超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及炼钢近终形连铸技术领域，尤其涉及一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置。

背景技术

连铸坯在结晶器中凝固过程对连铸坯的质量有直接影响，比如铸坯内部裂纹、表面裂纹、缩孔、偏析等缺陷均与铸坯在结晶器中的温度分布直接相关，同时铸坯的温度分布影响着铸坯出结晶器时的坯壳厚度，从而关乎是否出现漏钢事故。结晶器是连铸工艺中的核心设备，铜板热面温度分布决定结晶器内腔形状和尺寸设计、铜板中水孔或水缝的布置与尺寸设计，因此在开发新产品或实际生产过程中，预测结晶器内铸坯温度场和结晶器内腔铜板温度场至关重要。

超大型异形坯的铸坯断面尺寸大，形状复杂，腹板、翼缘宽面、翼缘窄面、R角、斜面的温度分布不一致，尤其翼缘部分冷却快，温度低，受腹板处结晶器铜板的限制，凝固收缩受到阻碍，如果结晶器内腔尺寸和结晶器内水孔或水缝设计不当，达不到均匀传热，极易产生裂纹，因此预测不同拉速、不同浇注温度、不同保护渣厚度、不同冷却条件下结晶器内异形坯温度场和应力场、结晶器热面温度场尤为重要。

目前，对于连铸过程的模拟大多采用商用软件如ANSYS、ABAQUS、Marc、Procast等，普遍建立的是二维传热及热—力耦合模型，进行稳态热传导有限元分析，这种二维模型只计算某一横断面铸坯和结晶器铜板的传热，不能全面模拟整个结晶器内钢水的凝固过程，更不能全面给出结晶器铜板热面的温度场，从而不能为结晶器铜板内腔形状和尺寸设计、水孔或水缝设计提供准确依据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，以解决上述提及的至少一个问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案：

根据本发明的第一方面，提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，所述方法包括：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。

优选的，本发明实施例的上述方法还包括：在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度-时间曲线、压力-时间曲线和速度-时间曲线。

优选的，本发明实施例的上述方法还包括：对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。

优选的，本发明实施例的上述方法中界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。

优选的，本发明实施例的上述方法中获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立包括：建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库；从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。

优选的，本发明实施例的上述方法中建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库包括：根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；根据各层界面的材质确定界面换热系数；基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间-界面换热系数曲线；以所述时间-界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。

优选的，本发明实施例的上述方法中基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程包括：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。

优选的，本发明实施例的上述方法中基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场包括：基于所述移动边界条件选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。

根据本发明的第二方面，提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置，所述装置包括：模型创建单元，用于创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；模型分层单元，用于将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；边界条件创立单元，用于获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；模拟仿真单元，用于基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。

优选的，本发明实施例的上述装置还包括：检测点设置单元，用于在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度-时间曲线、压力-时间曲线和速度-时间曲线。

优选的，本发明实施例的上述装置还包括：网格划分单元，用于对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。

优选的，本发明实施例的上述界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。

优选的，本发明实施例的上述边界条件创立单元包括：数据库建立模块，用于建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库；边界条件创立模块，用于从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。

优选的，本发明实施例的上述数据库建立模块包括：冷却时间计算子模块，用于根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；换热系数确定子模块，用于根据各层界面的材质确定界面换热系数；时间-换热系数曲线建立子模块，用于基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间-界面换热系数曲线；数据库建立子模块，用于以所述时间-界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。

优选的，本发明实施例的上述模拟仿真单元具体用于：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。

优选的，本发明实施例的上述模拟仿真单元基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场包括：基于所述移动边界条件选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。

根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据本发明的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其所述计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明提供的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，采用了移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。为优化连铸工艺参数、解决连铸坯热裂及漏钢、铜板结晶器水缝或水孔设计、铜板内腔形状和尺寸设计等提供了一种可靠的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在附图中：

