本书将近年来迅猛发展的数值模拟方法引进到电渣重熔技术领域，研究基于数值模拟的电渣重熔理论与技术，为促进电渣重熔技术水平的提升提供一种新的途径。全书共12章。前6章介绍电渣重熔过程数值研究的发展历史和现状，提出了新的全耦合数学模型。基于有限体积法，利用商业软件结合自开发程序（UDF）建立二次开发程序。通过实验对所建模型加以验证，并研究了工艺参数对宏观偏析的影响；对双合金电渣重熔接续铸锭过程进行了模拟，并研究了工艺参数对双合金铸锭过渡段长度的影响，探求了工艺优化的途径。后6章在发展有限元模型的同时，测试若干项电渣重熔新技术，包括双极串联技术、三相多电极技术、管式电极技术和利用内柱外管的双极串联系统对大型铸锭进行电渣热封顶的技术等。通过对各种状态下电渣重熔系统中的电磁场、温度场和钢锭凝固过程进行参数研究和分析，确定新技术的效果和应用可能性。
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目录
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《现代冶金与材料过程工程丛书》序
前言
第1章 概论1
1.1电渣冶金技术概论1
1.2电渣重熔过程的研究现状2
1.2.1电磁热流与凝固过程的研究进展3
1.2.2宏观偏析的研究进展11
1.3本书的研究目的和主要内容15
1.3.1研究目的15
1.3.2主要内容15
第2章 电渣重熔过程的数学模型18
2.1模型体系18
2.2模型假设20
2.3两相流模块21
2.3.1模型选择依据21
2.3.2VOF算法22
2.4电磁场模块23
2.5溶质输运模块25
2.5.1两相流动控制方程26
2.5.2两相传热及凝固控制方程27
2.5.3溶质输运与再分配控制方程29
2.6边界条件30
2.6.1电磁场模型边界条件30
2.6.2流动模型边界条件31
2.6.3传热模型边界条件31
2.7数值求解方法32
2.8本章小结39
第3章 电渣接续过程的实验研究40
3.1实验方案40
3.1.1实验设备40
3.1.2实验材料41
3.1.3实验参数41
3.1.4实验步骤42
3.2实验结果与分析42
3.2.1熔炼电流对宏观偏析的影响42
3.2.2渣层厚度对宏观偏析的影响47
3.2.3结晶器填充比对宏观偏析的影响52
3.3本章小结56
第4章 电渣重熔接续过程的数值模拟58
4.1计算条件58
4.2计算结果与讨论60
4.2.1电磁场60
4.2.2流动、温度分布和凝固行为62
4.2.3元素质量分数分布64
4.3本章小结69
第5章 过渡段长度的参数研究71
5.1参数设计71
5.2电流和渣层厚度对焦耳热产量的影响73
5.3电流和渣层厚度对流动、传热和凝固的影响75
5.4电流和渣层厚度对偏析度和过渡段长度的影响79
5.5过渡段长度函数拟合83
5.6本章小结90
第6章 电渣接续制备工艺的优化92
6.1无量纲数分析92
6.1.1电流对ST数的影响92
6.1.2渣层厚度对ST数的影响94
6.2电渣接续制备双合金钢锭新工艺的实验研究96
6.2.1实验设备和参数96
6.2.2实验结果与分析96
6.3电渣接续制备双合金钢锭新工艺的数值模拟97
6.3.1计算条件97
6.3.2新接续制备过程中元素质量分数的分布98
6.3.3新工艺中电流对过渡段长度的影响102
6.4旋转电极电渣重熔过程的数值模拟103
6.4.1电磁场104
6.4.2流场、温度分布和金属熔池形状106
6.4.3自耗电极转速的影响110
6.5非定常电流控制对电渣重熔过程的影响111
6.5.1定常电流重熔情况112
6.5.2电流变化对金属熔池的影响114
6.6本章小结115
第7章 电渣重熔微观组织数学模型118
7.1基本假设118
7.2数学模型118
7.2.1凝固计算模型118
7.2.2元胞自动机模型120
7.2.3元胞自动机法与有限元法的耦合124
7.2.4二次枝晶计算的数学模型124
7.3软件介绍125
7.4物理模型及边界条件126
7.4.1物理模型126
7.4.2边界条件126
7.5求解步骤126
7.6无电磁搅拌电渣重熔钢锭微观组织数值模拟128
7.6.1模型验证128
7.6.2微观组织模拟结果129
7.6.3熔炼电流对电渣重熔钢锭晶粒结构影响131
7.7电磁搅拌电渣重熔微观组织数值模拟137
7.7.1模型验证138
7.7.2搅拌电流对晶粒结构影响138
7.8本章小结142
第8章 单电极电渣重熔有限元模型144
8.1有限元法144
8.1.1谐波算法144
8.1.2场量值的计算146
8.1.3焓基潜热演化法149
8.1.4多物理场耦合151
8.2基本假设与物理模型152
8.3单电极多物理场结果分析154
8.3.1电流密度分布154
8.3.2磁感应强度和电磁力分布154
8.3.3焦耳热分布155
8.3.4温度分布与凝固156
8.4不同电极尖端形状的影响157
8.5导电结晶器159
8.5.1电流密度分布160
8.5.2焦耳热分布160
8.5.3温度分布及凝固过程161
第9章 双极串联电渣重熔有限元模型163
9.1双极串联电渣重熔系统基本假设与物理模型163
9.2双极串联电渣重熔系统多物理场165
9.2.1电流密度分布165
9.2.2磁感应强度分布165
9.2.3焦耳热分布168
9.2.4温度分布169
第10章 三相多电极电渣重熔有限元模型174
10.1三相电渣重熔模型参数175
10.2三相电渣重熔电路分析177
10.3三相电渣重熔多物理场及凝固过程180
10.3.1三电极电渣重熔电磁场180
10.3.2三电极电渣重熔温度分布与凝固182
10.3.3三电极电渣重熔参数变化研究183
10.3.4六电极电渣重熔电磁场187
10.3.5六电极电渣重熔温度分布与凝固190
10.3.6六电极电渣重熔参数变化研究191
第11章 管式电极电渣重熔数值模拟研究200
11.1管式电极电渣重熔电磁场分布200
11.1.1电流密度分布200
11.1.2磁感应强度分布205
11.1.3电磁力分布208
11.1.4焦耳热功率密度分布210
11.2管式电极电渣重熔温度场分布211
11.3从数值计算角度对管式电极尺寸的优化213
11.4本章小结218
第12章 双极串联电渣热封顶设计及理论分析220
12.1双极串联电渣热封顶装置的设计220
12.1.1双极串联电渣热封顶装置的基本结构220
12.1.2双极串联电渣热封顶装置的工作原理224
12.2双极串联电渣加热下大钢锭凝固过程电磁场分布224
12.2.1电流密度分布224
12.2.2磁感应强度分布226
12.2.3电磁力分布227
12.2.4焦耳热功率密度分布228
12.3双极串联电渣加热下大钢锭凝固过程温度场分布228
12.4工艺参数分析230
12.4.1不同渣层厚度参数分析230
12.4.2不同电极插入深度参数分析232
12.5本章小结235
参考文献237
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