(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111614333.X (22)申请日 2021.12.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113987892 A (43)申请公布日 2022.01.28 (73)专利权人 北京钢研高纳科技股份有限公司 地址 100089 北京市海淀区大柳树 南村19 号 专利权人 钢铁研究总院 　北京科技大 学　 抚顺特殊钢股份有限公司 　 宝武特种冶金有限公司 　 攀钢集团江油长城特殊钢有限公 司 (72)发明人 曲敬龙　陈正阳　谷雨　杜金辉　 杨树峰　毕中南　杨玉军　田沛玉　 赵斌　安腾　孔豪豪　王迪　 段方震　史玉亭　孟令胜　 (74)专利代理 机构 北京维正专利代理有限公司 11508 代理人 张瑞雪(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 20/10(2019.01) G16C 60/00(2019.01) G16C 10/00(2019.01) C22B 9/20(2006.01) C22C 1/02(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 108897972 A,2018.1 1.27 CN 10742346 0 A,2017.12.01 JP 2014043 620 A,2014.0 3.13 李鹏飞 等.钛 合金真空自耗电弧熔炼过程 的多尺度模拟. 《钢铁钒钛》 .2013,第34卷(第02 期),第24-2 9页. 宋青竹 等.大 型钛合金熔铸技 术――真空 电弧凝壳精铸设备进 展. 《真空》 .2018,第5 5卷 (第05期),第58- 61页. (续) 审查员 孙洁 (54)发明名称 一种控制 高温合金偏析的真空电弧重熔3D 模型及控制方法 (57)摘要 本申请涉及真空电弧重熔领域， 公开了一种 控制高温合金偏析的真空电弧重熔3D模型及控 制方法， 真空电弧重熔3D 模型包括真 空电弧重熔 高温合金的凝固传热宏观模型、 凝固铸锭微观模 型和冶炼工艺参数模型； 控制方法包括如下步 骤： 步骤A、 建立真空电弧重熔3D模型； 步骤B、 模 拟工艺参数； 步骤C、 模拟熔炼过程； 步骤D、 熔炼 高温合金。 本申请基于真空电弧重熔3D模型， 可 以将真空密闭的真空电弧重熔冶炼过程转化为 可视化操作， 并能直观表征出凝固铸锭的宏 ‑微 观组织， 制定较为适宜的真空电弧重熔高温合金的冶炼工艺参数， 从而降低合金偏析、 提高冶金 质量， 对于冶炼工艺参数的调整匹配、 凝固铸锭 组织与冶炼质量的把控提供了理论依据与工程 指导。 [转续页] 权利要求书5页 说明书24页 附图11页 CN 113987892 B 2022.04.29 CN 113987892 B (56)对比文件 王宝顺 等.真空自耗电弧重熔凝固过程的 计算机模拟. 《材 料工程》 .20 09,(第10期),第81- 84,90页. 张赫 等.电渣重熔 过程中传热及凝固组织 的数值模拟. 《工业加热》 .2013,第42卷(第0 6 期),第42-46页. LANG YUAN 等.MULTISCALE MODEL ING OF THE VACUUM ARC RE MELTING PROCESS FOR TH E PREDICTION ON MICROSTRUCT URE FORMATION. 《Internati onal Journal of Modern Physics B》 .2009,第23卷(第6 &7期),第1584-1590页. KOULIS PERICLEOUS 等.A Multiscale 3D Model of the Vacu um Arc Remelti ng Process. 《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A》 .2013,第4 4卷(第12期),第 5365-5376页.2/2 页 2[接上页] CN 113987892 B1.一种建立控制高温合金偏析的真空电弧重熔3D模型的方法， 其特征在于： 采用计算 机数值模拟方法建立真空电弧重熔3D模型， 所述真空电弧重熔3D模 型包括真空电弧重熔高 温合金的凝固传热宏观模型、 凝固铸锭微观模型和冶炼工艺 参数模型； 所述凝固传热宏观模型包括熔炼合金液与凝固铸锭之间的对流传热模型、 凝 固铸锭内 部的传导传热模型、 凝固铸锭与结 晶器内壁之间的传热模型、 结 晶器内壁与外壁之间的传 导传热模型、 结晶器外壁与冷却循环水之间的对流传热模型； 所述凝固铸锭微观模型包括传热模型、 传质模型、 晶面曲率模型、 晶粒形核模型、 二次 枝晶间距模型、 枝晶生长动力学模型； 所述熔炼合金 液与凝固铸锭之间的对流传热模型如下式(1 ‑4)所示：                        （1‑4） ； 式 （1‑4） 中 ， T1‑T2表示合金液与凝固铸锭的温度梯度， 单位为K， 其中T1表示， 合金液的 温度， 单位为K， T2表示凝固铸锭 靠近合金液一侧的温度， 单位为K； h1表示熔炼合金液与凝固 铸锭之间的对流换 热系数， 单位 为W•m‑2•K‑1； 所述凝固铸锭内部的传导传热模型如下式(1 ‑5)所示：                      （1‑5） ； 式 （1‑5） 中，λ合金表示凝固铸锭的导热系数， 单位为W •m‑1•K‑1；T2‑T3表示凝固铸锭的温度 梯度， 单位为K， 其中T2表示凝固铸锭靠近金属液一侧的温度， 单位为K， T3表示凝固铸锭靠近 结晶器一侧的温度， 单位 为K； Δd表示凝固铸锭的厚度， 单位 为m； 所述凝固铸锭与结晶器内壁之间的传热模型如下式(1 ‑6)所示：              （1‑6） ； 式 （1‑6） 中，λ空表示氦气的导热系数， 单位为W •m‑1•K‑1； d空表示凝固铸 锭与结晶器内壁的 空隙间距， 单位为m； hrad表示气隙的辐射 换热系数， 单位为W •m‑1•K‑1； h3表示凝固铸锭与结晶 器内壁之间的对流换热系数， 单位为W •m‑2•K‑1；T3‑T4表示凝固铸锭与结晶器内壁的温度梯 度， 单位为 K， 其中T3表示凝固铸锭靠近结晶器 一侧的温度， 单位为K， T4表示结晶器内壁的温 度， 单位为K； 所述结晶器内壁与外壁之间的传导传热模型如下式(1 ‑7)所示：                      （1‑7） ； 式 （1‑7） 中，λ铜表示铜结晶器的导热系数， 单位为W •m‑1•K‑1； d铜表示铜结晶器的厚度， 单 位为m；T4‑T5表示结晶器的温度梯度， 单位为K， 其中T4表示结晶器内壁的温度， 单位为K， T5 表示结晶器外壁的温度， 单位 为K； 所述结晶器外壁与冷却循环水之间的对流传热模型如下式(1 ‑8)所示：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 113987892 B 3