图1是本申请实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的流程示意图；

图2是本申请实施例通过三维软件创建的三维装配模型示意图；

图3是本申请实施例提供的结晶器铜板内的水缝和水孔的模型示意图；

图4是本申请实施例提供的钢水和保护渣的模型示意图；

图5是本申请实施例提供的钢水的分层示意图；

图6是本申请另一实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的流程示意图；

图7是本申请实施例提供的结晶器铜板中的检测点的设置示意图；

图8是本申请实施例提供的划分网格后的铸坯模型示意图；

图9是本申请实施例提供的划分网格后的水缝和水孔模型示意图；

图10是本申请实施例提供的划分网格后的的结晶器模型示意图；

图11是本申请实施例提供的随时间变化的界面换热系数数据库的建立流程示意图；

图12是本申请实施例提供的连铸坯温度场示意图；

图13是本申请实施例提供的结晶器温度场示意图；

图14是本申请实施例提供的连铸坯在结晶器出口坯壳预测计算结果示意图；

图15是本申请实施例提供的连铸坯热裂预测计算结果示意图；

图16是申请实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置的结构示意图；

图17是申请实施例提供的边界条件创立单元的结构示意图；

图18是申请实施例提供的数据库建立模块的结构示意图；

图19是本申请实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示为本申请实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤S101：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣。

在本实施例中，可以通过现有三维软件创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，如图2所示为本实施例通过三维软件创建的三维装配模型示意图，由图2可见，该三维装配模型中的结晶器201是由铜板组合而成，在图2中所示出的是结晶器201是由宽面铜板和窄面铜板所组合而成的，其形成的连铸坯是一异形坯，需要指出的是，本实施例的方法同样也适用于其他超大型连铸坯，比如板坯、方坯、圆坯等。结晶器201中浇注有钢水202。除了结晶器201和钢水202，该三维装配模型还包括了结晶器铜板内的水缝和水孔203(请参见图3单独示出的结构)，以及如图4中所示的覆盖在钢水202上的保护渣204。

步骤S102：将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层。

在本步骤中，可以将结晶器201的铜板以及结晶器内水孔或水缝203沿高度方向分为若干层，分层示意图可以参见图1及图3；同时，也可以将结晶器201内钢水202及结晶器内水孔或水缝203沿高度方向分为若干层，分层示意图可以参见图5。

步骤S103：获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立。

界面换热系数指的是不同材料类型之间以及相接触的不同组件之间的热传导系数HTC(Heat transfer coefficient，W/m

连铸过程与砂型铸造、钢锭模铸造的主要区别在于钢水202浇注进结晶器201后，当钢水202液面达到指定高度，同时钢水202在结晶器201出口形成一定厚度凝固坯壳后，铸坯(钢水)会以一定的拉速被引锭杆从结晶器201内拉出。在稳定生产时，上部中间包水口不断地向结晶器201中浇注钢水，下部铸坯被不断地拉出，即铸坯相对于结晶器201在向下运动。拉速不同即通过步骤S102中分层的各层铜板，以及各层水孔或水缝中冷却介质对钢水的冷却时间就会不同，或者说步骤S102中各层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的所冷却的冷却时间不同。因此获取不同拉速下各层界面的界面换热系数即为获取随时间变化的界面换热系数，以此作为钢水连铸过程的移动边界条件。

步骤S104：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。

优选的，本步骤具体可以包括：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。其中不同参数可以指不同拉速、不同浇注温度、不同保护渣厚度、不同结晶器内腔形状和尺寸、不同水孔或水缝尺寸、不同水孔或水缝布置、不同水孔或水缝离结晶器内腔厚度等工艺参数和结晶器尺寸等。

进一步优选的，本步骤可以选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。

由上述技术方案可知，本发明提供的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，采用了移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。为优化连铸工艺参数、解决连铸坯热裂及漏钢、铜板结晶器水缝或水孔设计、铜板内腔形状和尺寸设计等提供了一种可靠的方法。

如图6所示为本申请另一实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤S601：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣。

步骤S602：将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层。

由于铸坯从结晶器内拉出使得铸坯和结晶器之间是一个相对运动过程，因此为了计算三维空间中不同层的冷却时间，将钢水或者铜板进行分层都是可行的。

步骤S603：在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度-时间曲线、压力-时间曲线和速度-时间曲线。这些检测点的分布示意图比如如图7所示，存储检测点处的上述数据是为了后续便于比较和检查计算结果与试验检测结果的差异，提高计算精度。

步骤S604：对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格。在本实施例中的网格类型为六面体，根据组件尺寸大小，可以设置大小不一的网格，比如由于水缝和水孔尺寸小，因此要细分网格，图8所示为划分网格后铸坯，图9所示为细分网格后水缝和水孔，图10所示为划分成六面体网格的结晶器。但是实际应用中，由于受到计算机内存性能的限制，一般总网格数量不宜超过1000万。

