CN118350189A - 合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置及设备，所述方法包括：首先对每层结晶器热面节点和铸坯表面节点进行排序；然后根据预先建立的铸坯模型和对应的铸坯信息，确定铸坯表面节点数组的第一层节点的温度和位移信息，并形成铸坯混合数组；其次根据结晶器信息和预设的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型，确定每个与铸坯表面节点对应的结晶器热面节点的实际温度；根据铸坯混合数组分析保护渣的分布状态，并确定保护渣的厚度信息，进而确定每个结晶器热面节点的理论温度；最后，通过计算迭代得到目标气隙厚度和目标气隙位置，并分析结晶器的传热效果。本公开提高了大方坯的生产效率和产品质量，同时降低了生产成本。
Description
技术领域
本公开涉及钢连铸生产技术领域，具体而言，涉及合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置及设备。
背景技术
钢铁行业不断进步，大方坯(截面大于250mm×250mm的方形钢坯)朝着大断面、高合金含量的方向发展。由于大方坯主要用于生产高强度型钢、条钢及无缝钢管等，大方坯的内部质量和压缩比要求极为严格。然而，合金种类和含量增加导致连铸过程中易产生质量缺陷，如角部裂纹、角部凹陷等，降低加工强度和韧性，增加加工难度，甚至导致断裂或形状缺陷。目前主要通过“扒皮处理”去除表面缺陷，但增加了成本，降低了利用率，浪费了原材料。
为了减少大方坯质量缺陷的发生率，在相关技术中着重于结晶器设计，强化角部换热，降低应力集中。通过对结晶器角部单独设计水槽，增强角部及偏离角区域的对流换热，消除集中应力，解决了部分小方坯或矩形坯结晶器的问题。然而，对于大尺寸、高合金含量的大方坯，现有方法存在局限性。因此，如何降低大方坯质量缺陷的发生率是业界一直关注的问题。
发明内容
本公开实施例至少提供一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置、电子设备以及存储介质，使得保护渣在角部的积聚减少，保证大方坯在结晶器内的冷却过程更为均匀，有效降低角部裂纹的发生率，减少了轧制过程中扒皮的需求，提高了大方坯的生产效率和产品质量，同时降低了生产成本。
本公开实施例提供了一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法，包括：
步骤1：获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组；所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数；所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应；
步骤2：针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息；
步骤3：针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数、结晶器工作参数以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组；
步骤4：根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组；
步骤5：根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，返回至步骤2继续计算所述铸坯表面节点数组中第二层的铸坯表面节点，直至所述铸坯表面节点数组中最后一层的铸坯表面节点计算完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
在一些可能的实施例中，所述针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息之后；包括：
针对所述铸坯表面节点数组中不是第一层的铸坯表面节点，根据这一层的各铸坯表面节点对应的铸坯信息以及上一层的铸坯混合数组，基于预先建立的铸坯模型确定这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；
基于所述这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息更新所述铸坯混合数组。
在一些可能的实施例中，所述基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度；包括：
根据预设分析时间，基于预先建立的结晶器模型进行稳态热分析，得到结晶器的稳态温度场；
根据所述稳态温度场提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度。
在一些可能的实施例中，所述保护渣的分布状态包括未完全凝固态保护渣和完全凝固态保护渣；所述根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；包括：
获取保护渣信息，并根据铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣信息判断所述保护渣的分布状态；所述保护渣信息包括保护渣凝固温度信息；
在所述保护渣的分布状态为未完全凝固态保护渣的情况下，所述未完全凝固态保护渣包括液态保护渣和第一固态保护渣，根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度；
在所述保护渣的分布状态为完全凝固态保护渣的情况下，所述完全凝固态保护渣包括第二固态保护渣，根据预设热流密度和第二保护渣计算公式计算所述第二固态保护渣的第二渣层厚度。
在一些可能的实施例中，所述完全凝固态保护渣还包括保护渣气隙，所述基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器温度数组确定所述保护渣的厚度信息；包括：
根据预设的保护渣气隙计算公式，确定所述保护渣的气隙厚度，并记录所述气隙产生位置作为目标气隙位置；
若所述保护渣的气隙厚度大于目标气隙厚度，基于所述保护渣的气隙厚度更新目标气隙厚度。
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值不小于预设数值的情况下，基于预设温度计算公式，根据所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度计算所述结晶器热面节点的节点温度；并根据所述结晶器热面节点的节点温度和与所述结晶器热面节点对应的结晶器物性参数更新所述预设热流密度；
