冶金工业论文全文(5篇)
前言：小编为你整理了5篇冶金工业论文参考范文，供你参考和借鉴。希望能帮助你在写作上获得灵感，让你的文章更加丰富有深度。
第1篇：冶金工业论文范文
20世纪60年代开始大量使用的单元组合式控制仪表是根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使用要求，分成能独立实现某种功能的八大单元，各单元之间用统一的标准信号联系，应用灵活、通用性强，可以构成多种复杂的自动检测和控制系统，便于仪表的生产、维护及备品库存等。我国生产的电动(DDZ)、气动(QDZ)单元组合仪表经历了Ⅰ型(1958年研制，1964年投产)、Ⅱ型(1965年研制，1970年统一规范)、Ⅲ型(1975年前后研制)三个发展阶段，DDZ－Ⅲ型采用了国际通用的4－20mA信号制，以集成电路作为放大元件，并具备了安全防爆功能。20世纪70年代又推出了组装式控制装置，它可根据用户要求，以成套装置形式提供给用户，使自控系统的施工、安装以及调试工作量大大减小，维护、检修等工作得到简化。1975年，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司推出世界上第一套集散控制系统(DCS)。20世纪80年代，我国开始引进和生产以微处理器为核心、控制功能分散、显示操作集中的集散控制系统，将控制仪表及装置推向高级阶段，同时出现了以微处理器为核心的单回路可编程调节器，并进一步发展成智能式单元组合仪表，如DDZ－S型系列仪表。进入90年代，北京和利时、浙大中控、上海新华等相继推出自己的DCS系统。目前国产DCS系统已到达成熟期，由于国产DCS的价格低，能满足基本技术要求，且因开发较晚，某些技术较国外产品先进，其应用业绩不仅在国内市场占有一席之地，而且已经走出了国门。20世纪90年代出现了新一代工业控制系统—现场总线控制系统(FCS)，它是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。现场总线的出现改变了传统控制系统的结构，将具有数字通信能力的现场智能仪表连接成工厂底层网络系统，并同上一层监控级、管理级通过网络连接构成全分布式的新型控制网络。FCS具有网络化，全分散性，系统开放性，对环境的适应性，现场总线仪表的互换性、互操作性和功能自治性等特点，其性能和功能均比传统控制系统优越。FCS将越来越多地应用于工业自动化系统中，与传统DCS相结合，构成技术更先进的混合型分布式控制系统。DCS和FCS的发展推动了采用模拟数字混合技术的DDZ－S型系列仪表和智能仪表的发展，智能仪表以微处理器为核心，采用先进传感器与电子技术，具有检测、控制、显示、报警、存储、诊断、通信等功能，其精度、稳定性与可靠性均比模拟式仪表优越，可以传输模拟、数字混合信号或全数字信号，可以通过现场总线通信网络与上位计算机连接，能满足集散控制系统和现场总线控制系统的应用要求。按信号形式控制仪表装置可分为模拟式、模拟数字混合式、全数字式三大类。计算机网络技术的迅速发展，使数字通信一直延伸到现场，传统的4～20mA直流模拟信号制将逐步被双向数字通信的现场总线所取代，目前生产中多采用模拟数字混合式仪表和全数字式仪表，随着DCS和FCS发展，无线仪表和短程无线网络开始应用于工业现场，无线网络与有线网络的有机结合，将进一步完善系统功能，提高工业自动化水平。
2冶金工业控制仪表的应用
