[0027] 步骤4、设定铸坯及结晶器传热与力学边界条件，采用先分析传热后分析应力的顺 序耦合法，建立连铸坯-结晶器系统非稳态热/力耦合模型，模拟实际现场微合金钢连铸过 程中结晶器内坯壳传热及收缩变形行为；具体如下：
[0028] 步骤4-1、在Ansys系统中选定结晶器与铜板的传热控制方程；
[0029] 步骤4-2、在Ansys系统中选定铜板力学控制方程采用弹塑性本构方程，坯壳力学 控制方程为Anand率相关本构方程；
[0030] 步骤4-3、假设坯壳-结晶器界面内保护渣膜分布均匀，根据实际钢渣耗量、钢铸 坯表面积和保护渣密度，确定钢流入坯壳-结晶器界面的保护渣厚度；
[0031] 步骤4-4、设定铸坯及结晶器传热边界条件，具体如下：
[0032] 坯壳表面与结晶器热面的传热边界条件采用传热系数施加；
[0033] 结晶器铜板水槽传热设定为对流传热，其传热边界由对流传热系数施加；
[0034] 结晶器铜板及坯壳的宽面中心对称面、窄面中心对称面、铜板背板与不锈钢背板 想接触区域的热流设为〇;
[0035] 步骤4-5、设定铸坯及结晶器力学边界条件，具体如下：
[0036] 铸坯宽面对称面设定为沿铸坯窄面方向的位移分别为0,窄面对称面与宽面方向 的位移分别为〇 ;
[0037] 钢水静压力以剔除连铸坯未凝固液芯网格单元的方式，垂直施加于坯壳凝固前沿 网格单元的边上，即：根据坯壳温度场与所连铸钢的凝固温度关系，判定温度高于该凝固温 度的网格单元，删除上述网格单元，与所删除单元相连接的网格单元的边即为坯壳凝固前 沿，直接将钢水静压力施加于坯壳凝固前沿；
[0038] 坯壳与铜板接触行为采用刚-柔接触分析算法设置；
[0039] 结晶器宽面铜板固定不动；
[0040] 结晶器窄面铜板按锥度偏移量大小向宽面中心方向平行移动；
[0041] 步骤4-6、根据步骤4-1至步骤4-5,采用先分析传热后分析应力的顺序耦合法，建 立连铸坯-结晶器系统非稳态热/力耦合模型；
[0042] 步骤4-7、确定实际连铸生产工艺参数，模拟实际现场微合金钢连铸过程结晶器内 坯壳传热及收缩变形行为，所述的工艺参数包括：拉速、钢水浇铸温度、结晶器冷却水流速、 结晶器冷却水温度、保护渣消耗量；
[0043] 步骤4-8、判断铸坯是否移动至结晶器出口，若是，则执行步骤5,否则，执行步骤 4-4 ；
[0044] 步骤5、根据模拟坯壳传热及收缩变形行为的结果，确定铸坯窄面向结晶器宽面 中心方向的凝固收缩量，并设定其为窄面铜板中部区域凸曲面沿结晶器高度方向的分布曲 线，根据上述分布曲线设计结晶器窄面铜板中部区域的凸曲面；
[0045] 步骤6、将结晶器窄面中部区域的铜板厚度补偿量乘以一个系数，并设定其为结晶 器窄面铜板边部区域凸曲面的边缘补偿量，即获得窄面铜板边部区域凸曲面边缘厚度补偿 量沿结晶器高度方向的分布曲线，以边缘补偿量向中部区域补偿量连续平滑减小的方式， 设计铸坯窄面边部区域的凸曲面；
[0046] 步骤7、完成板坯窄面内凸型曲面结晶器的设计。
[0047] 步骤3所述的按照距铸坯表面一定范围内网格加密，其中，范围为距铸坯表面0~ 30mm范围。
[0048] 步骤6所述的系数取值范围为：1· 3~1. 8。
[0049] 本发明优点：
[0050] (1)本发明所设计的板坯窄面结晶器可充分补偿坯壳在结晶器内的收缩，有效抑 制保护渣膜与气隙在坯壳角部附近区域集中分布，从而实现铸坯角部快速冷却，细化铸坯 角部初凝组织晶粒并弥散化碳氮化物在晶内及晶界析出，从根本上抑制微合金钢连铸坯角 部裂纹产生；