根据更新后的预设热流密度，返回至步骤2，重新计算所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度，直至所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值。
本公开实施例提供了一种合金钢大方坯结晶器传热设计装置，包括：
节点数组确定模块，用于获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组；所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数；所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应；
渣膜厚度确定模块，用于针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息；
实际温度确定模块，用于针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数和结晶器工作参数信息以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组；
厚度信息计算模块，用于根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组；
温度差值判断模块，用于根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，针对所述铸坯表面节点数组中其他层的铸坯表面节点重复上述操作，直至最后一层铸坯表面节点操作完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
在一些可能的实施例中，所述渣膜厚度确定模块还用于：
针对所述铸坯表面节点数组中不是第一层的铸坯表面节点，根据这一层的各铸坯表面节点对应的铸坯信息以及上一层的铸坯混合数组，基于预先建立的铸坯模型确定这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；
基于所述这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息更新所述铸坯混合数组。
在一些可能的实施例中，实际温度确定模块具体用于：
根据预设分析时间，基于预先建立的结晶器模型进行稳态热分析，得到结晶器的稳态温度场；
根据所述稳态温度场提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度。
在一些可能的实施例中，所述保护渣的分布状态包括未完全凝固态保护渣和完全凝固态保护渣；所述厚度信息计算模块具体用于：
获取保护渣信息，并根据铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣信息判断所述保护渣的分布状态；所述保护渣信息包括保护渣凝固温度信息；
在所述保护渣的分布状态为未完全凝固态保护渣的情况下，所述未完全凝固态保护渣包括液态保护渣和第一固态保护渣，根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度；
在所述保护渣的分布状态为完全凝固态保护渣的情况下，所述完全凝固态保护渣包括第二固态保护渣，根据预设热流密度和第二保护渣计算公式计算所述第二固态保护渣的第二渣层厚度。
在一些可能的实施例中，所述完全凝固态保护渣还包括保护渣气隙，所述厚度信息计算模块还用于：
根据预设的保护渣气隙计算公式，确定所述保护渣的气隙厚度，并记录所述气隙产生位置作为目标气隙位置；
若所述保护渣的气隙厚度大于目标气隙厚度，基于所述保护渣的气隙厚度更新目标气隙厚度。
在一些可能的实施例中，所述温度差值判断模块还用于：
在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值不小于预设数值的情况下，基于预设温度计算公式，根据所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度计算所述结晶器热面节点的节点温度；并根据所述结晶器热面节点的节点温度和与所述结晶器热面节点对应的结晶器物性参数更新所述预设热流密度；
根据更新后的预设热流密度，返回至步骤2，重新计算所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度，直至所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值。
本公开实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述任一可能的实施方其中所述的合金钢大方坯结晶器传热设计方法。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时实现如上述任一可能的实施方其中所述的合金钢大方坯结晶器传热设计方法。
本公开实施例中所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置、电子设备以及存储介质，首先获取结晶器信息和铸坯信息，按照预设的排序方法对每层结晶器热面节点和铸坯表面节点进行排序；然后针对铸坯表面节点数组的第一层节点，根据预先建立的铸坯模型和对应的铸坯信息，确定每个节点的温度和位移信息，并形成铸坯混合数组；其次根据结晶器信息和预设的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型，确定每个与铸坯表面节点对应的结晶器热面节点的实际温度；根据铸坯混合数组分析保护渣的分布状态，并确定保护渣的厚度信息，利用保护渣的厚度信息确定每个结晶器热面节点的理论温度；最后，在实际温度和理论温度的差值小于预设数值的条件下，继续计算后续层次的铸坯表面节点，直至计算完成最后一层节点，得到目标气隙厚度和位置，分析结晶器的传热效果。
如此，通过利用结晶器模型和铸坯模型在预先设置结晶器倒角下工作，考虑了结晶器内部的保护渣的动态分布，通过对比在不同倒角角度下的温度场与应力场，使得大方坯结晶器偏离角区域的传热计算有了较为准确、贴合实际的量化评价标准，进而使得保护渣在角部的积聚减少，保证大方坯在结晶器内的冷却过程更为均匀，有效降低角部裂纹的发生率，减少了轧制过程中扒皮的需求，提高了大方坯的生产效率和产品质量，同时降低了生产成本，从而对改善大方坯连铸工艺、提高大方坯生产质量有着重要的参考意义。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要引用的附图作简单地介绍，此处的附图被并入说明书中并构成本说明书中的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本公开实施例所提供的一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法的流程图；