目前，冶金工业现场已经很少使用模拟式控制仪表，取而代之是模拟数字混合式的智能控制仪表，其传输信号是4～20mADC和HART或(Foundationfieldbus、Profibus)等，近年全数字式的现场总线控制仪表也得到了应用。要实现生产过程自动控制，必须由变送器、控制器和执行器等三种核心仪表，再附加某些辅助仪表构成过程控制系统。下面根据对十几家企业的调查，主要介绍冶金工业生产过程中控制仪表的应用情况。
2．1变送器类控制仪表
冶金工业应用变送器检测的物理参数主要是温度、压力、流量、物位等四大热工参数。一般来说，压力类变送器可以实现压力、差压、液位、流量等参数的检测。目前，冶金企业采用的压力类变送器多数是横河川仪、威尔泰、西仪、北京远东、德国E+H、Honey-well、ROSEMOUNT、YOKOGAWA等仪表生产厂家生产的智能压力/差压变送器，这类仪表一般输出4～20mADC模拟信号，同时采用HART协议以数字信号输出现场仪表信息，可以通过支持HART协议的手持终端或现场通信器与变速器进行数字通信，实现远程设定零点和量程等组态操作。有些仪表除了支持HART协议，还支持其他通信协议，如横河川仪的EJA系列差压变送器还支持BRAIN协议、FF和PROFIBUS协议，可以通过BRAIN手操器或CENTUMCS/μXL或HART275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控等;Honeywell的ST3000/900系列全智能在线式压力变送器还支持FF、DE协议，可与霍尼韦尔的ExperionPKSTM集散控制系统和智能现场通讯器(SFC)实现双向数字通讯，消除了模拟信号传输误差，方便了变送器的调试、校验和故障诊断。鉴于生产过程对流量精确测量的要求，有些企业选用多参数流量变送器，在测量流量的同时实现对流量的压力和温度补偿，如中冶京诚(营口)装备技术有限公司使用的加拿大SAILSORS的智能压力变送器是V10F多参数质量流量变送器，传输信号是4～20mADC和HART，采用实时全参数动态数字补偿技术(实现温度补偿功能)和满量程静压补偿技术，实现更高精度和宽量程比。企业使用的温度变送器主要是一体化温度变送器、普通温度变送器和变送器模块。重庆迪洋的DAD系列变送器、深圳万讯的温度变送器都属于普通温度变送器。SBWR/Z系列一体化的热电偶/热电阻温度变送器，它是DDZ－S系列仪表中的现场安装式温度变送单元，它采用二线制传送方式，输出与被测温度成线性的4－20mA电流信号。变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内形成一体化结构，也可单独安装于仪表盘内作转换单元。南京菲尼克斯电气有限公司的MCR－SL－PT100－UI，是可组态的3端隔离温度测量变送器，适用于根据IEC60751，采用2，3和4线连接技术连接Pt100热电阻，可输出4种模拟电压和模拟电流信号。西仪集团等仪表生产厂家生产了多种类型的智能温度变送器，具有HART协议和FF通信功能，便于连接现场通信装置和组成DCS系统，具有较好的应用前景。
2．2控制器类控制仪表
目前，多数企业主要使用DCS和PLC实施控制，常用的控制器有SIEMENS的S7－300、400系列PLC，AB公司的PLC，Honeywell的PKS、TCS型DCS，YOKOGAWA的DCS，浙大中控的SUPCON，和利时的DCS等。有些企业还使用国产的智能调节器及普通的显示调节仪等，如，中冶京诚(营口)装备技术有限公司使用上海岛电自动化控制系统工程有限公司PID调节器、江阴众和电力仪表有限公司的智能温度调节仪，天津市中环温度仪表有限公司的XMTW4000系列智能显示调节仪，百特XMB52U6P智能温度调节仪等。
2．3执行器类控制仪表
