一种钢锭中固相移动的模拟方法技术

本发明专利技术涉及钢锭固相移动模拟技术，具体为一种钢锭中固相移动的模拟方法，应用于真空和非真空条件下碳钢和合金钢锭的铸造过程。确定合金的固相移动临界速度和停止移动临界固相分数；计算质量、动量、能量和成分守恒方程，计算固相分数场；确定在重力方向上沉积堆形成的起始位置；以起始位置作为分界线，将钢锭分为上和下两部分；钢锭上部分的重力方向上的液体流动速度小于固相移动临界速度、固相分数大于零且小于停止移动临界固相分数的网格单元需要减少固相分数和固相成分，增加液相成分，与底部单元进行温度传递；钢锭下部分的固相分数小于停止移动临界固相分数的网格单元需要增加固相分数和固相成分，减少液相成分，与顶部单元进行温度传递。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢锭中固相移动的模拟技术，具体为，它是不需要求解两相流模型而能够模拟钢锭中固相移动，从而预测底部沉积堆的方法，涉及360吨以下所有级别的金属型和非金属型的铸造过程，应用于真空和非真空条件下碳钢和合金钢锭的铸造过程，能够快速准确预测各种金属材料钢锭的底部沉积堆。
技术介绍
大型钢锭凝固过程中，由于固相移动，当晶粒与熔体之间存在质量密度差异时，成分低的自由晶体不断下沉，在底部聚积，降低了该区域的溶质浓度，形成了底部沉积堆。由于沉积堆成分较低且其内部通常有夹杂物分布，在钢锭锻造加工前必须将这部分切除(切尾率)。因此利用计算机模拟的方法准确预测沉积堆的高度，为科学确定钢锭切尾率并寻找缩小沉积堆的措施提供理论指导。 目前，广泛使用的预测沉积堆形成的数值模拟方法是求解凝固过程中的固-液两相流模型，存在的问题是由于多个变量之间需要进行高强度的迭代耦合求解，因此迭代次数多、迭代时间长；由于在模拟过程中需要对晶体形貌(球形或枝形)进行区分，无法模拟固态等轴枝形晶和固态等轴球形晶共同向下沉淀的过程；由于计算效率低、计算时间长，不适合预测大尺寸钢锭凝固过程。现在还没有一种快速准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢锭中固相移动的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）确定合金的固相移动临界速度和停止移动临界固相分数；（２）计算质量、动量、能量和成分守恒方程，计算固相分数场；（３）确定在重力方向上沉积堆形成的起始位置；（４）以起始位置作为分界线，将钢锭分为上和下两部分；（５）钢锭上部分的重力方向上的液体流动速度小于固相移动临界速度、固相分数大于零且小于停止移动临界固相分数的网格单元，需要减少固相分数和固相成分，增加液相成分，与底部单元进行温度传递；钢锭下部分的固相分数小于停止移动临界固相分数的网格单元需要增加固相分数和固相成分，减少液相成分，与顶部单元进行温度传递；（６）采用钢锭模、粘土砂铸型或水...

【技术特征摘要】
1.一种钢锭中固相移动的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤(1)确定合金的固相移动临界速度和停止移动临界固相分数；(2)计算质量、动量、能量和成分守恒方程，计算固相分数场；(3)确定在重力方向上沉积堆形成的起始位置；(4)以起始位置作为分界线，将钢锭分为上和下两部分；(5)钢锭上部分的重力方向上的液体流动速度小于固相移动临界速度、固相分数大于零且小于停止移动临界固相分数的网格单元，需要减少固相分数和固相成分，增加液相成分，与底部单元进行温度传递；钢锭下部分的固相分数小于停止移动临界固相分数的网格单元需要增加固相分数和固相成分，减少液相成分，与顶部单元进行温度传递；(6)采用钢锭模、粘土砂铸型或水玻璃砂实际生产钢锭；(7)将模拟结果和实际生产的结果对照，验证模拟方法的准确性。2.按照权利要求1所述的钢锭中固相移动的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一， 由斯托克斯公式确定合金的固相移动临界速度当af＝1时代表球形等轴晶沉淀，af＝0.5代表发达枝形等轴晶沉淀，0.5＜af＜1介于上述两种情况之间；根据合金类型确定停止移动临界固相分数fsc；步骤二，计算质量、动量、能量和成分守恒方程，计算固相分数场fs；步骤三，确定在重力方向上沉积堆形成的起始位置bottom_k；方法为选择钢锭中心轴线，沿着重力方向由下向上，如果某一单元的而它下方单元的则bottom_k等于“i”单元重力方向上的坐标；步骤四，以bottom_k作为分界线，将钢锭分为上和下两部分；方法为某一单元在重力方向上的坐标小于或等于bottom_k则属于下部，大于bottom_k则属于上部；下部所包含的单元总数为N_bottom，上部所包含的单元总数为N_top；步骤五，钢锭上部的重力方向上的液体流动速...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东戎，桑宝光，康秀红，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]