图2示出了本公开实施例所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法中，保护渣的分布状态确定方法的流程图；
图3示出了本公开实施例所提供的一种合金钢大方坯结晶器传热设计装置的结构示意图；
图4示出了本公开实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
大方坯是指截面大于250mm×250mm的方形钢坯，用于生产高强度型钢、条钢及无缝钢管等，因此对内部质量和压缩比要求严格。随着钢铁行业的进步，大方坯正朝着大断面、高合金含量的方向发展。然而，合金种类和含量的增加使得在连铸生产过程中大方坯更容易产生质量缺陷，例如：加入铬元素可以提高大方坯的耐腐蚀性和耐磨性，但高铬含量可能导致内部组织发生变化，使得在结晶器冷却过程中更容易产生裂纹；镍和钼元素的加入可以提高大方坯的硬度和强度，但含量过高可能导致角部区域的温度分布不均匀，增加结晶缺陷；锰元素的添加可以提高大方坯的塑性和冷变形性能，但过量的锰可能导致角部区域的冷却速率不足，产生裂纹和凹陷等质量缺陷。这些缺陷会导致大方坯在后续轧制和加工过程中的强度和韧性减弱，并增加加工难度，甚至可能导致断裂或其他形状缺陷的发生。
经研究发现，解决角部纹裂等缺陷的方法是通过机械去表面缺陷，但这种方法增加了生产成本并且降低了大方坯的材料利用率，浪费大量的原材料。目前，为了降低铸坯角部裂纹等质量缺陷，对于结晶器的设计着重于强化角部换热，通过对结晶器角部单独设计水槽，增强铸坯在角部及偏离角区域的对流换热，使得偏离角区域坯壳厚度与角部和边部一致，降低角部的应力集中分布，但是这种方法对于尺寸大、合金含量较高的大方坯，水槽冷却并不能提供足够的冷却效果以确保结晶器内外的温度分布均匀，因此该方法不适用于大方坯连铸生产，局限性较高。
基于上述研究，本公开实施例中所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置、电子设备以及存储介质，首先获取结晶器信息和铸坯信息，按照预设的排序方法对每层结晶器热面节点和铸坯表面节点进行排序；然后针对铸坯表面节点数组的第一层节点，根据预先建立的铸坯模型和对应的铸坯信息，确定每个节点的温度和位移信息，并形成铸坯混合数组；其次根据结晶器信息和预设的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型，确定每个与铸坯表面节点对应的结晶器热面节点的实际温度；根据铸坯混合数组分析保护渣的分布状态，并确定保护渣的厚度信息，利用保护渣的厚度信息确定每个结晶器热面节点的理论温度；最后，在实际温度和理论温度的差值小于预设数值的条件下，继续计算后续层次的铸坯表面节点，直至计算完成最后一层节点，得到目标气隙厚度和位置，分析结晶器的传热效果。
本公开实施例中，通过利用结晶器模型和铸坯模型在预先设置结晶器倒角下工作，考虑了结晶器内部的保护渣的动态分布，可以通过对比在不同倒角角度下的温度场与应力场，使得大方坯结晶器偏离角区域的传热计算有了较为准确、贴合实际的量化评价标准，进而使得保护渣在角部的积聚减少，保证大方坯在结晶器内的冷却过程更为均匀，有效降低角部裂纹的发生率，减少了轧制过程中扒皮的需求，提高了大方坯的生产效率和产品质量，同时降低了生产成本，从而对改善大方坯连铸工艺、提高大方坯生产质量有着重要的参考意义。
为便于对本实施例进行理解，首先对本公开实施例所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法的执行主体进行详细介绍。本公开实施例所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法的执行主体为电子设备。该电子设备可以终端设备或者服务器。其中，该终端设备还可以为移动设备、用户终端、终端、手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备等。该服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云存储、大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。可选的，该方法还可应用于由电子设备和服务器所组成的实施环境。
下面结合附图对本申请实施例所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法进行详细说明。参见图1所示，为本公开实施例提供的一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法的流程图，该合金钢大方坯结晶器传热设计方法包括以下S101～S105：
S101，获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组。
可以理解的是，结晶器是在合金钢大方坯连铸过程中使用的关键设备，主要由结晶器座、结晶器壳体和结晶器芯组成，在连铸过程中具有引导和控制铸坯结晶过程、调节凝固速度、保护铸坯质量等重要作用。所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数，具体地，所述结晶器物性参数可以包括结晶器尺寸(有效高度、内外腔尺寸、内外壁倒角尺寸和壁厚等)、结晶器的热物性参数(密度、比热容和导热系数等)；所述结晶器的工作参数可以包括结晶器冷却水量和冷却水进出口温度等。对于合金钢大方坯的铸坯信息，主要包括铸坯的铸坯温度、几何形状、尺寸和钢种成分等。合金钢大方坯通常是由高温熔融的合金钢在连铸过程中通过结晶器凝固得到的，所述铸坯的几何形状可以是方形、长方形或其他特定形状，尺寸一般较大，所述铸坯的钢种成分可以包括各种合金元素的含量，如碳含量、铬含量、镍含量、钼含量等，这些元素的含量决定了合金钢的力学性能和耐热性能。
具体地，所述结晶器热面是指结晶器与液态金属直接接触的表面，承受高温熔融金属的冲击和热传导；所述铸坯表面是指铸造过程中形成的铸坯外部的平面或曲面。在将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序的过程中，具体包括将每层结晶器热面中各节点进行编号，并将结晶器宽面中心至窄面中心的方向进行排序，将排序后的节点存储在结晶器热面节点数组中，在所述结晶器热面节点排序完成后，提取铸坯表面节点编号和坐标，并沿铸坯表面宽面中心至窄面中心的方向进行排序，并将排序后的节点存储在铸坯表面节点数组中。在结晶器热面与铸坯表面均排序完成后，所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点便形成了一一对应的节点对。在本公开实施例中，所述预设排序方法是指将排序后的节点编号和坐标储存在node_mold数组中，其中node_mold(i，1)代表第i个节点的编号，node_mold(i，2)代表第i个节点的x坐标，node_mold(i，3)代表第i个节点的y坐标。在结晶器热面节点排序结束后，提取铸坯表面节点编号和坐标，将排序后的节点编号和坐标储存在node_steel数组中，其中node_steel(i，1)代表第i个节点的编号，node_steel(i，2)代表第i个节点的x坐标，node_steel(i，3)代表第i个节点的y坐标。