各企业使用的执行器比较繁杂，某炼铁厂目前使用的DKJ型电动执行器约占44%，奥托克的IKM系列执行器(德国技术)约占18%，其他国内不同厂家如鞍山热工仪表调节阀有限公司、鞍山拜尔自控有限公司、大连新科执行器厂等生产的不同型号的执行器占38%。目前，电动执行器的生产厂家较多，产品的质量标准良莠不齐，特别是存在仿冒产品，企业在选用执行器时，往往选择有规模、有资质、知名度高的企业产品。有些企业最近设计选用的执行器主要有英国Rotork、德国四门子公司SIPOS、重庆川仪等厂家的电动执行机构和气动执行机构。当用户对阀门控制精度要求高，或者工作环境复杂、以及需要实现远程控制，一般都选择智能型阀门电动执行器。
2．4辅助控制仪表
要构成过程控制系统，除了变送器、控制器和执行器等核心仪表外，还需要配置显示记录仪表和其他辅助控制仪表，辅助控制仪表主要有电源箱、配电器、隔离器、操作器、安全栅、阀门定位器等。目前，企业使用的各类辅助仪表主要是国产的DDZ－Ⅲ/S型仪表，有些企业选用了智能操作器和HART安全栅，如包钢集团使用国产DFP配电器约占47%，现场评价很好。有些企业选用国外的安全栅和阀门定位器，如本钢炼铁使用P+F公司Z787H齐纳安全栅和SIMMENS的6DR50系列电气阀门定位器，包钢集团使用日本koso的EPA/EPB系列电气阀门定位器和SIMMENS的Ps2、6DR50系列电气阀门定位器，现场评价很好。
3结语
第2篇：冶金工业论文范文
xxxx钢铁公司地处沿海地区，应根据气候环境及使用功能确定工业建筑物的维修内容、施工方法；并考虑成本控制及工期（影响生产主线、危及人员安全的要按抢修模式组织施工）要求，从工业建筑物的现状入手、必要时进行可靠度鉴定；准确判断该建筑物的地基基础、结构主体、屋面防水等现有状态。建筑饰面维护，可以结合厂容厂貌美化要求进行涂装；屋面工程的维修维护，要从渗漏点分布、屋面板开裂情况及钢筋锈蚀程度、屋面板变形等入手，分析原因，制定屋面维修方案时采用更换防水层、补强结构、封堵裂缝；或是拆除结构层、翻新，或者平改坡完善防水功能。随着产品生产线提升，需要对原有建筑物进行技术改造，而功能改变的维修是一种对原有建筑物使用性质、结构受力的改变，特别需要慎重。首先对建筑物进行结构鉴定，再委托有资质的设计单位进行结构验算、设计。
二、房屋维修的系统管理
1.维修工程的特殊性
维修工程的施工对象、施工方法、施工环境、施工机械的使用与新建工程差别很大。特点：施工对象是对已有建筑物；施工方法，维修工程工程量小，原样修复，材料品种、规格甚至颜色都受到原有建筑物限制，要通过现场查看、市场比对采购、安装（修复），效率低、速度慢；施工队伍的选择：首先选具有总承包资质的维保公司进行施工管理，包括施工质量、迅速反应、成本控制及安全管控，它必须具有健全的管理体系和规章制度，保障能力强。根据其特点：允许分包技术性较强的专业施工，如专业测量队伍、专业钢结构施工队伍等；施工环境：维修工程大多局限在已有建筑物内，场地小，施工材料运输、机具入场困难，作业时间、作业空间，受生产设备运转限制，效率难以充分发挥，施工场所存在各种危险源，时刻危及着生命安全及职业伤害。施工前要办理各种施工手续，三方挂牌。必须配备的劳动保护用品有安全帽、安全鞋、安全带及氧气报警仪和煤气报警仪；加上周围环境影响施工如噪音、灰尘、油污及有害气体，还必须佩戴防尘口罩、手套、护目镜、耳塞等。废弃物、渣土大多为有毒有害物质，要定点处理，不可乱弃，避免二次污染。受工作面的限制，施工机械难以施展，只能使用使用一些手头工具，效率低，安全和质量控制难度大，即使使用机械器具，措施费用相当昂贵。
2.根据维修工程特点，进行维修管理策划
