“电磁场作用下的冶金相变机理”重大项目指南
金属凝固理论原理及应用
金属凝固理论原理及应用金属凝固理论是指研究金属在固态凝固过程中的组织形态和相变行为的科学原理。
金属凝固理论的研究可以帮助我们了解金属的凝固机理以及改变金属的性质和应用。
以下将从原理和应用两个方面进行详细阐述。
一、金属凝固理论的原理：1. 凝固过程中的相变行为：在金属凝固过程中，会发生相变行为，从液相变为固相。
主要包括凝固核形成、晶体长大及晶粒形核和生长等过程。
凝固核形成是指凝固过程中由于界面能降低而导致固相形成的过程。
晶体长大是指固相晶体的体积逐渐增大。
晶粒形核和生长是指液相金属晶粒在凝固过程中通过固相组织的转变形成新的晶粒。
2. 凝固速率的影响因素：凝固速率是凝固过程中晶体生长速度的量度。
影响凝固速率的因素包括金属的熔点、凝固液体的过冷度、核活化能、晶体生长速度以及固相晶粒形核密度等。
通过调节这些因素，可以改变金属凝固的速率和组织形态，从而影响金属的性质和应用。
3. 相图和凝固曲线的研究：金属凝固过程中，可以通过相图和凝固曲线来了解金属凝固过程中的相变行为和组织形态演化。
相图可以显示凝固温度、成分和组织形态之间的关系，而凝固曲线可以用来研究凝固速率和金属的晶体生长速度。
二、金属凝固理论的应用：1. 金属材料制备：金属凝固理论可以帮助我们了解金属材料制备过程中的相变行为和组织演化规律。
在铸造和凝固过程中，通过调节凝固速率和组织形态，可以获得不同性能和应用要求的金属材料。
例如，通过改变凝固速率可以获得细晶粒或均匀晶粒分布的材料，从而提高材料的强度和韧性。
2. 改善金属材料性能：金属凝固理论的研究可以帮助我们改善金属材料的性能。
例如，通过合适的添加剂和凝固工艺，可以改善金属材料的耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性等性能。
同时，金属凝固理论也可以指导材料加工过程中的热处理和冷处理，从而进一步提高金属材料的性能。
3. 金属合金设计：金属凝固理论是金属合金设计的重要基础。
通过研究金属合金的凝固机制和相图，可以合理地选择合金元素和调整合金成分，以达到特定的性能和应用要求。
冶金工业冶炼术语
目次1 总则 (3)2 基本术语 (4)2.1 钢铁冶金 (4)2.2 炼铁 (8)2.3 炼钢 (39)2.4 铁合金冶炼 (95)2.5 除尘 (105)2.6 煤气储存和输配 (111)2.7 给排水 (114)2.8 环境保护 (118)2.9 节能与综合利用 (120)2.10 过程控制 (124)2.11 土建及管线 (132)2.12施工安装 (135)3 炼铁设施 (141)3.1 矿槽焦槽及上料系统 (141)3.2 炉顶 (143)3.3高炉炉体 (151)3.4 风口平台及出铁场 (160)3.5 热风炉 (166)3.6 铸铁机及修罐设施 (174)3.7 炉渣处理系统 (178)3.8 煤粉制备及喷吹 (186)3.9 高炉鼓风 (191)3.10 高炉煤气净化及煤气余压利用 (194)3.11 非高炉冶炼 (197)4 炼钢设施 (200)4.1 铁水预处理 (200)4.2 转炉炼钢 (201)4.3 电炉炼钢 (208)4.4 炉外精炼 (214)4.5 连铸 (219)4.6 模铸 (233)4.7 炉渣处理 (237)4.8 汽化冷却（余热锅炉） (238)4.9 转炉煤气净化回收系统 (239)4.10 辅助生产设施 (239)4.11 特种冶金 (241)5 铁合金冶炼 (246)5.1 原料处理 (246)5.2 冶炼工艺 (246)5.3 矿热炉设备 (247)5.4 铁合金浇注 (252)1 总则1.0.1为了满足工程建设标准化工作的需要，保障和促进科技进步，与相关术语法规相协调，制定本规范。