在一些其他实施例中，所述结晶器热面节点和所述铸坯表面节点的排序方式还可以是按从上至下或按照其他方式进行排序，在此不作具体限定。
S102，针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息。
示例性地，在确定所述结晶器热面节点数组和所述铸坯表面节点数组后，需要设置铸坯初始温度以及结晶器-铸坯界面初始热流。具体地，铸坯初始温度设置为钢液浇铸温度，并假设钢液在弯月面处未受到冷却水冷却作用，即弯月面处铸坯所有节点温度均等于浇铸温度。模型开始计算前，由结晶器内铸坯表面热流密度经验公式给予弯月面处结晶器-铸坯界面初始热流密度，所述经验公式如下：
其中，q为结晶器-铸坯界面热流密度，单位为kW/m2；t为铸坯在结晶器内的停留时间；B为常数，由连铸工艺参数确定。
可以理解的是，所述铸坯模型的热边界条件以及力边界条件，所述热边界条件包括铸坯对称面边界条件和铸坯表面边界条件，具体地，所述铸坯对称面传热边界条件设置为绝热边界条件，即q＝0；在针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点进行计算时，所述铸坯表面的热量密度为上述结晶器-铸坯界面初始热流密度，由上述经验公式计算得到。
示例性地，关于力边界条件可以包括铸坯对称面边界条件和铸坯表面边界条件，具体地，铸坯对称面位移边界条件根据对称面位置确定。铸坯垂直于X轴方向的对称面x方向位移约束设置为0，即δx＝0；铸坯垂直于Y轴方向的对称面y方向位移约束设置为0，即δy＝0。铸坯表面通过设置接触分析限制铸坯表面最大位移量，防止计算过程中铸坯“贯穿”结晶器。计算过程中若在某节点处满足下式，则设置该节点与结晶器内壁发生接触，即该铸坯节点不再向结晶器方向发生位移。
xsteel[i]+dis_x[i]>xmold[i]
ysteel[i]+dis_y[i]>ymold[i]
其中，xsteel[i]、ysteel[i]分别为铸坯表面第i个节点的x坐标和y坐标；dis_x[i]、dis_y[i]分别为铸坯表面第i个节点的x方向位移量和y方向位移量；xmold[i]、ymold[i]分别为结晶器热面第i个节点的x坐标和y坐标。
随着结晶器内铸坯凝固进程的推进，钢水静压力对铸坯凝固前沿的作用时刻发生变化，本发明根据铸坯模型所处的位置，根据下式为铸坯凝固前沿施加钢水静压力：
P＝ρsteelghcal
其中，ρsteel为钢液的密度，单位为kg/m3；hcal为铸坯模型距离弯月面的高度，单位为m。
本公开实施例采用单元邻居法确定铸坯的凝固前沿，即由单元及邻近单元状态确定铸坯凝固前沿的位置。铸坯模型采用四边形网格，当网格单元的节点存在三个以上节点温度低于铸坯ZST温度(固相率大于等于0.75)时，设置该单元为固相单元，反之则为液相单元。遍历所有固相单元，判断每个固相单元周围四个单元的状态，若固相单元周围存在液相单元，则在固相单元与液相单元的公共边上施加静压力，压力方向指向固相单元。
可以理解的是，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息和位移信息需要先对铸坯的工况时间进行分析，具体工况计算时间t由下式确定：
其中，t为工况运行时间，单位为s；h_step为模型每次移动的距离，单位为m；v为铸坯生产时的拉坯速度，单位为m/min。
在预先建立的铸坯模型计算完毕后，提取各铸坯表面节点的温度信息和位移信息，并按照所述铸坯表面节点数组中节点编号的顺序进行储存，得到铸坯混合数组。然后，在工况运行结束后，铸坯发生形变，根据下式求解模型新位置处保护渣膜的厚度：
其中，dgap[i]为新位置铸坯表面第i个节点处保护渣膜的厚度；xsteel[i]、ysteel[i]分别为铸坯表面第i个节点的x坐标和y坐标；dis_x[i]、dis_y[i]分别为铸坯表面第i个节点的x方向位移量和y方向位移量；xmold[i]、ymold[i]分别为结晶器热面第i个节点的x坐标和y坐标。
在一些其他实施例中，针对所述铸坯表面节点数组不是第一层的铸坯表面节点，需要根据这一层的各铸坯表面节点对应的铸坯信息以及上一层的铸坯混合数组，计算出这一层铸坯表面节点的热流密度，具体计算公式为：
qcal[i]＝qcal-1[i]×cos<lcal[i],lcal-1[i]>
其中，qcal[i]为本层铸坯表面第i个节点处的热流密度；qcal-1[i]为上一层铸坯表面第i个节点处的热流密度；cos<lcal[i],lcal-1[i]>为铸坯表面第i个节点处本层单元边与上一层单元边夹角的余弦值。
在计算这一层的铸坯表面热流密度后，基于预先建立的铸坯模型即可确定这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；然后基于所述这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息更新所述铸坯混合数组，继续为下一层的热流密度的计算提供数值。
S103，针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数、结晶器工作参数以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组。
具体地，在生产过程中，大方坯结晶器采用水缝冷却，结晶器外壁角部的角度需要与冷却水套相匹配。因此为了降低结晶器使用成本，在设计结晶器角部的倒角角度时仅需改变结晶器内腔角度，而结晶器外壁角部保持不变。本实施例中设计的大方坯结晶器内腔倒角尺寸分别为25mm、20mm、12mm；外壁倒角为与冷却水套保持一致，倒角尺寸为42mm。由于所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应，所以针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，计算与其对应的结晶器热面节点数组中第一层的结晶器热面节点。首先，需要先确定所述预先建立的结晶器模型的传热边界条件，将所有结晶器热面节点设置一个初始温度(可以任意设置)，在结晶器不同的面设置不同的传热边界条件，所述传热边界条件包括结晶器对称面边界条件、结晶器冷面边界条件以及结晶器热面边界条件。针对结晶器对称面将其设置为绝热边界条件，即q＝0；由于所述结晶器冷面受冷却水冷却作用，所以结晶器冷面的热流密度由下式确定：
q＝hw(T-Tw)
其中，T和Tw分别为结晶器冷面温度与冷却水温度，单位为K；hw为水槽与冷却水间的对流换热系数，单位为W/(m2bK)，由下式计算：