步骤S605：建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库。

优选的，本实施例中的界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。

随时间变化的界面换热系数数据库的建立方法有两种，第一种将铸坯设置成静止状态，让结晶器铜板以及结晶器铜板内水孔和水缝中的水或其它冷却介质根据拉速的大小沿铸坯向上运动；第二种将结晶器铜板设置成静止状态，让结晶器铜板中钢水根据拉速的大小沿铜板向下运动，结晶器铜板内水孔和水缝中的水或其它冷却介质根据拉速的大小沿铜板向上运动，形成相对运动。

进一步优选的，在本实施例中，如图11所示，随时间变化的界面换热系数数据库的建立可以包括如下子步骤：

步骤S6051：根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质所冷却的冷却时间。

当钢水未到某层铜板时(或者某层钢水未被铜板冷却时)，界面换热系数可以设成接近零的最小值，即铸坯没有被冷却，当钢水流经该层铜板时，界面换热系数被设成相应数值，钢水被冷却，因此处于结晶器最上层的铜板对钢水的冷却时间最短，结晶器最下层的铜板对钢水冷却的时间最长，冷却时间根据结晶器高度和拉速确定。比如钢水在结晶器中高度H(mm)，拉速为v(m/min)，将结晶器铜板沿高度方向划分成L层，最上层为第一层，下层为第二层，依次类推，最下一层为第L层，设层数为n，n＝1～L，那么每层铜板对钢水的冷却时间即钢水流经每层结晶器铜板所需的时间t(s)为：

t＝n×(H/1000/L)/v×60(s)

各层水孔和水缝中的水或其它冷却介质对铸坯的冷却时间计算方法相同。直观表示钢水流经各层铜板的时间如表1所示。

表1

步骤S6052：根据各层界面的材质确定界面换热系数。

界面换热系数大小根据接触界面之间的材质而确定，如在直径为12mm的管道中，当水流速为0.5m

步骤S6053：基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间-界面换热系数曲线。

步骤S6054：以所述时间-界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。

步骤S606：从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。

步骤S607：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。

由上述可知，本申请根据边界层对钢水的冷却时间，从数据库中将相互接触界面的界面换热系数提取出来，为钢水连铸过程设置移动边界条件，从而模拟连铸坯在不同拉速、不同浇注温度、不同保护渣厚度、不同结晶器内腔形状和尺寸、不同水孔或水缝尺寸、不同水孔或水缝布置、不同水孔或水缝离结晶器内腔厚度等工艺参数和结晶器尺寸下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置等，本发明采用这种移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。为优化连铸工艺参数、解决连铸坯热裂及漏钢、铜板结晶器水缝或水孔设计、铜板内腔形状和尺寸设计等提供了一种可靠的方法。

下面通过一具体实施例来对上述方法进行进一步的描述，本实施例在利用三维软件完成上述三维装配模型的建立后，后续步骤可以在MAGMA软件中予以完成，软件MAGMA是基于有限差分计算方法的铸造商业软件，擅长对砂型铸造、金属模铸造的仿真计算，广泛应用于汽车、机械、冶金、航空航天等铸造领域。

在本实施例中，可以将上述三维装配模型转化成STL格式文件，将各个组件，比如铜板、钢水、水孔或水缝等，依次导入到仿真计算软件MAGMA的前处理模块中，并将组件定义成不同材料类型，如将结晶器铜板定义为PERM、铸坯定义成CAST、保护渣定义成INSU、水缝和水孔定义成COOL等。

然后利用MAGMA软件在靠近内腔的结晶器铜板中设置检测点，这些检测点可以放在不同位置，用于存储温度—时间曲线、压力—时间曲线、速度—时间曲线等，以便于比较和检查计算结果与试验检测结果的差异，提高计算精度。

接着在MAGMA软件中设置铸钢计算模块，并利用铸钢计算模块划分有限差分计算网格。并且铸钢计算模块中选择凝固计算模型和应力计算模型，本实施例包括同时模拟计算连铸坯在结晶器中温度场和结晶铜板温度，耦合连铸坯在结晶器中应力场。

然后对不同材料类型设置具体材料及初始温度。本实施例连铸坯选用钢种GS16Mn5，设置结晶器铜板材料为铜银合金，保护渣设置为发热剂，水缝和水孔中冷却介质设置为水，同时设置相应的初始温度。

