本發(fā)明涉及鋼坯連鑄的，具體而言，涉及一種水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、鋼坯連鑄技術(shù)是鋼鐵冶煉中不可或缺的環(huán)節(jié)之一。水槽式結(jié)晶器作為核心設(shè)備，對于鋼坯的質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有至關(guān)重要的影響。鋼水在結(jié)晶器內(nèi)凝固成坯殼，進而形成合格的鑄坯。結(jié)晶器直接接觸鋼水和冷卻水，結(jié)晶器的設(shè)計直接關(guān)系到鑄坯的冷卻效果和表面質(zhì)量。因此，需要針對不同的冶煉條件對結(jié)晶器厚度進行合理設(shè)計。

2、現(xiàn)有的結(jié)晶器厚度計算方法包括基于承壓能力的計算公式、經(jīng)驗公式以及基于材料力學性能的仿真分析。但是存在計算復(fù)雜、過程冗長的缺點，難以快速高效獲取精準的壁厚計算結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的問題是如何簡單快捷地設(shè)計出結(jié)晶器厚度。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法。

3、本發(fā)明提供了一種水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，包括以下步驟：

4、第一步，根據(jù)結(jié)晶器的材料確定結(jié)晶器的熱面溫度thot；

5、第二步，初步預(yù)設(shè)結(jié)晶器冷卻水槽的寬度wc、深度dc和間距pc，根據(jù)冷卻水槽的寬度wc、深度dc和間距pc，計算出結(jié)晶器水槽的等效換熱系數(shù)hw；

6、第三步，根據(jù)以下公式計算結(jié)晶器的總體厚度dmold：

7、

8、上式中，kmold為結(jié)晶器的熱導率，tw0為冷卻水的水溫；為結(jié)晶器的平均熱流密度。

9、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法的有益效果是：

10、本發(fā)明將結(jié)晶器厚度的計算方法縮減到三步，根據(jù)冶煉需求與條件選擇合適材質(zhì)的結(jié)晶器，并通過預(yù)設(shè)結(jié)晶器冷卻水槽的寬度wc、深度dc和間距pc，一步到位求得等效換熱系數(shù)hw，然后通過公式

11、

12、得到結(jié)晶器的厚度。計算方法簡單快捷，能夠有效節(jié)省時間，提高生產(chǎn)效率。

13、可選地，第一步中，熱面溫度thot低于結(jié)晶器材料的再結(jié)晶溫度。

14、通過上述技術(shù)方案，設(shè)定熱面溫度thot必須低于結(jié)晶器材料的再結(jié)晶溫度，保護結(jié)晶器表面的分子結(jié)構(gòu)不受破壞，延長結(jié)晶器的使用壽命。

15、可選地，當結(jié)晶器材質(zhì)為銀銅合金時，再結(jié)晶溫度為300℃，此時結(jié)晶器的冷面溫度tcold最高為100℃。

16、通過上述技術(shù)方案，銀銅合金成本較高，使冷面溫度tcold不高于100℃能夠盡量避免結(jié)晶器因溫度過高而爆炸損毀，從而延長設(shè)備的使用壽命。

17、可選地，第二步中，結(jié)晶器冷面的所述冷卻水槽為翅片結(jié)構(gòu)，翅片結(jié)構(gòu)結(jié)晶器水槽的等效換熱系數(shù)hw，采用如下公式計算：

18、

19、上式中，hwater為結(jié)晶器和冷卻水的換熱系數(shù)，采用努塞爾數(shù)nu進行計算:

20、

21、上式中，wc為冷卻水槽的寬度；

22、dc為冷卻水槽的深度；

23、pc為冷卻水槽的間距。

24、通過上述技術(shù)方案，將結(jié)晶器冷面的冷卻水槽設(shè)為翅片結(jié)構(gòu)，可以增加對流換熱面積,從而提高水道與水之間的對流換熱系數(shù)，從而提高冷卻效率。

25、可選地，第三步中，冷卻水的水溫tw0為25℃。

26、通過上述技術(shù)方案，常溫的冷卻水性價比高，相對于其他冷卻介質(zhì)來說具有成本低廉、易于獲得、隨用隨取的優(yōu)點。

27、可選地，還包括第四步，根據(jù)第三步結(jié)晶器厚度dmold和第二步預(yù)設(shè)結(jié)晶器冷卻水槽的寬度wc、深度dc和間距pc，建立三維模型，并進行有限元分析，獲得結(jié)晶器內(nèi)的溫度分布數(shù)據(jù)。