其中，λw为冷却水的导热系数，单位为W/(m·K)；dw为冷却水水缝的当量直径，单位为m；ρw为冷却水的密度，单位为kg/m3；uw为冷却水的流速，m/s；μw为冷却水的黏度，单位为Pa·s；cw为冷却水的比热，单位为J/(kg·K)。
本发明中假设水缝内的冷却水温度沿结晶器高度方向线性变化，故冷却水温度由下式确定：
其中，Tin和Tout分别为结晶器冷却水进出口温度，单位为℃；htotal和hcal分别为结晶器总高度和铸坯当前所处高度，单位为m。
可以理解的是，在基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度；可以包括以下(1)～(2)：
(1)根据预设分析时间，基于预先建立的结晶器模型进行稳态热分析，得到结晶器的稳态温度场；
(2)根据所述稳态温度场提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度。
具体地，所述稳态热分析是指在稳定的热传导条件下对一个物体或系统的温度分布进行分析和计算的过程。所述分析时间可以是60s、120s等，在此不作具体限定。在对结晶器进行稳态热分析时，需要对结晶器内部的热传导、热辐射和热对流等热流过程进行建模和求解，可以通过有限元法、有限差分法或其他数值求解方法来实现。模型考虑了结晶器的几何形状、材料的热性质(如导热系数、比热容等)以及外部环境的边界条件(如边界温度等)。在分析过程中，通过求解热传导方程或其他相应的热平衡方程，得到结晶器在预设时间内的稳态温度场分布。稳态温度场包括结晶器不同区域的温度值及其分布特征，可以提供有关结晶器的温度分布信息。
在得到结晶器的稳态温度场后，提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度，并将其按照所述结晶器热面节点数组中节点编号的顺序进行储存，得到结晶器实际温度数组。
S104，根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组。
具体地，获取保护渣信息，所述保护渣信息包括保护渣凝固温度信息、保护渣消耗量和导热系数等。首先根据保护渣消耗量设置弯月面处初始渣膜厚度，关系式如下：
其中，As为弯月面处大方坯垂直于拉坯方向的截面面积，单位为m2；WThick、NThick分别为结晶器内腔宽、窄面长度的一半，单位为m；R为结晶器内腔的倒角半径，单位为m；dgap即为所求的结晶器弯月面处初始渣道厚度，单位为m。
请参照图2所示，在根据铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣信息判断所述保护渣的分布状态时，可以包括S201～S205：
S201，铸坯表面温度是否大于保护渣凝固温度；若是，执行步骤S202，S203；若否，执行步骤S204、S205。
这里，根据所述铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣凝固温度信息判断所述铸坯表面温度是否大于所述保护渣凝固温度，并根据判断结果分析保护渣的分布状态。
S202，保护渣未完全凝固，由第一固态保护渣和液态保护渣组成，没有产生保护渣气隙。
在所述铸坯表面稳定大于保护渣凝固温度的情况下，该节点位置处的保护渣处于未完全凝固态，保护渣膜由第一固态保护渣和液态保护渣组成，没有产生保护渣气隙。在保护渣未完全凝固时，根据通过各层热阻的热流相同原理，可得如下关系式：
其中，q为铸坯与结晶器传输的热流密度，单位为W/m2；Ts、Tsol、Ta、Tm分别为坯壳表面温度、保护渣凝固温度、结晶器与固渣层界面处温度以及结晶器热面温度，单位为K；Rliq、Rsol、Rint分别为液渣层热阻、固渣层热阻以及结晶器与固渣界面热阻，单位为m2·K/W；dliq、dsol、dgap分别为液渣层厚度、固渣层厚度以及保护渣膜总厚度，单位为m。
由于热量在液、固渣层和气隙中的传输途径除传导传热外，还伴有占较大比例的辐射传热，因而铸坯和结晶器间的传热行为需综合考虑传导传热(用上标c表示)和辐射传热(用上标rad表示)，其中热量在液渣层的传输，对应的热阻计算式分别如下：
其中，和分别为液渣层的导热热阻和辐射热阻，单位均为m2·K/W；kliq为液渣导热系数，单位为W/(m·K)；εs为坯壳发射率，无量纲系数；εf为保护渣发射率，无量纲系数；nliq为液渣折射率，无量纲系数；Eliq为液渣消光系数，单位为m-1；σ为波尔兹曼常数，取值为5.67×10-8，W/(m2·K4)。
保护渣未完全凝固时，热量在固渣层的传输的具体公式为：
其中，和分别为固渣层的导热热阻和辐射热阻，单位均为m2·K/W；ksol为固渣导热系数，单位为W/(m·K)；εf为保护渣发射率，无量纲系数；εm为结晶器发射率，无量纲系数；nsol为固渣折射率，无量纲系数；Esol为固渣消光系数，单位为m-1；σ为波尔兹曼常数，取值为5.67×10-8，W/(m2·K4)。
S203，根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度。
在所述保护渣状态为未完全凝固态时，分别根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度，计算计算液渣层厚度，方程如下：
其中，dliq[i]为铸坯表面第i个节点位置处的液渣层厚度，单位为m；q[i]为铸坯表面第i个节点处的热流密度，单位为W/m2；Ts[i]为铸坯表面第i个节点的温度，单位为℃；Tsol为保护渣凝固温度，单位为℃。
2)计算固渣层厚度，公式如下：
dsol[i]＝dgap[i]-dliq[i]
其中，dsol[i]、dliq[i]、dgap[i]分别为铸坯表面第i个节点位置处的固渣层厚度、液渣层厚度及保护渣膜厚度。
同时，计算结晶器与固渣界面处的温度，方程如下：
其中，Ta[i]为铸坯表面第i个节点处结晶器与固渣界面的温度，单位为℃；dsol[i]为铸坯表面第i个节点位置处的液渣层厚度，单位为m；q[i]为铸坯表面第i个节点处的热流密度，单位为W/m2；Tsol为保护渣凝固温度，单位为℃。
另外，还需要计算结晶器与固渣的界面热阻和结晶器热面理论节点温度，公式如下：
Rint[i]＝1.64×dsol[i]
Tmcal[i]＝Ta[i]-(q[i]×Rint[i])
其中，Rint[i]为结晶器热面第i个节点处的结晶器表面热阻；Tmcal[i]为结晶器热面第i个节点的温度。
S204，保护渣完全凝固，由第二固态保护渣组成，产生保护渣气隙。
在所述铸坯表面稳定不大于保护渣凝固温度的情况下，该节点位置处的保护渣处于完全凝固态，保护渣膜由第二固态保护渣组成，此后铸坯继续收缩，保护渣得不到液渣的及时补充，进而产生产生保护渣气隙。在保护渣完全凝固时，根据通过各层热阻的热流相同原理，可得如下关系式：
其中，q为铸坯与结晶器传输的热流密度，单位为W/m2；Ts、Ta、Tm、Tx分别为坯壳表面温度、结晶器与固渣层界面处温度、结晶器热面温度以及保护渣与气隙界面处温度，单位为K；Rsol、Rair、Rint分别为固渣层热阻、气隙热阻以及结晶器与固渣界面热阻，单位为m2·K/W；dsol、dair、dgap分别为液渣层厚度、固渣层厚度、气隙厚度以及保护渣膜总厚度，单位为m。
