[发明专利]一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法

说明书

本发明的一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法，包括：步骤1：收集钢种成分、凝固条件及边界条件；步骤2：采用元胞自动机模型计算界面生长方向、液相溶质场与温度场分布以及固相区溶质场分布；同时耦合格子Boltzmann方法中经典模型D2Q9模型计算流场速度分布；步骤3：对于复杂边界流动，采用Mei修正F‑H格式，沿X方向速度，在右侧添加自由边界条件，结合格子Boltzmann方法建立Fe‑C‑Mn‑S四元合金流场下枝晶受力生长模型；步骤4：利用数据分析和可视化处理软件，图像显示MnS枝晶的形状、尺寸和受力情况。本发明方法优化凝固技术，对枝晶在强制对流下受力分析进行预测，提高铸坯质量提供理论指导。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济重要支柱型基础产业。在钢液凝固的过程中，随着温度的降低铸坯表层开始形核生长形成柱状晶，随柱状晶的生长固液界面前沿溶质富集严重。不同尺寸的MnS夹杂物对钢材性能起到不同的作用。为此，钢液凝固过程中夹杂物析出预测对于控制铸坯裂纹，提高铸坯质量具有重要意义。连铸过程中，铸坯内的钢液会不断流动，对微观枝晶的生长和形貌产生一定影响。同时，钢液流动也会因为枝晶的存在而变得更加复杂。传统的流场数值模拟主要是通过Navier-Stokes(N-S)方程对压力场进行迭代求解。但该方法求解繁琐，计算量大，数值稳定性差，并且处理枝晶曲边边界时需要借助壁面函数，增大求解误差。因此，准确描述流场分布对枝晶求解极其重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法，可预测在不同工艺的情况下强制对流对MnS枝晶受力情况，优化了凝固技术以及枝晶在强制对流下受力生长的理论指导。

本发明提供一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法，包括如下步骤：

步骤1：收集钢种成分、凝固条件及边界条件；

步骤2：基于金属凝固理论，采用元胞自动机模型计算界面生长方向、液相溶质场与温度场分布以及固相区溶质场分布；同时耦合格子Boltzmann方法中经典模型D2Q9模型计算流场速度分布；

步骤3：对于复杂边界流动，采用Mei修正F-H格式，沿X方向速度，在右侧添加自由边界条件，结合格子Boltzmann方法建立Fe-C-Mn-S四元合金流场下枝晶受力生长模型；

步骤4：利用数据分析和可视化处理软件，图像显示MnS枝晶的形状、尺寸和受力情况。

本发明的一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法，在计算强制对流下枝晶生长，通过对时间步长的细化提高了计算精度。显示MnS枝晶形状、尺寸和受力情况。为发明优化凝固技术，对枝晶在强制对流下受力分析进行预测，提高铸坯质量提供理论指导。

附图说明

图1为本发明的一种钢液凝固过程中强制对流对MnS枝晶受力计算方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的强制对流对MnS枝晶受力计算程序建立的流程图；

图3为本发明实施例提供的格子Boltzmann方法常用D2Q9模型的示意图；

图4为本发明实施例提供的Mei修正F-H格式示意图；

图5为本发明实施例提供的流场中枝晶形貌演变和Mn溶质分布模拟图；

图6为本发明实例提供的不同流速下的枝晶形貌和Mn溶质分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。