1.0.2本标准界定了黑色金属冶炼领域炼铁、炼钢、铁合金冶炼工程的术语及其定义或释义。
1.0.3冶金工业冶炼工程术语除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 基本术语2.1 钢铁冶金2.1.1冶金[学] metallurgy研究从自然界矿产资源或社会返回的二次资源中提取有价金属，并且制造成成分、组织、性能符合需要的金属材料及合金的工程学科。
现代冶金技术的种类和特点3篇
现代冶金技术的种类和特点第一篇：现代冶金技术的种类和特点现代冶金技术是指在现代工业中，通过一系列的加工和生产流程，对金属材料进行改性和加工的技术。
现代冶金技术种类繁多，主要包括冶金原理、熔炼技术、金属锻造、焊接技术、表面处理和材料测试等方面。
下面分别介绍各种冶金技术的特点和应用情况。
一、冶金原理冶金原理是现代冶金技术中最基础的部分，它是指利用物理、化学和数学等科学原理，对金属材料进行定量分析和研究，为后续的加工提供基础理论依据。
冶金原理学科主要包括金属物理学、金属化学和金属热力学等方面。
金属物理学是研究金属材料内部组织和结构的学科，它主要研究金属的结晶过程、晶体缺陷、相变和性能等方面。
金属化学主要研究金属元素的化学反应原理和机制，它为冶金加工提供了化学反应方面的依据。
金属热力学则是研究金属材料在化学反应过程中的热力学基础，它主要研究金属在不同温度下的物理性质和热力学参数等方面。
二、熔炼技术熔炼技术是将金属加热并溶化，然后通过冷却和凝固的过程，使金属形成所需要的形态和结构的加工技术。
熔炼技术广泛应用于钢铁、有色金属和稀有金属等领域。
常见的熔炼技术包括电弧熔炼、氧化还原熔炼和感应熔炼等。
电弧炉熔炼是利用弧光产生的高温和强力量，将电极和金属原料同时加热熔化的方式。
氧化还原熔炼是将不同化学成分的金属原料放入高温熔炉中，通过还原和氧化反应，实现金属的分离和提取的过程。
感应熔炼则是利用感应加热原理，将金属工件放入感应线圈中，在高频电磁场的作用下将金属加热至熔点的过程。
三、金属锻造金属锻造是指通过对金属材料进行压制和拉伸加工，从而改变金属材料的形态和尺寸，获得所需的机械性质和化学性质的加工技术。
金属锻造主要可分为机械锻造、冷锻和热锻三种类型。
机械锻造是利用各种锤和压力机等机械工具，对金属材料进行挤压、打捶、拉伸等形变处理的加工技术。
冷锻是将金属材料冷加工成型的一种工艺，常用于锻件的制造和加工。
热锻则是通过对金属材料的加热和加压，将材料塑形和改性的工艺，广泛应用于航空、汽车、船舶和工程机械等行业。
2019年高能所科创计划项目指南
应用
量来增强事例选择的信噪比并最终进一步提高精度。该项目的目标就
是为未来CEPC的希格斯联合测量进行尝试，可以进一步提升CEPC的物
理潜力和机器（深度）学习在未来数据分析中的推广。
李刚
副研究员 li.gang@
18610315126
7
实验物 理中心 物理学
中微子振荡效应是宏观尺度的量子力学相干过程，是研究基本粒子物
张源
研究员 zhangy@ 18610318308
19 理论室 物理学 奇特强子态研究
超出传统夸克模型的奇特强子态研究是非微扰强相互作用动力学的热 点问题，近年来实验观测到许多奇特态候选者，其夸克-胶子结构明 显与普通强子态的预期有明显的差别。本项目拟通过重味强子电磁和 强衰变研究其结构，确定其不同于普通强子态的性质。指导老师将针 对课题需要集中讲授夸克模型和粒子物理基础知识。