在保护渣完全凝固后，热量在固渣层和气隙中的传输公式为：
其中，和分别为固渣层的导热热阻和辐射热阻，单位均为m2·K/W；ksol为固渣导热系数，单位为W/(m·K)；εf为保护渣发射率，无量纲系数；εm为结晶器发射率，无量纲系数；nsol为固渣折射率，无量纲系数；Esol为固渣消光系数，单位为m-1；σ为波尔兹曼常数，取值为5.67×10-8，W/(m2·K4)。
热量在气隙中传输的公式为：
式中，和分别为气隙的导热热阻和辐射热阻，单位均为m2·K/W；kair为气隙导热系数，单位W/(m·K)；εs为铸坯坯壳发射率，无量纲系数；εf为保护渣发射率，无量纲系数；σ为波尔兹曼常数，取值为5.67×10-8，W/(m2·K4)。
S205，根据预设热流密度和第二保护渣计算公式计算所述第二固态保护渣的第二渣层厚度，并根据预设的保护渣气隙计算公式，确定所述保护渣的气隙厚度。
可以理解的是，当保护渣完全凝固后，根据通过各层热阻的热流相同原理，计算步骤如下：
首先，计算产生气隙的厚度：
dair[i]＝dgap[i]-dsol[i]
其中，dsol[i]、dair[i]、dgap[i]分别为铸坯表面第i个节点位置处的固渣层厚度、气隙厚度及保护渣膜厚度，由于本发明忽略固态保护渣的变形，因此保护渣凝固后固渣层厚度等于上一层模型铸坯表面第i个节点处固渣层的厚度。
然后，求解保护渣与气隙界面处温度，方程如下：
其中，Tx[i]为铸坯表面第i个节点处保护渣与气隙界面的温度，单位为℃；Ts[i]为铸坯表面第i个节点的温度，单位为℃；dair[i]为铸坯表面第i个节点位置处的气隙厚度，单位为m；q[i]为铸坯表面第i个节点处的热流密度，单位为W/m2。
最后，计算结晶器与固渣界面处的温度，气隙产生后，液渣层消失，方程变为：
其中，Ta[i]为铸坯表面第i个节点处结晶器与固渣界面的温度，单位为℃；Tx[i]为铸坯表面第i个节点处保护渣与气隙界面的温度，单位为℃；dsol[i]为铸坯表面第i个节点位置处的液渣层厚度，单位为m；q[i]为铸坯表面第i个节点处的热流密度，单位为W/m2。
计算结晶器与固渣的界面热阻和结晶器热面理论节点温度，公式如下：
Rint[i]＝1.64×dsol[i]
Tmcal[i]＝Ta[i]-(q[i]×Rint[i])
其中，Rint[i]为结晶器热面第i个节点处的结晶器表面热阻；Tmcal[i]为结晶器热面第i个节点的温度。
S105，根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，返回至步骤S102继续计算所述铸坯表面节点数组中第二层的铸坯表面节点，直至所述铸坯表面节点数组中最后一层的铸坯表面节点计算完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
在获取到结晶器实际温度数组和结晶器理论温度数组之后，需要对数组中每个节点处的实际温度Tm与理论温度Tmcal进行对比，由下式判断每个节点处的温度是否达到稳定：
Tm[i]-Tmcal[i]<eps
其中，Tm[i]为结晶器热面第i个节点的实际节点温度；Tmcal[i]为结晶器热面第i个节点的理论节点温度；eps为设置的温度绝对误差。
在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，表示则该节点处结晶器温度、热流密度、固液渣厚度及气隙厚度均达到稳定。然后返回至步骤S102，继续计算所述铸坯表面节点数组中第二层的铸坯表面节点，直至所述铸坯表面节点数组中最后一层的铸坯表面节点计算完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置(最开始产生气隙的位置)；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
需要说明的是，模型每次移动的距离由下式计算：
h_step＝mold_height/total_number
其中，h_step为模型每次移动的距离；mold_height为结晶器的有效高度；total_number为弯月面至结晶器出口的总分层数。
在一些可能的实施例中，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值不小于预设数值的情况下，基于预设温度计算公式，根据所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度计算所述结晶器热面节点的节点温度，所述预设温度计算公式为：
Tmnew[i]＝Tm[i]+(Tmcal[i]-Tm[i])×a
其中，a为设置的放缩因子。
然后根据所述结晶器热面节点的节点温度和与所述结晶器热面节点对应的结晶器物性参数更新所述预设热流密度；具体公式为：
q[i]＝(Ta[i]-Tmnew[i])/Rint[i]
根据更新后的预设热流密度，返回至步骤S102，重新计算所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度，直至所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值。
本公开实施例中所提供的合金钢大方坯结晶器传热设计方法、装置、电子设备以及存储介质，首先获取结晶器信息和铸坯信息，按照预设的排序方法对每层结晶器热面节点和铸坯表面节点进行排序；然后针对铸坯表面节点数组的第一层节点，根据预先建立的铸坯模型和对应的铸坯信息，确定每个节点的温度和位移信息，并形成铸坯混合数组；其次根据结晶器信息和预设的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型，确定每个与铸坯表面节点对应的结晶器热面节点的实际温度；根据铸坯混合数组分析保护渣的分布状态，并确定保护渣的厚度信息，利用保护渣的厚度信息确定每个结晶器热面节点的理论温度；最后，在实际温度和理论温度的差值小于预设数值的条件下，继续计算后续层次的铸坯表面节点，直至计算完成最后一层节点，得到目标气隙厚度和位置，分析结晶器的传热效果。
本公开实施例中，通过利用结晶器模型和铸坯模型在预先设置结晶器倒角下工作，考虑了结晶器内部的保护渣的动态分布，可以通过对比在不同倒角角度下的温度场与应力场，使得大方坯结晶器偏离角区域的传热计算有了较为准确、贴合实际的量化评价标准，进而使得保护渣在角部的积聚减少，保证大方坯在结晶器内的冷却过程更为均匀，有效降低角部裂纹的发生率，减少了轧制过程中扒皮的需求，提高了大方坯的生产效率和产品质量，同时降低了生产成本，从而对改善大方坯连铸工艺、提高大方坯生产质量有着重要的参考意义。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
