【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于连铸中心偏析行为预测领域,具体涉及一种适用于现代连铸过程特征的中心偏析行为数值模拟方法。
技术介绍
连铸过程中,由凝固前沿浓化钢水长程流动引起的中心偏析问题一直以来都是铸坯内部质量提升的瓶颈,特别是对于高碳、高合金钢种,如滚珠轴承钢、硬线用钢、模具钢等。中心偏析及其伴随的疏松级别的增加不仅影响铸坯的后续热加工性能与成材率,也直接影响到轧材产品组织与力学性能稳定性。有鉴于此,深入理解和认识连铸坯中心偏析形成机制,以有效地控制铸坯中心偏析和疏松等相关缺陷,对进一步提升钢材产品性能具有重要意义。针对连铸中心偏析,其研究方法主要包括:1、工业试验法;2、物理模拟法;3、数值模拟法。对于工业试验法,由于现场生产环境复杂,试验过程中常存在一定的盲目性和被动性。此外,昂贵的研究成本及在线数据监测手段的缺乏均限制了该方法在连铸工艺优化设计中的应用。对于物理模拟法,其相对成本较低,且具有一定目的性,但该方法无法适用于连铸过程中复杂的冶金现象模拟,如传热、凝固及传质过程。对于数值模拟法,与上述两种方法相比,该方法具有研究成本低、时效性高、工艺参数调节方便及内容分析全面等诸多特点。此外,随着计算机硬件和软件技术的飞跃发展、凝固理论的深入理解及数值求解方法的不断拓展,数值模拟方法已成为研究连铸过程中心偏析形成机制和控制措施的重要研究途径。鉴于宏观传输现象贯穿整个铸坯凝固过程,且沿拉坯方向不断地发生变化,数学模型的计算域需囊括钢液面与液相穴终点之间的所有区域。可见,庞大的计算量是限制中心偏析数学模型顺利求解的重要障碍。为此,张红伟等人在2002年的《金属学报》杂志第 ...
【技术保护点】
一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:1)、电磁‑热‑溶质传输耦合数学模型的建立,所述耦合数学模型由微观偏析模型和宏观传输模型组成,其中,宏观传输模型由电磁流体动力学模型、凝固传热模型和溶质传输模型耦合构成;2)、电磁‑热‑溶质传输耦合数学模型计算域的分解,基于对连铸过程中宏观传输现象的深入分析和判断,将整个连铸坯计算域划分成湍流区、层流流动区和强制对流区;3)、电磁‑热‑溶质传输耦合数学模型的求解,所述耦合数学模型的计算域采用非均匀六面体网格进行划分、根据实际生产条件设定其边界条件的基础上,结合流体动力学软件Fluent和有限元软件ANSYS,对所述的电磁‑热‑溶质传输耦合数学模型进行求解,以对连铸过程中流动、传热、凝固及传质现象进行定量描述。
【技术特征摘要】
1.一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:1)、电磁-热-溶质传输耦合数学模型的建立,所述耦合数学模型由微观偏析模型和宏观传输模型组成,其中,宏观传输模型由电磁流体动力学模型、凝固传热模型和溶质传输模型耦合构成;2)、电磁-热-溶质传输耦合数学模型计算域的分解,基于对连铸过程中宏观传输现象的深入分析和判断,将整个连铸坯计算域划分成湍流区、层流流动区和强制对流区;3)、电磁-热-溶质传输耦合数学模型的求解,所述耦合数学模型的计算域采用非均匀六面体网格进行划分、根据实际生产条件设定其边界条件的基础上,结合流体动力学软件Fluent和有限元软件ANSYS,对所述的电磁-热-溶质传输耦合数学模型进行求解,以对连铸过程中流动、传热、凝固及传质现象进行定量描述。2.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,步骤2)中,所述耦合数学模型的计算域通过以下方法进行分解:对于未装配电磁搅拌设备或仅装配结晶器电磁搅拌设备的连铸机系统,耦合模型的计算域分为两个部分:1)、铸坯上部三维湍流流动区域,其范围为钢液面至其下1.2~1.8m的区域,2)、铸坯下部二维横截面自然层流流动区域。3.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,步骤2)中,所述耦合数学模型的计算域通过以下方法进行分解:对于装配有末端电磁搅拌装备的连铸机系统,耦合模型的计算域分为三个部分:1)、铸坯上部三维湍流流动区域,其范围为钢液面至其下1.2~1.8m的区域;2)、铸坯中部二维横截面层流流动区域;3)、铸坯下部三维强制对流流动区域,其范围为末端电磁搅拌装备作用区至凝固终点区域。4.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,所述耦合数学模型的计算域内湍流和强制对流区域的求解是基于三维模型计算的,层流流动区域是基于二维切片模型计算的。5.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,所述耦合数学模型的计算域内不同区域之间的数据传输采用2D-3D界面数据传递计算来实现多维度模型数据之间链接。6.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,所述耦合数学模型的求解过程是基于大型流体动力学软件Fluent计算完成的。7.根据权利要求1所述一种连铸坯中心偏析行为研究的数值模拟方法,其特征在于,所述连铸坯的局部区域内电磁力的分布状况由有限元软件ANSYS计算而得,并通过坐标插值法导入FLUENT内,作为流体动力学中的动量方程源项。8.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙海波,陈东初,王敬慧,张敏,
申请(专利权)人:佛山科学技术学院,
类型:发明
国别省市:广东;44
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