根据点检状况，确定维修内容、范围、标准，编制维修工程预算、施工方案及验收办法约定工期，减少随意性和盲目性。施工队伍是长协合同单位，有相应资质、业绩和荣誉，一专多能；在合同中约束费率，实行总成本控制。项目安排，受资金投入限制，不一味地强调逢损必修，而是分轻重缓急，以满足生产需要及安全保障为前提，注重结构安全。尽量避免生产和维修同时进行，施工时切断水、电、气源，点检、操作、施工三方挂牌作业，减少因交叉作业带来的安全隐患；施工场所要封闭，减少周边环境和施工的相互影响。同时遵守建筑物安全使用“十不准”的要求，不破坏原结构、不破坏防水系统、不损坏沉降观测标志、不乱开孔打洞等。根据现场条件允许，选择小型的施工机械时，需要检查相关证件及办理安全作业手续。动土作业，首先确认地下管线现状，并办理动土作业手续。
3.过程控制，确保质量
第3篇：冶金工业论文范文
以往仅只满足污水处理要求的处理系统，通常总的处理环节为：分离-沉淀-排污，然而现如今除了最基本的污水处理需要外，对于环境保护、节约资源更提出了新的要求。不仅需要对治污排污量予以精确严格的监测与计量，对于输入的原水、沉淀池用水、调节池用水等利用量、循环回用量均需严格计算与检测。这也是我们此篇文章所要介绍之方案所拥有的特色系统功用，详见下文。
2工艺流程
2.1基本工艺流程
基本工艺流程中分项工艺总体难度适中，实现无困难，衔接得体，目的清晰，便于管理。
2.2各环节加强化学处理，高效分离
冶金污水通过收集沟道进入预先设置的集水池，随后进入沉淀池，由提升泵提升至浅层气浮系统（后文将详加解述）。废水经提升泵提升后，投加混凝剂PAC，通过充分混合搅拌使得PAC混凝剂药剂与冶金污水充分混合，之后流至机械搅拌反应池，利用机械搅拌加速其化学反应，污水中的悬浮物逐渐形成絮体。随之连接特别设置的旋流反应器，加强在PAC混凝剂作用下的化学反应。然后在旋流反应器后仍旧连接相同的管道混合器，其内投加絮凝剂PAM，使得投加PAC后形成的絮体絮凝反应后增大。絮凝好的污水混合物随之进入浅层气浮，利用加压溶气系统产生的溶气水经减压释放形成的微小气泡与废水中的悬浮物絮体互相接触，水中悬浮絮体自然粘附在微小气泡上，随气泡的上升一起浮到水面，形成与下层水体有明显分层界限的浮渣，最后除去表层浮渣，从而达到了净化水质的目的。而经过浅层气浮处理后的清水则由重力原因流到地下清水池储存起来，由回用水泵抽取提升后送至冶金生产车间继续循环使用，且回用率相当可观。浅层气浮浮渣和污泥最终排放至污泥池，经过压滤机固化处理后外运并进行深挖填埋，保证不影响周边环境与生态。反应池、浅层气浮中的放空废水以及板框压滤机的滤液排到污水池之后通过污水泵的提升，回到污水处理系统进行循环处理。
2.3浅层气浮回流原理，缩短分离时间
本项目解决方案采用QF型高效浅层的气浮装置。该气浮装置针对以往之一般气浮池在进出水等方面的劣势，特别将其原水进口和净化水的出口设计为移动式，其目的在于缩短原水气泡整个上浮过程所经历的时间，意即在原水向气浮池流动的同时，池中布水管向着原水流出的相反方向而移动，使得进入池中的原水相对于水池基本处于相对静止之状态，水中的气泡因此而沿着与水平面相垂直的方向向上浮向水面，上浮速度接近原水中固态物质的上浮速度（4～10cm/min），因此原水中的悬浮物能够以接近于T=3min的上浮速度很快的浮到水面上，而浮渣层下的净化水仍停留在下层的原处，当净化水抽提管移到此处时，净化水就能被抽送水泵抽取而排到水池外。在这里，为求达到使得水泡垂直上浮的效果，最突出的问题便是需要使进、出水口能够同步移动，我们在此项目解决方案中，将该机设计为圆形，进、出口管均安放在一定的装置上，使它围绕着转轴中心旋转，这种旋转移动的布水方式巧妙的解决了我们的核心问题。由于原水中的悬浮物从水中浮到表面的速度快，可以达到三分钟净化原水达标的效果。净化时间缩短，在整个系统的污水处理能力与效率上自然获得了显著的提升。
