【技术实现步骤摘要】
一种钢液对流情况下枝晶生长的预测方法
本专利技术涉及冶金连铸
，特别是涉及一种钢液对流情况下枝晶生长的预测方法。
技术介绍
钢连铸过程的本质就是钢液在冷却作用下逐渐凝固成型的过程，在钢液流经结晶器、冷却区冷却的过程中，先形成了单相晶核，晶核以球形生长并很快变得不稳定，形成树枝结构，也就是枝晶。在枝晶生长的过程中，生长前沿的固液界面上会发生溶质元素的再分配，产生微观偏析。这些枝晶在流动的钢液中会受到来自不同方向的冲击从而引起生长方向发生变化。枝晶在生长过程中，由于对流的存在，枝晶不同生长方向的尖端生长速度发生变化，从而影响此处的溶质再分配，加剧铸坯在枝晶生长旺盛方向的成分不均匀，发生宏观偏析。而偏析正是导致铸坯性能恶化的主要原因之一。因此，预测枝晶在对流情况下的生长状态，将为防止偏析、提升铸坯的内部质量发挥重要作用。由于连铸坯凝固过程中的枝晶生长是一个非常重要的过程，结晶器内枝晶随钢液的生长对铸坯内部质量起着重要作用，所以深入地了解枝晶的生长过程中组织演变的规律以及动力学参数的变化对于制定合理的工艺流程、适当的反...
【技术保护点】
1.一种钢液对流情况下枝晶生长的预测方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤1：收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；所述物性参数包括钢液密度、钢液粘度、液相线斜率、熔点温度、摩尔体积；/n步骤2：根据收集的物性参数数据及相场法模型，计算相场的控制方程、溶质场的控制方程、流场的控制方程：/n步骤2.1：基于KKS模型，计算相场的控制方程；/n步骤2.2：计算溶质场的控制方程；/n步骤2.3：基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算流场的控制方程；对流场的控制方程在枝晶边界处应用无滑移的反弹格式，得到枝晶边界处节点的动量分...
【技术特征摘要】
1.一种钢液对流情况下枝晶生长的预测方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1：收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；所述物性参数包括钢液密度、钢液粘度、液相线斜率、熔点温度、摩尔体积；
步骤2：根据收集的物性参数数据及相场法模型，计算相场的控制方程、溶质场的控制方程、流场的控制方程：
步骤2.1：基于KKS模型，计算相场的控制方程；
步骤2.2：计算溶质场的控制方程；
步骤2.3：基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算流场的控制方程；对流场的控制方程在枝晶边界处应用无滑移的反弹格式，得到枝晶边界处节点的动量分布函数值；对节点的动量分布函数值进行迁移，并在迁移之后施加边界条件，得到各节点的流体速度；
步骤3：将步骤2.3中计算的流体速度反馈给溶质场的控制方程，实现流场的控制方程与溶质场的控制方程的耦合，得到各节点的浓度；
步骤4：对步骤2至步骤3编写程序代码，设定边界条件及控制条件，运行程序，输出各节点的相场变量、流体速度、浓度，将输出转化为图像形式，得到枝晶在钢液对流情况下的生长过程；所述边界条件为速度场采用已知速度边界条件、其他场采用封闭边界条件，所述控制条件包括温度、溶质浓度、钢液的初始速度。
2.根据权利要求1所述的钢液对流情况下枝晶生长的预测方法，其特征在于，所述步骤2.1包括：
根据KKS模型，计算相场的控制方程为
其中，φ为相场变量，t为时间，φxx为φ对x的二阶偏导，φyy为φ对y的二阶偏导，φxy为φ对x,y的二阶偏导，为φ的拉普拉斯算子；
ε为各向异性参数：
ε(θ)＝ε0(1+acos(bθ))(2)
式(2)中，ε0为各向异性系数，ε0∈[0,1]，a为各向异性强度，b表示b次对称性；
θ为固液界面与优先生长方向的夹角，
tanθ＝φy/φx(3)
式(3)中，φx、φy分别为φ对x、y的一阶偏导；
ε'为ε对θ的一阶导数，ε”为ε对θ的二阶导数；
M为合金中的相场迁移率，由式(4)、式(5)联立得到：
式(4)中，σ为界面能，R为气体常数，T为钢液温度，Vm为摩尔体积，ke为平衡分配系数，m为液相线斜率，μk为动能系数，DL为液相溶质扩散系数，w为双阱势高，cS、cL分别为固相溶质浓度、液相溶质浓度，cS＝kecL,0＜φ＜1，me、分别为m、cS、cL在平衡状态下的值；
在固液界面区域0.001<φ<0.999内，ε、w与σ和界面厚度2λ有关：
式(4)中，动能系数μk→+∞，...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗森，王鹏，刘光光，王卫领，朱苗勇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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