内容简介

本书系统阐述了铸造熔炼过程模拟与炉料优化配比的理论方法、软件系统及应用案例。本书分上、下两篇：上篇铸造熔炼过程模拟技术及应用，主要介绍了冲天炉熔炼成分预测数学建模、热力学建模、参数约束处理、系统开发，以及感应电炉熔炼数学建模、数值模拟求解技术、模拟算例与分析；下篇计算机炉料优化配比技术及应用，主要介绍了计算机炉料优化配比数学建模、系统的设计与实现，以及华铸FCS炉料配比软件系统的主要功能模块、操作使用方法和实际应用案例。本书是对我国铸造行业从数字化走向智能化的思考与探索，以期为我国铸造行业由大变强奠定好数字化的基础，并为我国铸造行业走向智能化铸造提供铸造熔炼工艺与成分优化配比方法指导、国产铸造熔炼过程模拟与炉料配比软件系统支持以及典型应用案例借鉴。

  目录

前言

上篇铸造熔炼过程模拟仿真技术及应用

第1章熔炼工艺模拟仿真技术概述2

1.1铸造熔炼工艺简介2

1.1.1冲天炉熔炼2

1.1.2感应电炉熔炼5

1.1.3冲天炉-电炉双联熔炼6

1.2铸造熔炼计算机技术发展现状及趋势7

1.2.1铸造冲天炉熔炼模拟与控制7

1.2.2铸造感应电炉熔炼模拟8

第2章冲天炉熔炼成分预测数学

建模11

2.1熔炼过程的物质变化11

2.2熔炼成分的数学建模13

2.2.1熔炼体系的相与组分13

2.2.2多相多组分体系的数学建模14

第3章冲天炉熔炼成分预测热力学

建模18

3.1多相多组分体系成分预测的常见

算法18

3.1.1热力学平衡18

3.1.2平衡常数法18

3.1.3最小自由能法20

3.2熔炼热力学建模21

3.2.1热力学建模的假设条件与要求21

3.2.2基于最小自由能法的热力学

建模22

3.3组元化学势计算22

3.3.1组元标准摩尔吉布斯函数的

计算22

3.3.2组元偏摩尔吉布斯函数的计算25

第4章冲天炉熔炼成分预测参数

约束处理29

4.1主要熔炼参数29

4.1.1熔炼参数及其选择29

4.1.2其他表征熔炼过程状态的参数30

4.2熔炼参数控制的建模31

4.2.1熔炼参数的控制特点31

4.2.2熔炼参数的建模要求31

4.2.3神经网络在参数控制中的应用32

4.3基于BP神经网络的熔炼参数处理

方案32

4.3.1BP神经网络简介32

4.3.2熔炼参数的BP神经网络建模34

4.3.3间接约束法的BP神经网络模型

算例36

第5章冲天炉熔炼成分预测系统

开发42

5.1热力学模型的优化求解方法42

5.1.1求解算法的选择42

5.1.2遗传算法简介42

5.1.3遗传算法求解方法44

5.2冲天炉成分预测系统的实现46

5.2.1成分预测系统内容46

5.2.2成分预测系统的系统实现47

5.3数值算例与分析48

5.3.1数值算例内容48

5.3.2数值算例结果与分析50

5.3.3预测精度分析与下一步工作

方案53

第6章感应电炉熔炼数学建模54

6.1感应电炉熔炼物理模型与基本假设54

6.1.1物理模型54

6.1.2基本假设55

6.2感应电炉熔炼电磁场数学建模55

6.2.1理论基础55

6.2.2求解区域和边界定义57

6.2.3求解方法57

6.2.4电磁场控制方程58

6.2.5复矢量磁位和复标量电位描述

方程组59

6.3感应电炉熔炼多物理场耦合数学

建模61

6.3.1假设条件61

6.3.2传热与流动耦合数学建模62

6.3.3流动与传质耦合数学建模63

第7章感应电炉熔炼数值模拟求解

技术65

7.1混合交错网格模型建立65

7.1.1基本网格结构65

7.1.2交错网格和标识方法66

7.1.3节点值匹配算法66

7.2电磁场控制方程有限差分数值求解68

7.2.1涡流区求解68

7.2.2非涡流区求解70

7.2.3求解边界条件及收敛条件70

7.3传热与流动耦合控制方程有限差分

数值求解74

7.3.1有限差分离散74

7.3.2收敛条件75