基于同一发明构思，本公开实施例中还提供了与合金钢大方坯结晶器传热设计方法对应的合金钢大方坯结晶器传热设计装置，由于本公开实施例中的装置解决问题的原理与本公开实施例上述合金钢大方坯结晶器传热设计方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
参照图3所示，为本公开实施例提供的一种合金钢大方坯结晶器传热设计装置300的示意图，所述装置包括：
节点数组确定模块301，用于获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组；所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数；所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应；
渣膜厚度确定模块302，用于针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息；
实际温度确定模块303，用于针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数和结晶器工作参数信息以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组；
厚度信息计算模块304，用于根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组；
温度差值判断模块305，用于根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，针对所述铸坯表面节点数组中其他层的铸坯表面节点重复上述操作，直至最后一层铸坯表面节点操作完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
在一些可能的实施例中，所述渣膜厚度确定模块302还用于：
针对所述铸坯表面节点数组中不是第一层的铸坯表面节点，根据这一层的各铸坯表面节点对应的铸坯信息以及上一层的铸坯混合数组，基于预先建立的铸坯模型确定这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；
基于所述这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息更新所述铸坯混合数组。
在一些可能的实施例中，实际温度确定模块303具体用于：
根据预设分析时间，基于预先建立的结晶器模型进行稳态热分析，得到结晶器的稳态温度场；
根据所述稳态温度场提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度。
在一些可能的实施例中，所述保护渣的分布状态包括未完全凝固态保护渣和完全凝固态保护渣；所述厚度信息计算模块304具体用于：
获取保护渣信息，并根据铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣信息判断所述保护渣的分布状态；所述保护渣信息包括保护渣凝固温度信息；
在所述保护渣的分布状态为未完全凝固态保护渣的情况下，所述未完全凝固态保护渣包括液态保护渣和第一固态保护渣，根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度；
在所述保护渣的分布状态为完全凝固态保护渣的情况下，所述完全凝固态保护渣包括第二固态保护渣，根据预设热流密度和第二保护渣计算公式计算所述第二固态保护渣的第二渣层厚度。
在一些可能的实施例中，所述完全凝固态保护渣还包括保护渣气隙，所述厚度信息计算模块304还用于：
根据预设的保护渣气隙计算公式，确定所述保护渣的气隙厚度，并记录所述气隙产生位置作为目标气隙位置；
若所述保护渣的气隙厚度大于目标气隙厚度，基于所述保护渣的气隙厚度更新目标气隙厚度。
在一些可能的实施例中，所述温度差值判断模块305还用于：
在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值不小于预设数值的情况下，基于预设温度计算公式，根据所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度计算所述结晶器热面节点的节点温度；并根据所述结晶器热面节点的节点温度和与所述结晶器热面节点对应的结晶器物性参数更新所述预设热流密度；
根据更新后的预设热流密度，返回至步骤2，重新计算所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度，直至所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值。
基于同一技术构思，本公开实施例还提供了一种电子设备。参照图4所示，为本公开实施例提供的电子设备400的结构示意图，包括处理器401、存储器402、和总线403。其中，存储器402用于存储执行指令，包括内存4021和外部存储器4022；这里的内存4021也称内存储器，用于暂时存放处理器401中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器4022交换的数据，处理器401通过内存4021与外部存储器4022进行数据交换。
本申请实施例中，存储器402具体用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器401来控制执行。也即，当电子设备400运行时，处理器401与存储器402之间通过总线403通信，使得处理器401执行存储器402中存储的应用程序代码，进而执行前述任一实施例中所述的方法。
其中，存储器402可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read－Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read－Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read－Only Memory，EEPROM)等。
处理器401可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对电子设备400的具体限定。在本申请另一些实施例中，电子设备400可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的合金钢大方坯结晶器传热设计方法的步骤。其中，该存储介质可以是易失性或非易失的计算机可读取存储介质。
本公开实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品承载有程序代码，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的合金钢大方坯结晶器传热设计方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。
