[發明專利]一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法

有效

• 申請號: 201911030306.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110908973B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 孟祥寧;朱苗勇;崔磊;高曉晗;張坤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F16/20
• 分類號: G06F16/20;G16C10/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 陳曦

本發明的一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法，包括：步驟1：收集鋼種成分、凝固條件及邊界條件；步驟2：采用元胞自動機模型計算界面生長方向、液相溶質場與溫度場分布以及固相區溶質場分布；同時耦合格子Boltzmann方法中經典模型D2Q9模型計算流場速度分布；步驟3：對于復雜邊界流動，采用Mei修正F?H格式，沿X方向速度，在右側添加自由邊界條件，結合格子Boltzmann方法建立Fe?C?Mn?S四元合金流場下枝晶受力生長模型；步驟4：利用數據分析和可視化處理軟件，圖像顯示MnS枝晶的形狀、尺寸和受力情況。本發明方法優化凝固技術，對枝晶在強制對流下受力分析進行預測，提高鑄坯質量提供理論指導。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，涉及一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法。

背景技術

鋼鐵工業是國民經濟重要支柱型基礎產業。在鋼液凝固的過程中，隨著溫度的降低鑄坯表層開始形核生長形成柱狀晶，隨柱狀晶的生長固液界面前沿溶質富集嚴重。不同尺寸的MnS夾雜物對鋼材性能起到不同的作用。為此，鋼液凝固過程中夾雜物析出預測對于控制鑄坯裂紋，提高鑄坯質量具有重要意義。連鑄過程中，鑄坯內的鋼液會不斷流動，對微觀枝晶的生長和形貌產生一定影響。同時，鋼液流動也會因為枝晶的存在而變得更加復雜。傳統的流場數值模擬主要是通過Navier-Stokes(N-S)方程對壓力場進行迭代求解。但該方法求解繁瑣，計算量大，數值穩定性差，并且處理枝晶曲邊邊界時需要借助壁面函數，增大求解誤差。因此，準確描述流場分布對枝晶求解極其重要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法，可預測在不同工藝的情況下強制對流對MnS枝晶受力情況，優化了凝固技術以及枝晶在強制對流下受力生長的理論指導。

本發明提供一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法，包括如下步驟：

步驟1：收集鋼種成分、凝固條件及邊界條件；

步驟2：基于金屬凝固理論，采用元胞自動機模型計算界面生長方向、液相溶質場與溫度場分布以及固相區溶質場分布；同時耦合格子Boltzmann方法中經典模型D2Q9模型計算流場速度分布；

步驟3：對于復雜邊界流動，采用Mei修正F-H格式，沿X方向速度，在右側添加自由邊界條件，結合格子Boltzmann方法建立Fe-C-Mn-S四元合金流場下枝晶受力生長模型；

步驟4：利用數據分析和可視化處理軟件，圖像顯示MnS枝晶的形狀、尺寸和受力情況。

本發明的一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法，在計算強制對流下枝晶生長，通過對時間步長的細化提高了計算精度。顯示MnS枝晶形狀、尺寸和受力情況。為發明優化凝固技術，對枝晶在強制對流下受力分析進行預測，提高鑄坯質量提供理論指導。

附圖說明

圖1為本發明的一種鋼液凝固過程中強制對流對MnS枝晶受力計算方法的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的強制對流對MnS枝晶受力計算程序建立的流程圖；

圖3為本發明實施例提供的格子Boltzmann方法常用D2Q9模型的示意圖；

圖4為本發明實施例提供的Mei修正F-H格式示意圖；

圖5為本發明實施例提供的流場中枝晶形貌演變和Mn溶質分布模擬圖；

圖6為本發明實例提供的不同流速下的枝晶形貌和Mn溶質分布。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。