Динамика затвердевания металлического расплава в магнитном поле

Abstract

Проведены расчеты электромагнитного, гидродинамического и температурного полей кристаллизующегося слитка диаметром 163 мм. На основании этих данных рассчитана скорость кристаллизации и затем проведеноразделение областей слитка на мелкие кристаллы, дендриты и глобулярные. Для проведения расчетов применялся ме-тод конечных разностей и цилиндрическая симметрия объекта исследования. В исследовании ставится задача моделирования структуры (величины зерна) слитка при его кристаллизации во внешнем электромагнитном поле. При этом решаются следующие подзадачи: расчет электромагнитного поля, расчет гидродинамического поля, расчет температурного поля, оценка величины и формы зерна через взаимосвязь со скоростью кристаллизации. Для решения подобного рода задач необходимо применение комплексного похода, учитывающего процессы различной физико-химической природы и различными постоянными времени. Электромагнитные процессы в данном случае можно рассматривать как квазиустановившиеся. Гидродинамические характеристики (скорость и давление) необходимо пересчитывать на каждом временном шаге, т.к. границы области могут меняться из-за появления новых кристаллов. Тепловые процессы рассматриваются в динамике. Получена взаимосвязь между скоростью кристаллизации и структурой металлического слитка на примере латуни. Разработано программное обеспечение, позволяющее моделировать структуру цилиндрического металлического слитка при его кристаллизации в магнитном поле. Показана возможность моделирования структуры слитка в процессе его кристаллизации на основании взаимосвязи между скоростью кристаллизации и величиной зерна. В результате моделирования получено, что вблизи внешней границы слитка могут находиться мелкие кристаллы и дендриты, в средней части дендриты и в центральной части слитка располагаются более крупные глобулярные кристаллы.