28、通過上述技術(shù)方案，根據(jù)通過前三步計算獲得的結(jié)晶器厚度與第二步中預(yù)設(shè)的結(jié)晶器寬度wc、深度dc、間距pc建立三維模型，能夠模擬生產(chǎn)中當前厚度、寬度、深度和間距下的結(jié)晶器內(nèi)部具體的溫度分布情況，根據(jù)溫度分布的均勻性來判斷第二步中，預(yù)設(shè)的結(jié)晶器尺寸參數(shù)是否合理。

29、可選地，第四步中，當結(jié)晶器內(nèi)部溫度分布均勻時，結(jié)晶器厚度dmold滿足設(shè)計要求；否則重復(fù)第二步到第四步，直至分析得到的結(jié)晶器厚度dmold滿足設(shè)計要求。

30、通過上述技術(shù)方案，根據(jù)第四步中得到的溫度分布進行迭代反算，除了計算結(jié)晶器厚度，還能夠根據(jù)結(jié)晶器的溫度分布，得到更加精確的結(jié)晶器寬度、深度和間距參數(shù)，從而實現(xiàn)對結(jié)晶器更加綜合全面的優(yōu)化設(shè)計，同時滿足高效冷卻、耐用性和成本效益等多方面的要求。

31、可選地，所述結(jié)晶器為銅合金材質(zhì)。

32、通過上述技術(shù)方案，銅合金不僅能夠承受高溫、高壓和機械應(yīng)力的綜合作用，還需具備良好的導熱性、耐磨性和耐腐蝕性。

33、可選地，所述結(jié)晶器為鉻鋯銅合金材質(zhì)。

34、通過上述技術(shù)方案，鉻鋯銅合金不僅具有較高的強度和硬度，還具備優(yōu)異的導熱性和耐腐蝕性，適用于大方坯的連鑄生產(chǎn)

35、可選地，所述結(jié)晶器為銀銅合金材質(zhì)。

36、通過上述技術(shù)方案，銀銅合金具有良好的導熱性和抗熱疲勞性能，適用于圓坯的連鑄生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，第一步中，熱面溫度thot低于結(jié)晶器材料的再結(jié)晶溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，當結(jié)晶器材質(zhì)為銀銅合金時，再結(jié)晶溫度為300℃，此時結(jié)晶器的冷面溫度tcold最高為100℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，第二步中，結(jié)晶器冷面的所述冷卻水槽為翅片結(jié)構(gòu)，翅片結(jié)構(gòu)結(jié)晶器水槽的等效換熱系數(shù)hw，采用如下公式計算

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，第三步中，冷卻水的水溫tw0為25℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，還包括第四步：根據(jù)第三步結(jié)晶器厚度dmold和第二步預(yù)設(shè)結(jié)晶器冷卻水槽的寬度wc、深度dc和間距pc，建立三維模型，并進行有限元分析，獲得結(jié)晶器內(nèi)的溫度分布數(shù)據(jù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，第四步中，當結(jié)晶器內(nèi)部溫度分布均勻時，結(jié)晶器厚度dmold滿足設(shè)計要求；否則重復(fù)第二步到第四步，直至分析得到的結(jié)晶器厚度dmild滿足設(shè)計要求。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，所述結(jié)晶器為銅合金材質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，所述結(jié)晶器為鉻鋯銅合金材質(zhì)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，其特征在于，所述結(jié)晶器為銀銅合金材質(zhì)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種水槽式連鑄結(jié)晶器厚度的設(shè)計方法，涉及鋼坯連鑄的技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：第一步，根據(jù)結(jié)晶器的材料確定結(jié)晶器的熱面溫度T<subgt;hot</subgt;；第二步，初步預(yù)設(shè)結(jié)晶器冷卻水槽的寬度w<subgt;c</subgt;、深度d<subgt;c</subgt;和間距p<subgt;c</subgt;，計算出結(jié)晶器水槽的等效換熱系數(shù)h<subgt;w</subgt;；第三步，計算結(jié)晶器的總體厚度d<subgt;mold</subgt;。本發(fā)明將結(jié)晶器厚度的計算方法縮減到三步，克服現(xiàn)有方法計算復(fù)雜、過程冗長的缺點。本發(fā)明具有方法簡單快捷的作用，能夠有效節(jié)省時間，提高生產(chǎn)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：屈磊
受保護的技術(shù)使用者：一重集團大連工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6