性能标定等。同时计划利用发光二极管(LED)和SiPM研究探测单元的
刻度方案。
刘勇
副研究员 liuyong@
010-88236064
10
实验物 理中心 物理学
此项目主要为未来环形正负电子对撞机(CEPC)研究强子量能器(HCAL)
利用塑料闪烁体和SiPM研 的探测单元性能。计划利用塑料闪烁体和硅光电倍增器(SiPM)研制
HCAL基本探测单元，并运用已有的前端电子学器件或标准插件搭建测
究CEPC强子量能器探测单 试平台，利用宇宙线和放射源研究其基本性能，包括光产额、探测效
元的性能
率、噪声水平、时间分辨率以及SiPM性能标定等。最后以此平台对比
研究生产塑料闪烁体的不同工艺之间的性能差异。
刘勇
副研究员 liuyong@
13661384000
高温冶金原理-冶金反应过程的动力学
1.0
C0 lnC0 t0.5 lnt0.5
2.0 0.6931 2.5 0.9163
5.0 1.6094 1 0
斜率＝-1＝－（n－1），n＝2
lnt 0.5
0.8
0.6
0.4
Y=A+B*X
Parameter Value Error
0.2
----------------------------------------------
研究冶金动力学的目的
在于了解反应在各种条件下组成环节及其速率 表达式；导出总反应的速率方程，确定反应过程限制 环节；讨论反应的机理以及各种因素对速率的影响； 以便选择合适的反应条件，控制反应的进行，达到强 化冶炼过程，缩短冶炼时间及提高反应器生产效率的 目的。
§ 4.1 化学反应的速率
一、化学反应速度式
计算硫在熔铁中的传质系数及边界层的厚度。
分析： ln w [ S ] w [ S ]e Ds t t
w [ S ]0 w [ S ]e L
L
作ln（w[S]-w[S]e)－t图，
斜率＝
L
解：计算ln（w[S]-w[S]e)
时间/min w[s]
w[s]-w[s]e ln(w[s]-w[s]e)
A
A A
未占据的面积分数：
1A
A
吸附平衡常数：
KA
A P A(1 A
)
A
K A PA 1 KAPA
吸附反应的速率正比于θA：
v
k A A
k A K A PA 1 KAPA
如发生溶解组分A吸附：
v kAK AaA 1 K Aa A
－朗格缪尔吸附等温式
当KPA或KaA>>1时，
功能材料冶金物理化学
功能材料冶金物理化学一、功能材料分类功能材料是指那些具有优良物理性能、化学性能或机械性能的材料，广泛应用于能源、信息、生物医学、航空航天等领域。
根据不同的分类标准，功能材料可分为导体材料、半导体材料、磁性材料、光学材料、超导材料等。
二、物理化学基础功能材料的物理化学性质与其内部原子或分子的排列和相互作用密切相关。
材料的物理化学性质包括电学性质、光学性质、磁学性质、热学性质等，这些性质的变化往往与材料的微观结构和化学键合状态有关。
三、热力学原理热力学是研究系统能量转化和平衡的学科，对于功能材料的制备和应用具有重要意义。
热力学原理可以帮助我们理解材料在加热和冷却过程中的相变行为，以及不同相之间的稳定性关系。
四、相图分析相图是描述不同成分和温度下物质中各相存在的状态图。
通过相图分析，可以预测和控制功能材料在制备和处理过程中的相变行为，优化材料的成分和组织结构。
五、凝固与熔化过程凝固和熔化是材料制备过程中的重要环节，对于控制材料的显微组织和性能具有关键作用。
通过研究材料的凝固和熔化过程，可以深入了解材料的相变行为和成分分布，优化材料的制备工艺。
六、相变与相分离相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程，而相分离则是指物质在固态或液态下的不均一性。
