[发明专利]一种连铸坯宏观偏析预测方法

权利要求书

1.一种连铸坯宏观偏析预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、建立连铸凝固宏观偏析模型，得到未考虑夹杂物析出时连铸坯内的溶质浓度分布及温度分布情况；

第二步、基于第一步中的连铸坯内的溶质浓度分布及温度分布情况，引入夹杂物析出计算模型；根据夹杂物析出热力学理论及溶质质量守恒定律，计算获取夹杂物在铸坯内的析出分布情况，以及夹杂物析出对溶质的消耗量；

第三步、基于第二步中的计算结果，根据夹杂物析出后的溶质浓度，重新计算修正第一步中连铸宏观偏析模型计算所得的溶质浓度分布，最终预测获取考虑夹杂物析出的连铸坯内溶质宏观偏析分布；

其中，上述“第二步、基于第一步中的连铸坯内的溶质浓度分布及温度分布情况，引入夹杂物析出计算模型；根据夹杂物析出热力学理论及溶质质量守恒定律，计算获取夹杂物在铸坯内的析出分布情况，以及夹杂物析出对溶质的消耗量”的步骤包括：

(1)对夹杂物析出与否进行判断

基于夹杂物析出热力学理论依据，结合上述得到的连铸坯内的溶质浓度分布和温度分布对连铸坯内夹杂物是否会析出进行判断；

夹杂物析出与否热力学判断方法如下：

反应物或溶质元素M和N发生反应生成夹杂物MN的化学反应式如下：

M+N＝MN

ΔG^Θ＝A+BT

ΔG＝ΔG^Θ+RTlnK_MN

上式中，ΔG^Θ为化学反应生成MN的标准吉布斯自由能，ΔG为化学反应生成MN的吉布斯自由能，单位为：j/mol；T为反应温度，单位为K；ω_M和ω_N分别为反应物M和N的浓度，wt％；f_M和f_N分别为反应物M和N的活度相互作用系数；a_MN是生成物MN的活度；R为理想气体常数，8.314J/(mol·K)；A和B为常数，其值由具体化学反应决定；

根据“第一步”计算所得的连铸坯内溶质浓度分布和温度分布，即ω_M，ω_N和T，代入ΔG计算式中，即可对铸坯内相应位置夹杂物MN能否析出进行判断；上述化学反应中，当ΔG＜0时，化学反应能够发生并生成夹杂物MN；否则，化学反应不能进行，无夹杂物MN生成；

(2)夹杂物析出量、溶质消耗量，以及夹杂物析出后溶质浓度计算

如果夹杂物MN能够析出，则MN析出后溶质元素M、N的浓度计算方法如下：

夹杂物MN析出后，溶质元素M、N的浓度等于相应温度下的反应物M、N的平衡浓度；此时，ΔG＝0，即：

式中，ω_M,ep、ω_N,ep分别为相应温度下夹杂物MN析出后溶质M、N的平衡浓度；夹杂物MN析出时，夹杂物MN中的溶质元素M、N的含量需保证为理想化学配比，即：

根据溶质质量守恒定律，有：

Δω_M＝ω_M-ω_M,eq

Δω_N＝ω_N-ω_N,eq

Δω_MN＝Δω_M+Δω_N

ω_M、ω_N分别为夹杂物MN析出前溶质M、N的浓度；M_M、M_N分别为溶质元素M、N的相对原子质量；△ω_M、△ω_N分别为夹杂物析出对溶质M、N的消耗量；△ω_MN为夹杂物MN析出量，根据此夹杂物MN析出量计算结果，可获取连铸过程夹杂物MN在整个连铸坯内的析出分布。