连铸圆坯凝固过程微观组织数值模拟耿明山————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：连铸圆坯凝固微观组织数值模拟耿明山，周守航，韩庆礼,〔中冶京诚工程技术，北京100176〕摘要：在连铸和随后的生产工艺中预测和控制钢材和微观构造是生产制造满足高质量要求的特殊钢的一项非常重要的任务。连铸过程是一个非常复杂的过程，在这一过程中伴随着传热量传输、质量传输、凝固和相变。在CAFÉ模型中，元胞自动机方法与连铸过程中传热计算进展耦合。利用ProCAST软件对连铸圆坯的凝固过程过程进展仿真模拟，通过连铸坯温度测量证明预测的连铸坯外表温度与实际比拟接近。应用CAFÉ法实现了连铸坯凝固过程三维微观组织及其形成过程的模拟，通过比照试验和模拟的圆坯的宏观构造对模拟的结果进展了评价，证明模拟结果与实验结果吻合。关键词：凝固，微观组织，晶粒，模拟：TF777.1文献标识码：：NumericalSimulationoftheSolidificationMicrostructureduringContinuousCastingRoundBloomGENGming-shan,ZHOUshou-hang,HANqing-li,CapitalEngineeringResearchIncorporationLimited,Bei激ng100176,ChinaAbstract：Predictionandcontrolofsteelmicrostructureduringandafterthecontinuouscastingprocessisanextremelyimportandtaskforsteelproducersmakingspecialsteelswithhighquanlitydemand.Continuouscastingisaverycomplexprocesswithseriesofparallelphenomenawithheatandmasstransfer,solidificationandphasetransformations.IntheCAFÉmodel,thecellularautomationmethodwascombinedwithheattransfercalculationduringthecontinuousprocess.SimulationsofsolidificationprocessofcontinuouscastroundbloomwerecarriedoutwithProCASTsoftware,thesimulationresultareconsistentwiththemeasuresurfacetemperatureofcontinuouscastingroundbloom.BaseontheCAFÉmethod,3D-microstructureofcontinuouscastingroundwassimulatedduringsolidificationprocess,Simulationresultswereevaluatedfromcomparisonbetweenexperimentallyobservedandsimulatedmacrostructuresoftheroundbloom.Itwasprovedthatthesimulationresultwasconsistentwithindustyexperimentresult.Keywords：solidification,microstructure,grain,simulation1前言凝固过程是材料制备成形中的一个重要根底阶段，凝固微观组织通常直接决定这材料的最终力学性能和使用性能。凝固过程控制已成为大幅度提高传统材料性能和开发新型材料的重要途径。计算机模拟的方法能够对复杂问题进展准确定量的描述。凝固过程的模拟包括宏观〔温度场、浓度场、流场等〕模拟和微观〔形核、生长〕模拟。如果能够通过计算机模拟的方法预测出材料的凝固微观组织，不仅有利于深入理解凝固组织形成机理，而且可以据此调整材料制备生产工艺，从而生产出具有理想凝固组织的材料和铸件，到达优化生产的目的。如何考虑较多的因素进展模拟，进一步完善热物性参数数据库，使模拟更接近实际凝固过程是仿真研究的关键。[i]2CAFE模型简介材料凝固模拟的目的是对运动的固-液界面进展时间和空间上的描述，目前的数值方法主要有：确定性模拟方法〔Deterministicmodeling〕、随机性模拟方法〔Stochasticmodeling〕[ii]和相场方法〔Phase-fieldmodeling〕[iii]。凝固过程微观组织模拟是指在晶粒尺度上对凝固过程的微观组织进展模拟[iv]。随机性模拟方法出现于20世纪80年代末，是指主要采用概率方法来研究晶粒形核和长大的方法，包括形核位置的随机分布和晶粒取向的随机取向，包括形核位置的随机分布和晶粒晶向的随机取向。其主要特点是建立在形核和枝晶生长的动力学及结晶取向物理机制实现动态显示每个晶粒的具体形态及其生长演变[v]。随机方法考虑了晶粒生长过程中的随机性过程，适用于柱状晶组织的形成及柱状晶与等轴晶相互转变的模拟，但对于枝晶生长，该方法只能模拟枝晶的近似形状，而不能模拟复杂枝晶的形貌[vi]。随机性方法主要包括蒙特卡罗法〔MonteCarloMe...