了解材料的相变和相分离行为对于控制材料的显微组织、增强材料的性能具有重要意义。
七、扩散与传输现象扩散和传输现象是物质在固体或液体中的传递行为。
在功能材料的制备和处理过程中，扩散和传输现象对于材料的显微组织和性能有着重要影响。
研究这些现象有助于我们理解材料在制备和处理过程中的组织演变，为优化材料的性能提供理论支持。
八、冶金反应动力学冶金反应动力学是研究金属或合金在熔炼、凝固和加工过程中反应速率和机制的学科。
通过研究冶金反应动力学，可以深入了解金属或合金的熔炼和凝固过程，优化材料的制备工艺，提高材料的性能。
九、界面化学与表面工程界面化学主要研究物质界面间的相互作用和传递行为，而表面工程则涉及材料表面的处理和改性技术。
金属固态相变概论
两种观点
母相不断地以非协同方式向新相中转移，界面便沿其法向推进，从而 使新相逐渐长大；
在非共格界面的微观区域中，也可能呈现台阶状结构。这种台阶平面 是原子排列最密的晶面，台阶高度约相当于一个原子层，通过原子从 母相台阶端部想新相台阶上转移，便使新相台阶发生侧向移动，从而 引起界面推进，使新相长大。
✓目前，还没有一个能够精确反映 各类固态相变速度与温度之间关 系式的数学表达式。在实际工作 中，通常采用一些物理方法测出 在不同温度下从转变开始到转变 不同量，以至转变终了时所需的 时间，做出“温度—时间—转变量 ”曲线，即等温转变曲线（TTT曲 线）。
新相几何形状对比容差应变能的影响
1、共格界面
界面上的原子同时位于两相的结点上，即两相界 面上的原子排列匹配，界面上的原子为两相所共 有。
只有对称孪晶界才是理想的 共格界面。
两相点阵总是有一定差别， 或者是点阵结构不同，或者 点阵参数不同，因此两相界 面要完全共格，在界面附近 就必须产生弹性应变。
弹性应变能的大小取决于两相界面上原子间距的相对差值 ，即错配度：
3、晶界
大角晶界具有高的界面能，在晶界形核时可使界面能释放出来作为相 变驱动力，以降低形核功。因此，晶界是固态相变时形核的重要基地 。
金属材料相变过程的模拟与实验研究
金属材料相变过程的模拟与实验研究随着科技的不断进步，金属材料的应用范围越来越广泛。
其中，金属材料相变过程的理解和掌握，对于材料的性能、应用以及加工工艺等方面都具有重要的意义。
因此，金属材料相变过程的模拟与实验研究成为了材料科学研究中的重要内容之一。
一、金属材料相变过程的模拟1. 相变理论相变是指物质在温度、压力或化学成分等条件改变下，从一个热力学状态到另一个热力学状态的过程。
相变包括固态相变、液态相变和气态相变等多种类型。
在金属材料科学上，相变主要是指固态相变。
金属材料的固态相变是指原子或离子在固态材料中的位置或晶格结构发生改变，导致材料性质的变化。
固态相变包括普通固态相变、化学固态相变和表面固态相变等。
普通固态相变是指材料的晶格结构发生改变，如固态铁的铁素体和奥氏体相变。
化学固态相变是指固体材料在温度过程中发生化学反应，如钢的退火、淬火等。
表面固态相变则主要是指金属表面的化学成分和晶格结构的变化。
2. 相变模拟相变模拟是指利用计算机模拟的方法，对金属材料的相变过程进行研究。
相变模拟主要分为两类：一是基于热力学模型的相变模拟，二是基于动力学模型的相变模拟。
基于热力学模型的相变模拟是指根据热力学原理和相图等理论，使用计算机对材料相变过程进行模拟计算。
这种方法的优点是计算复杂度低，但是假设过多导致结果不够准确。
而基于动力学模型的相变模拟则是通过模拟材料中原子之间的运动状态等因素，来模拟相变过程。
这种方法复杂度高，但是更加真实可靠。