[0051] (2)使用本发明所设计的板坯结晶器锥度亦可有效消除坯壳宽、窄面角部附近区 域的"热点"，实现坯壳在结晶器内均匀生长。
【附图说明】
[0052] 图1为本发明一种实施方式的窄面铜板内表面曲面示意图，其中，①表示结晶器 窄面中部区域曲面，②表示结晶器窄面边部区域曲面，③表示结晶器窄面铜板上口，④表示 结晶器窄面铜板下口，1表示结晶器窄面边部区域曲面宽度，△ ^表示1/2结晶器窄面铜板 上下口宽度差，E表示结晶器窄面边缘；
[0053] 图2为本发明一种实施方式的窄面铜板结构左视示意图，其中，Λ I2表示结晶器窄 面中部区域曲面厚度补偿值，△^表示结晶器窄面边部区域曲面厚度补偿值，C 1表示结晶 器窄面中不区域曲面补偿曲线，(:2表示结晶器窄面边部曲面补偿曲线；
[0054] 图3本发明一种实施方式的板坯窄面内凸型曲面结晶器的设计方法流程图；
[0055] 图4本发明一种实施方式的传统结晶器与本发明结晶器前后晶粒形貌对比图，其 中，图（a)为传统结晶器下铸坯角部组织晶粒形貌图，图（b)为本发明结晶器下铸坯角部组 织晶粒形貌图；
[0056] 图5本发明一种实施方式的传统结晶器与本发明结晶器前后碳氮化物析出形貌 对比图，其中，图（a)为传统结晶器下铸坯角部组织碳氮化物析出形貌图，图（b)为本发明 结晶器下铸坯角部组织碳氮化物析出形貌图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0058] 本发明实施例中窄面内凸型曲面板坯结晶器，如图1与图2所示，窄面铜板为上宽 下窄结构，根据拟连铸生产的微合金钢铸坯断面尺寸，设计其宽度差2倍Λ ^为2. Omm~ 3. 5mm，本实施例中取值为3. 0mm，铸坯厚度越大，Λ I1越大，且由上口③沿结晶器高度方向 线性减小至下口④；通过该设计，实现宽面铜板对铸坯厚度方向收缩有效补偿，从而消除结 晶器宽面角部区域的气隙和厚保护渣膜集中分布，加速坯壳宽面角部传热；
[0059] 本发明实施例中，在结晶器铜板厚度方向上，设计铜板上口③的厚度与下口④相 同，仅在该二者之间的结晶器内表面做凸曲面设计，以补偿铸坯凝固过程向宽面方向的收 缩；窄面铜板内表面凸曲面结构由中部区域凸曲面①和边部区域凸曲面②两部分组成，且 该二部分曲面在整个结晶器窄面铜板上连续平滑过渡；
[0060] 本发明实施例中，所述的窄面铜板内表面中部区域凸曲面①，其在结晶器同一高 度上的厚度补偿量△ I2相同，其厚度补偿值通过下述所建立的连铸坯-结晶器系统非稳态 热/力耦合模型，计算结晶器每一高度下窄面坯壳向宽面中心方向的收缩量减去相同高度 下传统相同断面结晶器窄面铜板外置锥度补偿量的差值确定，由此构成中部区域凸曲面① 沿纵向方向形成C 1曲线形结构；
[0061] 本发明实施例中，所述的窄面铜板内表面边部区域凸曲面②，根据铸坯断面厚度， 其宽度为沿窄面铜板两侧边缘向中心方向的50mm区域，窄面铜板边部E的厚度补偿量为所 述窄面铜板中部区域凸曲面补偿曲线(^的1. 667倍，形成C 2所示的边缘补偿曲线；边部区 域凸曲面②在结晶器同一高度上，由窄面铜板边缘E厚度补偿值△ I3线性减小至所中部区 域凸曲面②厚度补偿值△ I2，形成斜曲面结构，实现窄面铜板边部区域凸