其中，上述计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包(Software Development Kit，SDK)等等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种合金钢大方坯结晶器传热设计方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组；所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数；所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应；
步骤2：针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息；
步骤3：针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数、结晶器工作参数以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组；
步骤4：根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组；
步骤5：根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，返回至步骤2继续计算所述铸坯表面节点数组中第二层的铸坯表面节点，直至所述铸坯表面节点数组中最后一层的铸坯表面节点计算完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息之后；包括：
针对所述铸坯表面节点数组中不是第一层的铸坯表面节点，根据这一层的各铸坯表面节点对应的铸坯信息以及上一层的铸坯混合数组，基于预先建立的铸坯模型确定这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；
基于所述这一层的各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息更新所述铸坯混合数组。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的结晶器模型确定各结晶器热面节点的实际节点温度；包括：
根据预设分析时间，基于预先建立的结晶器模型进行稳态热分析，得到结晶器的稳态温度场；
根据所述稳态温度场提取所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护渣的分布状态包括未完全凝固态保护渣和完全凝固态保护渣；所述根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；包括：
获取保护渣信息，并根据铸坯混合数组中各铸坯表面节点的温度信息和保护渣信息判断所述保护渣的分布状态；所述保护渣信息包括保护渣凝固温度信息；
在所述保护渣的分布状态为未完全凝固态保护渣的情况下，所述未完全凝固态保护渣包括液态保护渣和第一固态保护渣，根据预设热流密度和第一保护渣计算公式分别计算所述液态保护渣的液态渣层厚度和所述第一固态保护渣的第一渣层厚度；
在所述保护渣的分布状态为完全凝固态保护渣的情况下，所述完全凝固态保护渣包括第二固态保护渣，根据预设热流密度和第二保护渣计算公式计算所述第二固态保护渣的第二渣层厚度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述完全凝固态保护渣还包括保护渣气隙，所述基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器温度数组确定所述保护渣的厚度信息；包括：
根据预设的保护渣气隙计算公式，确定所述保护渣的气隙厚度，并记录所述气隙产生位置作为目标气隙位置；
若所述保护渣的气隙厚度大于目标气隙厚度，基于所述保护渣的气隙厚度更新目标气隙厚度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值不小于预设数值的情况下，基于预设温度计算公式，根据所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度计算所述结晶器热面节点的节点温度；并根据所述结晶器热面节点的节点温度和与所述结晶器热面节点对应的结晶器物性参数更新所述预设热流密度；
根据更新后的预设热流密度，返回至步骤2，重新计算所述结晶器热面节点的实际节点温度和理论节点温度，直至所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值。
7.一种合金钢大方坯结晶器传热设计装置，其特征在于，包括：
节点数组确定模块，用于获取结晶器信息和铸坯信息；并将每层结晶器热面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到结晶器热面节点数组；将每层铸坯表面的节点按照预设排序方法进行节点排序得到铸坯表面节点数组；所述结晶器信息包括结晶器物性参数和结晶器工作参数；所述结晶器热面节点数组中的结晶器热面节点与所述铸坯表面节点数组中的铸坯表面节点一一对应；
渣膜厚度确定模块，用于针对所述铸坯表面节点数组中第一层的铸坯表面节点，根据所述第一层的铸坯表面节点对应的铸坯信息，基于预先建立的铸坯模型确定各铸坯表面节点的温度信息以及位移信息；将所述第一层的铸坯表面节点对应的温度信息以及位移信息确定为铸坯混合数组；并根据各铸坯表面节点的位移信息确定铸坯保护渣膜厚度信息；
实际温度确定模块，用于针对与各铸坯表面节点对应的结晶器热面节点，根据所述结晶器物性参数和结晶器工作参数信息以及预先设置的结晶器倒角角度，基于预先建立的结晶器模型确定所述结晶器热面节点数组中各结晶器热面节点的实际节点温度，并将所述各结晶器热面节点的实际节点温度确定为结晶器实际温度数组；
厚度信息计算模块，用于根据所述铸坯混合数组分析所述保护渣的分布状态，基于所述保护渣的分布状态和所述结晶器实际温度数组确定所述保护渣的厚度信息；并根据所述保护渣的厚度信息确定所述各结晶器热面节点的理论节点温度，并将所述理论节点温度确定为结晶器理论温度数组；
温度差值判断模块，用于根据所述结晶器实际温度数组和所述结晶器理论温度数组，在所述结晶器热面节点的实际节点温度与理论节点温度的差值小于预设数值的情况下，针对所述铸坯表面节点数组中其他层的铸坯表面节点重复上述操作，直至最后一层铸坯表面节点操作完成，得到目标气隙厚度和目标气隙位置；并根据所述目标气隙位置和所述目标气隙厚度分析所述结晶器的传热效果。
8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
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