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基于CAFE对方镁石凝固结晶的微观组织数值模拟

齐龙  
【摘要】:菱镁矿是冶金工业中不可缺少的耐火材料。我国的菱镁矿资源丰富,质量优良,是全球最大的电熔镁砂生产国和供应国。但是目前国内电熔镁生产工艺落后,一直处于“一等原料,二等加工,三等产品”的境地,资源浪费严重。因此,加大科技力量投入,产出高品位电熔镁砂势在必行。本文建立了一个模拟方镁石微观组织形成的随机性模型,基于有限元法进行宏观温度场计算,并采用元胞自动机进行微观形核、晶体生长的计算。在计算模型中忽略了固相中的溶质扩散作用和液体中的对流现象,将熔体中的液相视为完全混合。本文所建立的元胞自动机模型综合考虑了凝固过程中的形核与枝晶生长动力学,使非均质形核发生在预先设定的铸型型壁和铸件上的微观形核胞元上,具有任意的晶向。根据枝晶生长动力学KGT模型计算枝晶尖端生长速度与熔体中当前过冷度的关系。在每个时间步长内,将正在生长的微观胞元所释放的结晶潜热反馈回包含这些胞元的有限单元中,为进行下一步宏观温度场的计算做准备。本文对模拟结果进行了相应的讨论。计算结果表明,熔体内部的形核过冷度对柱状晶与等轴晶的凝固过程有决定性作用。熔体内部最大形核参数的大小对等轴晶的尺寸也会产生明显作用。此外,经计算得知增大换热系数可以得到更细的等轴晶粒。


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