1、微合金鋼角部橫裂紋是板坯連鑄生產中亟待解決的質量問題。通過控制鑄坯角部傳熱，使其在彎曲矯直時避開裂紋敏感區(qū)，可以較好的減少這一缺陷。鑄坯角部溫度可以通過改變結晶器角部幾何特征來控制，但由于板坯結晶器鋼液傳輸行為(流動、傳熱和凝固)的復雜相互作用，鑄坯傳熱行為還難以準確描述，所以不能設計合理的結晶器角部幾何特征，有效控制鑄坯角部傳熱。另外，在結晶器內凝固過程中的應力和摩擦應力的作用下鑄坯角部可能會產生微裂紋，而鑄坯應力狀態(tài)受溫度場的直接影

2、響。因此，完善結晶器內鋼液的傳輸模型，深入理解鋼液流動、傳熱和凝固行為，研究結晶器角部幾何特征對鑄坯溫度場的影響，探討鑄坯角部熱應力和摩擦應力對裂紋產生的幾率，具有重要意義。
　　論文以某廠板坯連鑄結晶器為研究對象，建立耦合冷卻水流動的銅板傳熱模型，研究冷卻水和銅板之間的強制對流換熱行為，比較不同結晶器角部形狀對傳熱的影響；基于此模型，構建考慮鑄坯收縮的三維板坯結晶器流動傳熱模型，通過綜合熱阻將鑄坯二維應變與結晶器三維傳熱緊密聯(lián)系

3、起來，深入研究結晶器角部幾何特征對流場、溫度場和保護渣分布的影響；測量保護渣斷裂強度，修正鑄坯和銅板的摩擦力模型，分析角部幾何特征對結晶器內摩擦力分布的影響；最后，計算鑄坯的熱應力和摩擦拉應力，分析不同結晶器幾何特征下鑄坯角部橫裂紋產生的可能性，優(yōu)化結晶器角部形狀，并進行生產應用。論文的主要研究成果如下：
　?、俳⒘笋詈侠鋮s水流動的結晶器銅板傳熱模型，研究了結晶器角部幾何特征對銅板局部溫度和冷卻水出口溫度的影響規(guī)律。通過冷卻水進

4、出口溫差驗證了模型的準確性，對比了該模型與兩種經驗模型的結果，發(fā)現(xiàn)溫度的最大差異為5％，耦合模型的傳熱系數(shù)比Sleicher-Reusse模型大3.8%，比Dittus-Boelter大模型17.5%，證明耦合模型比Dittus-Boelter模型更加準確。倒角結晶器的棱邊會使銅板局部溫度降低，倒角角度越小銅板溫度越低，冷卻水溫升也越小。
　?、诮⒘丝紤]鑄坯二維收縮的三維流動傳熱模型，據(jù)此研究了角部不同幾何特征(直角、大倒角和多

5、倒角)下結晶器內鋼液流動、傳熱與凝固行為，銅板冷卻水溫度和熱流變化規(guī)律，以及保護渣和氣隙厚度分布情況。通過凝固殼厚度與銅板溫度驗證了模型的正確性；發(fā)現(xiàn)倒角結晶器內鋼液上回流較強，沖擊窄面的強度更大；直角結晶器寬面的冷卻水溫升和平均熱流密度最大，多倒角結晶器在窄面的冷卻水溫升和熱流都高于大倒角結晶器；倒角結晶器窄面中心的凝固殼厚度為11 mm，比直角結晶器小4 mm；直角結晶器出口鑄坯角部溫度為1320 K，大倒角結晶器為1400 K，而

6、多倒角為1480 K；直角結晶器角部的液渣最快降為零，氣隙最早生成同時最厚，而多倒角結晶器氣隙最晚出現(xiàn)同時最??；結晶器角部窄面的氣隙比寬面更厚。
　?、弁ㄟ^測試保護渣的斷裂強度，修正了結晶器摩擦模型，研究了不同角部幾何特征下鑄坯和銅板的摩擦力分布。保護渣在常溫下拉伸斷裂強度為3.95 MPa，壓縮斷裂強度為35.20 MPa；直角結晶器內鑄坯的總摩擦力為53.1 kN，比大倒角和多倒角分別小28.3%和14.2%；多倒角結晶器銅板

7、總摩擦力為17.4 kN，比直角和大倒角分別大11.5%和13.7%。
　?、苎芯苛瞬煌Y晶器角部幾何特征下鑄坯角部的等效應力和摩擦力，與抗拉強度進行了對比，判斷了鑄坯微裂紋產生的幾率。直角鑄坯角部最大的摩擦拉應力為1.44 MPa，是倒角結晶器的兩倍；不同角部形狀結晶器內鑄坯的等效應力以及摩擦力，都很難達到鑄坯抗拉強度，不會導致裂紋產生；大倒角鑄坯角部的熱應力和摩擦拉應力都較小，是最優(yōu)的結晶器角部幾何特征。
　?、萆a應用

8、表明，大倒角結晶器將250 mm厚微合金鋼鑄坯角部溫度提高了78℃，角部橫裂紋從17.68%降低至0.14%；將300 mm厚鑄坯的角部橫裂紋從10.33%降低到0.65%。大生產中出現(xiàn)的少量角部橫裂紋主要是澆注后期結晶器錐度和振動精度降低導致。
　　綜上所述，本論文以避免微合金鋼鑄坯角部橫裂紋為目標，通過對連鑄結晶器內鋼液傳輸行為的研究，分析了結晶器角部幾何特征對改善鑄坯角部溫度和應力狀態(tài)的作用，并在生產應用中取得良好的效果。論