QF型高效气浮主机系统详述气浮物理固液分离技术在污水处理中应用非常广泛，适用于气浮处理的设备也有多种，但其核心都是通过产生微生气泡，使絮凝颗粒附气上升分离。微细气泡的产生主要是通过电解、分散空气和溶解空气再释放等方式。QY-QF型高效气浮设备引进日本新技术，运用高效溶气泵将水、气混合加压溶解形成溶气水，再减压释放，微细气泡析出与悬浮颗粒高效吸附而上浮，从而达到固液分离的目的。气浮系统集进水、絮凝、分离、集水、出水于一体，与传统气浮设备类似，设有稳流室、溶气释放室，使处理性能更稳定，不但效果更优越，而且对于传统设备改造尤为适宜。尤为其中的QF型高效气浮主机系统有代表性，它集凝聚、气浮、清渣、沉淀、除泥为一体，整体呈圆柱形，结构紧凑，池深较浅。气浮装置的主体由池体、旋转布水机构、溶气释放机构、转架机构、集水机构，撇渣机构六部分而组成，进、出水口与排渣口全部集中在池体中央部分，布、集水机构、清渣机构都与框架紧密连接在一起，围绕池体中心转动。
新型浅池气浮装置系圆形气浮池，最大的工艺结构特点是中心进水旋转布水，掺入混凝剂发生絮凝后的原水与溶气系统产生的溶气水相互接触混合之后，在稳流，整流装置的作用下，水流基本处于稳定的状态，在此环境条件下完成固液的分离反应与传统气浮装置比较，从根本上改变进、出水方式，消除了固液在水流动态情况下进行的不利因素，使水的停留时间仅保持在4-6分钟以内（由旋转速度调整），也随之将气浮池的有效水深降低到仅400-500mm之间，较之传统气浮装置池子的深度降低了3-5倍以上。这里凝絮好的原水是指在原水中加入絮凝药剂PAC或PAM（PAC为400-1000mg/I，PAM为PAC的1/5左右），经10-15分钟的有效地絮凝反应，形成的原水。具体药量及絮凝时间，絮凝效果须由实验测定。提供成套设备总成及控制系统，通过集中控制与分散控制相结合，以使设备达到最佳运行状态。由于旋转布水器和稳流整流装置发挥作用，使得池内产生了无数个互不干扰的分离反应区，各分离反应区也随着循环周期（可调整的旋转速度）所产生的时间差相继出现或结束。分离反应结束之后在池内自上而下形成了浮渣层、清水层以及泥沙沉积层，其分别配备了同步与之转动的池底清泥装置，在这里，除了泥沙将被按时定时的从池底排出泥槽以外，净化水、浮渣再次循环进入分割的中心筒之内，从池底连续排出池体最终流入储存池，以上述过程为完整的工作循环，设备如此周而复始的连续工作。总体功能特点①．溶气泵边水和气同步吸收，在泵内进行加压混合、气液溶解率高、细微气泡大小平均小于等于30um；②．溶气的水溶解率高达80-99％，较传统气浮效率高3倍；③．自动控制可行性高，易操作、易维护、噪音污染低；④．溶气泵可取代循环泵、空压机、溶气罐、射流器及释放头等组成的复杂系统。
第4篇：冶金工业论文范文
［关键词］冶金工业；焦化废水；处理工艺；研究进展
不同的工业产生的焦化废水有其各自的特点，在对其进行处理的时候，必须结合焦化废水的特点，选择适合的处理工艺，才能达到最佳的处理效果。因此，我们首先需要对冶金工业产生的焦化废水的特点进行一个简单的分析，冶金工业产生的废水有两个主要的特点，一个是其污染程度高；另一个是其非常难降解，所以我们在对冶金工业产生的焦化废水进行处理的时候，主要攻克这两个难关。
1焦化废水以及危害
1.1含义及来源