7.4流动与传质耦合控制方程有限体积

数值求解75

7.4.1洛伦兹力的数值求解75

7.4.2有限体积离散76

7.4.3流动场高效数值求解技术78

7.4.4传热与传质耦合求解技术80

7.5数值求解计算流程85

第8章感应电炉熔炼模拟算例与

分析87

8.1模型网格与计算参数87

8.2电磁场模拟结果与分析88

8.2.1磁场分布数值结果88

8.2.2电磁参数对磁场分布的影响90

8.3电磁传热耦合行为模拟结果与分析92

8.4传质行为数值模拟结果与分析95

8.4.1网格步长对数值结果的精度

影响95

8.4.2宏观偏析数值模拟结果分析96

8.5传热与流动行为耦合模拟结果与

分析100下篇计算机炉料优化配比技术及应用

第9章计算机炉料优化配比数学

建模104

9.1计算机炉料配比技术发展现状及

趋势104

9.1.1炉料配比工艺简介104

9.1.2工业配料问题研究概况104

9.1.3约束优化算法的研究概况106

9.2计算机炉料优化配比建模108

9.2.1目标函数108

9.2.2约束条件108

9.2.3优化配比数学模型109

第10章计算机炉料优化配比求解

方法111

10.1约束优化算法111

10.1.1精确算法111

10.1.2近似算法112

10.2最优化求解方法113

10.3次优解求解方法115

10.3.1约束松弛求解方案115

10.3.2遗传算法求解方案116

10.4手动试错法117

第11章计算机炉料配比系统的

设计与实现119

11.1系统总体设计119

11.1.1需求分析119

11.1.2总体设计120

11.2系统功能实现120

11.2.1数据库管理模块的实现120

11.2.2自动炉料配比模块的实现124

11.2.3手动炉料配比模块的实现124

11.2.4炉前炉料配比模块的实现128

第12章计算机炉料配比系统应用

功能131

12.1软件安装131

12.2功能概述133

第13章计算机炉料配比系统

数据库136

13.1炉料数据库136

13.1.1炉料分类136

13.1.2系统数据库136

13.1.3用户数据库141

13.2烧损率与烧损量方案142

13.2.1烧损率与烧损量142

13.2.2烧损率方案设定143

13.2.3烧损量方案设定143

13.3杂质元素145

13.3.1杂质元素的总体含量145

13.3.2杂质元素的设定与统计145

第14章计算机炉料配比系统主要

功能146

14.1炉料配比146

14.1.1炉料配比界面与基本内容146

14.1.2炉料配比基本步骤147

14.2自动炉料配比154

14.2.1解方程组法154

14.2.2穷举法与最小成本法156

14.3手动炉料配比161

14.3.1手动配比的基本思路161

14.3.2手动配比的步骤161

14.4炉前配比164

14.4.1炉前配比的基本思路164

14.4.2炉前配比的步骤164

14.5炉前工人配料模块170

14.5.1保温炉牌号转换快速计算170

14.5.2保温炉牌号转换历史记录171

14.5.3炉前工人配料172

第15章铸造过程炉料配比应用

实例174

15.1铸钢件应用实例174

15.2灰铸铁件应用实例175

15.3球墨铸铁件应用实例177

15.4铝合金铸件应用实例179

15.5铜合金铸件应用实例180

第16章模具钢炉料配比应用实例182

16.1刃具模具用非合金钢应用实例182

16.2量具刃具用钢应用实例183

16.3耐冲击工具用钢应用实例185

16.4轧辊用钢应用实例186

16.5冷作模具钢应用实例188

16.6热作模具钢应用实例189

16.7塑料模具用钢应用实例190

16.8特殊用途模具钢应用实例192

第17章炉料配比常见问题194

17.1关于炉料数据库194

17.2关于烧损率195