据所依据的物理或数学原理分类
　　1） 传输原理模型
　　这类模型是根据质量、动量及能量的传输理论建立的。上述的理论型或半经验型模型多属于这一类。
　　2） 统计原理模型
　　根据概率理论，如停留时间分布函数、响应函数等概念建立的模型，多与传输原理相结合，主要用于反应装置中混合过程的研究。
　　3.根据模型性质分类
　　1） 稳态数学模型
　　只考虑同一瞬间量与量之间的关系，而不考虑它们随时间的变化，如稳态热传导方程等。这类模型一般是根据守恒定律建立起来的。
　　2） 瞬态数学模型
　　考虑系统中量与量之间随时间变化的关系，反映各参数随时间变化的规律，如连铸坯凝固过程中的瞬态热传导方程等。
　　1.1.3 数学模型的建立
　　1） 明确数学模型研究对象、目的及要求
　　首先要了解研究对象的实际背景，明确模型目的和要求，搜集模型建立所必需的各种信息、数据等，弄清对象的特征，由此初步确定采用哪一类模型。总之，做好模型建立前的准备工作。
　　2） 数学模型假设
　　根据研究对象的特征和建模目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言作出假设，可以说是建模的关键一步。一般来说，一个实际问题不经过简化假设很难抽象成数学问题，即使可能，也很难求解。不同的简化假设会得到不同的模型。假设作得不合理或过于简单，会导致模型失败或部分失败；假设作得过分详细，试图把复杂对象的各方面因素都考虑进去，可能很难甚至无法继续下一步的工作。通常作假设的依据为：一是出于对问题内在规律的认识；二是来自对数据或现象的分析，也可以是二者的综合。作假设时既要运用与问题相关的物理、化学等方面的知识，又要充分发挥判断力，善于辨别问题的主次，抓住主要因素，舍弃次要因素，尽量将问题线性化、均匀化。
　　3） 数学模型的研制和建立
　　分析研究对象或研究过程的物理特性，将它分解成若干子过程；研究各子过程之间的关系；对各种变量间的物理相关性给予正确而尽可能简洁的数学表现；根据某种物理、化学或数学原理建立数学模型。
　　4） 数学模型的求解
　　最常用的解方程的方法为数值方法。它的优点是可利用计算机，其具体方法根据模型的类别选定。例如，解代数方程用迭代法，解常微分方程用龙格-库塔（Runge-Kutta）法，解偏微分方程用差分法或有限元法等。在确定求数值解后，要确定所使用的计算机、算法和编制程序。在某些简单情况下，也可以采用解析法求解。
　　5） 数学模型的验证
　　数学模型建立之后，要用实际的现象、数据与之比较，检验模型的合理性和适用性，这一步对于建立模型的成败是非常重要的，一旦在验证中发现问题，必须重新考察在建模时所作的假设和简化是否合理，并针对所发现的问题作出相应的修改和改进，然后再次重复检验，直到满意为止。
　　6） 数学模型的应用
　　如前面所述，数学模型是用于工程模拟、过程控制和工程设计的重要工具，因此应当依据研制数学模型的具体目的将数学模型应用于各个实际过程，以预报实体系统的过程信息，改善实体系统的工艺和设计。
　　1.1.4 数学模型的意义
　　（1） 可实现对研究对象或过程性质以及过程变量间关系的深刻了解和掌握，估计过程的可行性。
　　（2） 可探索改变操作参数的过程效果，以提供优化手段并对不同操作进行比较和评价。
　　（3） 可为反应装置的设计和改进提供理论依据，为反应器放大和中间试验提供参考和依据。
　　（4） 可实现生产过程的自动控制。
　　1.2 数学模型的求解方法
　　1.2.1 物流能流平衡数学模型的求解方法
　　物流能流平衡模型的建立依据为物质守恒定律和能量守恒定律。对于钢铁冶金过程而言，所谓物料平衡就是计算某一工艺过程中加入反应器内并参与工艺过程的全部物料和过程产生物之间的平衡关系，它是质量守恒定律在钢铁冶金过程中的具体应用。所谓热平衡就是计算工艺过程中热量的收入与支出之间的平衡关系，它是能量守恒定律在钢铁冶金过程中的具体应用。进行物料平衡和能量平衡计算的主要目的是分析工艺过程中物料、能量的收入和支出状况，为改进操作工艺制度、确定合理的设计参数和提高技术经济指标提供理论依据。
　　这里以Corex熔融还原炼铁工艺为例，对其物流能流平衡模型的建立及其求解过程进行介绍。Corex熔融还原炼铁工艺物流能流平衡模型均以冶炼1t铁水为基础，利用Fe和CaO、MgO、SiO2、Al2 O3、MnO、P等物质的平衡式来计算矿石用量、渣量及渣成分；利用C、H元素的物料平衡及水煤气的化学反应平衡来计算煤气成分；利用O元素平衡确定氧耗；煤耗由热平衡决定，通过热收入与热支出的比较判断，进行循环迭代求得煤耗。
　　1.模型输入输出项
　　Corex熔融还原炼铁工艺物流能流平衡模型中竖炉和熔化气化炉的物流输入和输出项
　　2.物料平衡和热量平衡关系式
　　1） 物料平衡关系式
　　包括Fe元素平衡方程、渣量方程、碱度方程、C元素平衡方程、H元素平衡方程、水煤气反应（CO+H2 O CO2+H2 ）平衡方程、煤气氧化度方程、氧输入输出平衡方程，可计算得出矿石与熔剂消耗、渣量及渣成分、煤气量及成分、氧耗。
　　2） 热量平衡关系式
　　（1） 竖炉热量平衡式。
　　还原气显热+反应放热＝预还原矿显热+氧化物还原热+H2 O汽化热+碳酸盐分解热+竖炉炉顶煤气显热+热损失
　　（2） 熔化气化炉热量平衡式。
　　炉料显热+碳素燃烧热+氢素燃烧热+成渣热＝氧化物分解热+脱硫热+碳酸盐分解热+煤分解热+元素溶解热+H2 O分解热+铁水显热+渣显热+煤气显热+热损失
　　3.约束条件
　　Corex熔融还原炼铁工艺物流能流平衡模型的约束条件。
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