要对焦化废水的处理工艺进行研究，我们首先需要了解什么是焦化废水，它是一种在焦炉煤气初冷以及焦化生产过程中使用的水或者是由蒸汽冷凝而成的废水，是一种具有毒性并且难降解的有机废水。这种废水主要有两个来源，一方面它来自于剩余的氨水废液，这是在煤高温裂解的过程中产生的，剩余氨水其成分复杂多样，并且所含有的污染物浓度较高，是焦化废水的主要来源。另一方面，它来自于酚水，主要是在煤气的净化过程中产生，酚水的污染性相对较低。
1.2组成及危害
通过对焦化废水的来源进行分析，我们知道焦化废水的两个重要组成成分是酚类，以及含氮的化合物，当然还包括一些含氧以及硫的化合物。在焦化废水中，含有大量的氨以及氮元素，这些物质及其不稳定，容易与空气中的微生物发生硝化反应，产生大量的三氧化氮以及二氧化氮等物质，这些物质对人体的危害极大，会致癌，引起胎儿畸形。
2处理工艺研究进展
目前，在冶金工业方面，我国主要采用生化法对其产生的焦化废水进行处理，这种方法能够有效去除酚以及氰等物质，但是对含氨以及氮的物质处理效果不佳，排放时很难达到国家统一规定的标准，因此，仍需加大焦化废水处理工艺的研究，降低处理成本，提高处理效果，才能促进冶金工业的进一步发展。
2.1活性污泥法
这种方法以活性污泥为主体，对经过除油、调均等预处理的废水进行曝气处理，然后再进行固液分离，通过这种方法处理的焦化废水，其中酚的含量能够得到有效降低，每升废水仅含有0.5毫克左右的酚。利用这种方法对焦化废水进行处理，一方面其处理的效果较好，并且能够灵活调整处理的程度，另一方面，在处理的过程中还能够通过提高回流比来解决负荷升高的问题。但是这种处理工艺仍然存在很多不足，比如：它对基本上没有任何的去除效果，并且这种方法在进行曝气处理的时候，曝气池容积大，需要的投资也大，除此之外，其进水的负荷不能够过高，对冲击负荷的适应能力也比较差。
2.2粉煤灰处理法
这种处理焦化废水的工艺将粉煤灰作为吸附剂，它是一种可再资源化的物质，由多种粒子构成，这些粒子有些表面呈多孔状，表面积较大，能够吸附多种碎屑，因此用它来对废水进行深度的处理，它对酚类物质的去除率高，合适的浓度条件下能够保证处理后的焦化废水中，只有氨和氮不达标。这种处理焦化废水的工艺，其原料的来源十分广，因此成本较低，且操作简单，同时实现了利用废料治理废料的目的，是未来在处理焦化废水方面值得开发的重要工艺。
2.3烟道气处理工艺
国内在处理焦化废水方面进行了大量的研究和实践，有些冶金厂就利用烟道气来对剩余的氨水进行处理，排入大气中含氨、酚类等的物质含量极少。这种方法与粉煤灰法有异曲同工之处，都实现了以废止废的目的，并且成本低，处理效果好；但是这种方法仍然存在一定的局限影响其大规模的使用，一方面这种方法要求废水以及烟道气中含有的氨的量要能保持一致，这就限制了其使用范围，另一方面，废水中还含有一些难以处理的微生物，它们排入大气可能会造成新的污染。
2.4缺氧——好氧（A——O）工艺
这种工艺又叫循环生物脱氧工艺，先在缺氧池中发生反硝化反应，然后泥水单独回流，在好氧池中发生硝化反应，在这两个化学反应中，参与的微生物以及反应条件各不相同，所转化的基质也不同。这种方法的处理效率有所提高，但是由于废水在池中停留的时间过长，造成了其中的有机物降解的效果不佳。在这种工艺的基础之上，很多研究者对这种方法进行了改进，比如形成了厌氧——缺氧——好氧（A——A——O）工艺，A——O——O工艺等，因此，这是一种现行较为有效的方法，以此为基础也衍生出了多种处理焦化废水的方法。
2.5催化湿式氧化法
这种方法以空气或者氧气为氧化剂，在催化剂的作用下将氨、氮以及有机污染物氧化为氮气和二氧化碳，这种方法对氨和氮的去除率能够高达90%以上，并且处理后的水质远远优于生化法的处理结果。但是这种方法使用的催化剂价格昂贵，增加了冶金厂的生产成本，不能成为冶金厂的首选方法。