3. 相变模拟的应用相变模拟可以帮助人们更好地了解金属材料相变的本质和规律，以及相变对材料性能的影响。
同时，相变模拟也可以帮助研究人员优化材料的加工工艺和改善材料的性能。
例如，通过相变模拟可以对材料的性能进行预测和优化，以便材料制造商选择更合适的材料并开发更好的加工工艺。
二、金属材料相变过程的实验研究1. 相变实验方法相变实验主要分为几种方法：一是差示扫描量热分析法(DSC)；二是X射线衍射(XRD)；三是扫描电子显微镜(SEM)等。
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“电磁场作用下的冶金相变机理”重大项目指南
高品质金属材料是先进装备制造业发展的基础。我国在高品质金属材料生产技术上仍落后于发达国家，
高端装备制造水平还不能很好地满足国家需要。进一步提升金属材料品质既是我国发展航空、航天、高端
装备的迫切需求，也是世界冶金技术发展的主要方向。
控制金属材料品质的核心冶金过程之一是相变过程，而常规的控温和电磁搅拌等手段只能在一定范围
内实现对冶金相变过程的控制，迫切需要拓展新的方法和途径以实现效果更好的控制过程。新近发现的磁
致过冷、热电磁效应、电流及电磁振动细晶、磁致塑性等效应为电磁场控制冶金相变过程开辟了新的途径。
开展电磁场影响金属凝固温度、热电磁力和热电磁对流影响金属凝固组织、电磁场影响金属材料中扩散和
位错迁移等方面的研究，揭示其机制并建立相关的模型，进而开发电磁场控制冶金相变的新技术，以进一
步提升金属材料的品质，已成为冶金研究领域的新方向。
一、科学目标
阐明电磁场影响金属材料凝固温度点变化本质和内在机制及其对金属材料形核影响规律；在深入认识
和掌握热电磁力和热电磁对流生成机制及其对凝固组织和偏析影响机理的基础上，建立热、电、磁、力协
同作用下凝固组织和偏析演变模型；提出电磁场与温度场等协同控制凝固组织和偏析，以及电磁场控制应
力作用下固态相变制备织构材料等技术原理；为提高我国高品质金属材料的生产水平提供理论和技术基础。
二、研究内容
（一）电磁场下相变形核机理。
研究电磁场下合金材料的凝固过冷行为和电磁场对材料过冷度的影响规律；研究电磁场对界面能的影
响规律和电磁场下微结构演化规律，建立合金界面能与电磁场强度间的关系；研究电磁场下液-固、固-固、
气-固转变形核机制，建立电磁场下凝固结晶分子动力学模型。
（二）电磁场下冶金相变动力学。
研究电磁场作用下原子扩散规律，并揭示其微观机制和建立基本模型；研究电磁场作用下相变过程位
错和晶界生成和运动行为，建立电磁场与位错运动等的关系；研究电磁场下冶金相变速率变化规律、晶体
长大行为及形貌演变、溶质分布规律，建立电磁场下晶体生长基本模型。提出电磁场下凝固组织和偏析控
制方法和原理。
（三）热、电、磁、应力协同作用下相变界面行为与组织形态演变规律。
研究热、电、磁协同作用下凝固多尺度流动与溶质传输规律，及其对凝固枝晶形态等的影响规律并建
立相应模型；研究热、电、磁协同作用下两相区及凝固组织演化规律；建立凝固两相区、晶粒组织和偏析
变化模型；研究电磁场和应力共同作用时固-固转变界面行为及组织演化规律并建立相应模型。提出电磁场
控制金属材料组织的新技术原理。
三、申请注意事项
（一）申请书的附注说明选择“电磁场作用下的冶金相变机理” ，申请代码1选择E0418（以上选择
不准确或未选择的项目申请不予受理）。
（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。
（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。