设置具有移动功能的界面换热系数。在Project中创建随时间变化的界面换热系数数据库，在边界条件设置界面将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却水或冷却介质与铜板界面的界面换热系数从数据库中选取出来，为异形坯连铸(也适用于其它断面连铸，包括板坯连铸、方坯连铸、圆坯连铸等)设置移动边界条件，形成沿结晶器高度完整的移动边界，从而准确模拟连铸过程。

本实施例将结晶器铜板沿高度方向划分成10层，钢水在结晶器中高度为700(mm)，拉速为0.7(m/min)，以MAGMA软件中直径为12mm的管道中，当水流速为0.5m

在边界条件设置界面，从数据库中将相互接触界面的界面换热系数提取出来，为钢水连铸过程设置移动边界，移动边界包括钢水与每层结晶器铜板界面、每层结晶器铜板与其内部每层水孔或水缝中冷却介质界面，各层界面换热系数根据对钢水的冷却时间从数据库中提取，从而完成移动边界条件的设置。

选择求解器，模拟连铸坯在不同拉速、不同浇注温度、不同保护渣厚度、不同结晶器内腔形状和尺寸、不同水孔或水缝尺寸、不同水孔或水缝布置、不同水孔或水缝离结晶器内腔厚度等工艺参数和结晶器尺寸下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置等，附图12所示为连铸坯温度场，附图13所示为结晶器温度场，附图14所示为连铸坯在结晶器出口坯壳预测计算结果，附图15所示为连铸坯热裂预测计算结果。

由上述可知，本申请可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。

如图16为本申请实施例提供的一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置的结构示意图，该装置包括：模型创建单元161、模型分层单元162、边界条件创立单元163和模拟仿真单元164，它们之间依次相连。

模型创建单元161用于创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣。

模型分层单元162用于将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层。

边界条件创立单元163用于获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立。

模拟仿真单元164用于基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。

优选的，本发明实施例的装置还包括：检测点设置单元，用于在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度-时间曲线、压力-时间曲线和速度-时间曲线。

优选的，本发明实施例的装置还包括：网格划分单元，用于对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。

优选的，本发明实施例的上述界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。

优选的，如图17所示，本发明实施例的边界条件创立单元163包括：

数据库建立模块171，用于建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库。

边界条件创立模块172，用于从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。

优选的，如图18所示，本发明实施例的上述数据库建立模块171包括：

冷却时间计算子模块181，用于根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；

换热系数确定子模块182，用于根据各层界面的材质确定界面换热系数；

时间-换热系数曲线建立子模块183，用于基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间-界面换热系数曲线；

数据库建立子模块184，用于以所述时间-界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。

优选的，本发明实施例的上述模拟仿真单元164具体用于：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。

优选的，本发明实施例的上述模拟仿真单元164基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场包括：基于所述移动边界条件选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。

由上述技术方案可知，本发明提供的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置，采用了移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。为优化连铸工艺参数、解决连铸坯热裂及漏钢、铜板结晶器水缝或水孔设计、铜板内腔形状和尺寸设计等提供了一种可靠的方法。

图19是本发明实施例提供的电子设备的示意图。图19所示的电子设备为通用数据处理装置，其包括通用的计算机硬件结构，其至少包括处理器801和存储器802。处理器801和存储器802通过总线803连接。存储器802适于存储处理器801可执行的一条或多条指令或程序。该一条或多条指令或程序被处理器801执行以实现上述超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法中的步骤。

上述处理器801可以是独立的微处理器，也可以是一个或者多个微处理器集合。由此，处理器801通过执行存储器802所存储的命令，从而执行如上所述的本发明实施例的方法流程实现对于数据的处理和对于其他装置的控制。总线803将上述多个组件连接在一起，同时将上述组件连接到显示控制器804和显示装置以及输入/输出(I/O)装置805。输入/输出(I/O)装置805可以是鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、触控输入装置、体感输入装置、打印机以及本领域公知的其他装置。典型地，输入/输出(I/O)装置805通过输入/输出(I/O)控制器806与系统相连。

其中，存储器802可以存储软件组件，例如操作系统、通信模块、交互模块以及应用程序。以上所述的每个模块和应用程序都对应于完成一个或多个功能和在发明实施例中描述的方法的一组可执行程序指令。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法的步骤。

综上所述，本发明提供的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，采用了移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。为优化连铸工艺参数、解决连铸坯热裂及漏钢、铜板结晶器水缝或水孔设计、铜板内腔形状和尺寸设计等提供了一种可靠的方法。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。