2.6超临界水氧化工艺
这是一种处理有机废水的新兴工艺，在水的临界点以上，水的物理以及化学特性会发生改变，从而使得焦化废水中的有机物在水中的溶解度大大的增加了，同时一些小分子的气体，比如甲烷、氢气等能够在超临界水中任意的混溶，而盐类在其中的溶解度又急剧降低，使得焦化废水中的无机盐能够分离出来。这种技术降低了物质之间的溶解阻力，使得难以处理的废水能够得到高效的处理。这种方法原料来源广且成本低，用来反应的器材体积小，而处理量大，结构简单而操作简便，能够进行大范围的推广，并且在操作中实现了全封闭，避免二次污染的情况出现，是未来值得推广的处理焦化废水的工艺。总之，随着人们对环境的关注日益增加，提升焦化废水处理效率成为冶金工业必须解决的问题，只有解决了技术问题，才能确保冶金工业的可持续发展。
参考文献
[1]李富元.冶金工业焦化废水处理工艺研究进展[J].山西冶金，2017，40（03）：39-40.
第5篇：冶金工业论文范文
关键词：教学；多学科交叉；线上教学；教学方法；教学内容
随着计算机硬件和软件的发展，数值计算已经在冶金设备设计、操作工艺优化中起到了重要的作用[1-5]，国内冶金工程80%以上硕士和博士毕业论文涉及数值仿真内容。在这个大背景下，东北大学从2020年开始针对冶金工程博士生开设一门崭新的选修课：冶金过程仿真程序设计。与其它课程不同，冶金过程仿真程序设计课程具有多学科交叉等鲜明特色。针对选课的学生背景和兴趣确定了教学内容，进行了有益的探索和尝试。
一、学生层次参差不齐
这门课程是博士生选修课，也是本硕博连读生和直接攻博生的选修课。在这些学生中，冶金工程专业本硕博连读生有的选修冶金反应工程，有的选修化工原理，但都没有学过数值分析课程。部分博士生的学士和硕士学位是热能工程、材料学等相关学科，对冶金理论知之甚少，如何安排教学内容是关键。为了不与其它课程重复，并且兼具实用性，采用漫谈方式，将相关课程重点内容进行穿插，重点讲述知识点之间的关联。既拓宽学生知识面，也要将重点问题讲深说透。例如，首先复习高等数学中的泰勒展开，然后讲授数值分析中中心差分、向前差分、向后差分的精度阶数确定方式[1]，最后介绍向前差分和向后差分的数学含义和物理意义[6]。又如，首先复习线性代数中的对角占优，然后分析Patankar控制体积法中保证计算收敛的四大法则的数学基础[3]。
二、内容新颖丰富
冶金过程仿真程序设计包含3个层次，数学模型、计算方法和数值计算，这是课程讲授的主要线索。数学模型是最经典的部分，其理论来源于冶金传输原理、物理化学、冶金反应工程学。计算方法与高等数学、线性代数、概率与统计、数值分析、常微分方程解法等密切相关。数值计算则是针对实际的模拟对象进行模拟，与钢铁冶金学、有色冶金学等传统冶金工艺学课程相关。这门课程是一门博士生的选修课，其内容必须紧跟学术前沿。因此，增加了分形理论在夹杂物模型中的应用、并行计算方法、中间包停留时间曲线处理方法辨析等内容，帮助学生了解相关学科发展趋势，拓宽研究思路，为后续研究工作进行多学科交叉溶合奠定理论基础。
三、自主选择的编程实践
