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龙图腾网获悉中国重型机械研究院股份公司申请的专利一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119702981B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411798444.4，技术领域涉及：B22D11/055；该发明授权一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法是由高琦;王文学;何博;余进涛;张忍德;连天龙;翁承;张瑞设计研发完成，并于2024-12-09向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法；包括：建立异型坯结晶器内钢液三维流动传热耦合模型，计算考虑钢液流动下的结晶器内温度场及凝固坯壳分布；确定周向各区域所需的冷却强度，完成铜板冷却水缝结构的初步设计；建立大断面异型坯结晶器铜板‑钢液‑冷却水三维流动传热耦合模型，计算获得考虑结晶器冷却水缝结构下的结晶器内钢液流动传热特征；根据模拟结果与生产需求标准的差异，确定铸坯表面各区域冷却强度的调整策略，并优化铜板冷却水缝；获得符合生产需求的最优铜板冷却水缝结构。本申请能够解决目前大断面异型坯结晶器铜板冷却水缝结构设计不合理的问题，显著改善大断面异型坯产品质量并延长结晶器铜板使用寿命。

本发明授权一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法在权利要求书中公布了：1.一种大断面异型坯结晶铜板冷却水缝结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，建立异型坯结晶器内钢液三维流动传热耦合模型，计算考虑钢液流动下的结晶器内温度场及凝固坯壳分布； 步骤2，确定周向各区域所需的冷却强度，完成铜板冷却水缝结构的初步设计； 步骤3，基于冷却结构设计建立大断面异型坯结晶器铜板-钢液-冷却水三维流动传热耦合模型，计算获得考虑结晶器冷却水缝结构下的结晶器内钢液流动传热特征； 步骤4，根据模拟结果与生产需求标准的差异，确定铸坯表面各区域冷却强度的调整策略，并优化铜板冷却水缝； 步骤5，重复进行铜板-钢液-冷却水流动传热耦合模型计算与冷却水缝结构优化； 步骤6，最终获得特定浸入式水口结构钢液作用下铸坯温度及坯壳厚度分布符合生产需求的最优铜板冷却水缝结构； 步骤1中，所述异型坯结晶器内钢液三维流动传热耦合模型包括：几何模型和与其相对应的流动及传热计算模型； 所述异型坯结晶器内钢液三维流动传热耦合模型包括：钢液在结晶器内的湍流模型，钢液传热模型、钢液凝固模型； 所述建立异型坯结晶器内钢液三维流动传热耦合模型的具体步骤为：1对几何模型进行网格划分，并设定钢种材料属性和工艺参数；2根据浸入式水口结构及结晶器结构，对所述流动及传热模型设定边界条件； 所述钢种材料属性和工艺参数包括：钢液密度、钢液比热容、钢液热导率、钢种液相线、钢种固相线、钢种凝固潜热、钢液浇铸过热度、钢液初始温度、浇铸拉速； 所述流动及传热模型设定边界条件包括：速度入口流速、速度入口湍流动能、速度入口湍流动能耗散率、铸坯表面热流密度； 所述计算考虑钢液流动下的结晶器内温度场及凝固坯壳分布的具体步骤为：采用有限体积法求解器仿真计算在考虑浸入式水口结构下的结晶器内异型坯钢液流场、温度场与凝固坯壳分布场，根据计算结果，分析大断面异型坯结晶器内钢液流动特征、铸坯表面温度分布特征以及凝固坯壳分布特征，获得钢液流动过程对传热过程的影响规律； 步骤2中，所述确定周向各区域所需的冷却强度，完成铜板冷却水缝结构的初步设计的具体步骤为：1基于大断面异型坯结晶器内钢液流场、横断面周向上铸坯表面温度分布以及凝固坯壳分布情况，获得周向上铸坯表面各区域温度差异及凝固坯壳厚度差异，确定周向各区域所需的冷却强度；2根据异型坯铸坯断面结构与周向各区域所需冷却强度差异，对不同区域铜板冷却水缝进行差异化布置，完成铜板冷却水缝结构的初步设计； 步骤3中，所述大断面异型坯结晶器铜板-钢液-冷却水三维流动传热耦合模型包括：几何模型和其与相对应的流动及传热计算模型； 所述建立大断面异型坯结晶器铜板-钢液-冷却水三维流动传热耦合模型的具体步骤为：1对几何模型进行网格划分，并设定钢种材料属性和工艺参数；2根据浸入式水口结构及结晶器结构，对所述流动及传热模型设定边界条件；具体步骤为：采用有限体积法求解器仿真计算在考虑浸入式水口结构以及结晶器冷却水缝结构下的结晶器内异型坯钢液流场、钢液温度场、结晶器铜板温度场、凝固坯壳分布场； 其中，几何模型包括由铜板组成带有冷却水缝的结晶器、结晶器铜板水缝内冷却水、结晶器内钢液； 边界条件包括：浸入式水口速度入口流速、浸入式水口速度入口湍流动能、浸入式水口速度入口湍流动能耗散率、浸入式水口速度入口温度、铜板与钢液间的热阻，铜板与冷却水间的对流换热系数，冷却水缝速度入口流速、冷却水缝速度入口温度； 步骤4中，所述根据模拟结果与生产需求标准的差异，确定铸坯表面各区域冷却强度的调整策略，并优化铜板冷却水缝的具体步骤为： 基于铜板-钢液-冷却水流动传热耦合模型的计算结果，获得综合考虑浸入式水口及铜板冷却结构影响的铸坯温度及坯壳厚度分布情况；根据温度和坯壳厚度的模拟结果与需求标准的差异，确定铸坯表面各区域冷却强度的调整策略。

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