实践是课程的重要环节。冶金过程仿真包括计算物理化学和传输过程模拟。计算物理化学相关商业软件有FactSage、Thermo-Calc、Pandat、JMatPro和MaterialsStudio等，相关开源软件有Lammps和VASP等。传输过程模拟商业软件有ProCAST、ANSYS、FLUENT、CFX、StarCD等，开源软件有OpenFOAM和DealII等；编程语言有Python、Java、MatLab、C/C++、Fortran、Basic等。并行计算方法有共享内存并行（OpenMP），消息传递并行（MPI和PVM），数据并行（HPF和并行函数库），异构计算（CUDA、OpenCL、OpenACC和OpenMP）等[7]。不同软件有不同的操作特点，学生各自的课题内容存在较大差异，不同课题组使用的工具软件也各不相同，强行要求使用同一种软件进行教学显然是不合适的。因此，介绍不同软件特点，具体选择由学生根据课题需要自行选择。同时，为了加深学生对数值计算的感性认识，以结晶器电磁搅拌为例，较为详细地介绍了目前流行的商业软件ANSYS和FLUENT的使用方法。
四、理论高度概括和实用性结合
冶金过程仿真的最终求解对象是方程。不同冶金问题具有不同形式的方程，对冶金方程进行分类求解是本课程的精髓。大多数冶金方程是微分方程。通常，常微分方程可采用四阶Runge-Kutta方法求解[8]；而冶金经常会遇见的是钢液流场和温度场、电磁场、氧枪内超音速流动等偏微分方程问题，建议采用有限体积、有限元、有限差分等方法求解。常微分方程计算量相对较小，并且没有通用的商业软件和开源软件进行求解，建议采用C/C++进行编程开发，并利用OpenMP进行多核并行，减少计算耗时。对于钢液的流场、温度场和等氧枪内超音速流动等问题，建议采用开源软件OpenFoam进行开发，并利用MPI进行多线程并行加速。对于电磁场的计算，建议采用商业软件ANSYS，并可利用GPU进行异构并行加速。
五、线上教学和自学相结合
2020年初，中国面临肺炎带来的严峻挑战。为了有效抵抗疫情，教育部做出了春季学期延期开学的决定。在此背景下，东北大学积极开展线上授课和线上学习等在线教学探索，采取了线上授课和疫情结束后线下课堂教学两种模式并行的方式。本课程内容丰富，以广泛涉猎各学科重点内容和最新进展为主，采用PPT教学方式比较适宜。基于此，不仅采取钉钉软件进行线上教学扩展知识面，而且在线下发给学生相关文献作为补充材料，满足学生深度学习的需要。同时，在教学过程中，针对学生反馈的难点进行重点讲解，并通过email对个别学生的非典型问题进行单独指导，保障学生能准确和深层次地掌握课程要点。
六、灵活的作业和考试形式
博士课程教学与本科生课程教学存在较大差别。本科生课程是通用知识教育，同一专业的知识结构是相似的，采用相同内容的作业和考试是适宜的。博士生选修课程偏重于专业方向教育。博士生的本科和硕士可能来自于不同专业，所从事的专业课题存在明显差异，作业和考试应符合专业背景和将来从事的课题，采用灵活的作业内容和考试内容比较合适。基于此，“简述分形理论在你的课题或专业课程中的应用”这类弹性作业内容的引入，可以充分激发学生的学习热情。作业内容可多可少，不会成为学生的负担，并具有鲜明的个性。考试内容也采用大作业形式，如“针对你的课题或课程中的问题，采取自编程序、商业软件或开源软件进行数学模型的建立、求解和结果分析”。学生可以根据自身情况，合理选择合适的作业和考试内容，有利于课题的前期研究，做到有的放矢。
七、结语
针对博士课题数值模拟工作的需要，新增设了冶金过程仿真程序设计课程。实际课程教学以数学模型、计算方法和数值模拟为线索，采用串讲方式，将本科和研究生期间学生的数学、专业基础课和专业课联系起来，并补充了分形、并行计算等最新研究成果。本课程开阔了学生的视野，紧密围绕从事的课题，有针对性地布置相应作业，并采用线上教学和线下自学相结合的模式，保证了教学质量。
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