连铸结晶器内的凝固与传热对工艺操作和铸坯质量具有至关重要的作用,结晶器壁的界面传热是影响钢液凝固与传热的关键环节,对初生凝固坯壳的均匀性、铸坯表面质量等具有重要影响。本论文通过在结晶器壁设置沟槽的方法,研究沟槽对结晶器传热效果的影响规律,以探讨改善结晶器传热和初生凝固坯壳传热状况的新途径,具有重要的理论意义和实用价值。本论文采用自主设计的沟槽结晶器实验装置,即以具有不同尺寸的纵向细沟槽的铜板组装成方坯结晶器,并以Sn-Pb-Bi低熔点合金进行浇铸实验,通过对凝固实验过程中结晶器壁温度的监测、初生凝固坯壳的分析和数值模拟计算,系统地研究了不同沟槽尺寸对合金凝固传热和坯壳均匀度的影响规律,并分析了其作用机理,为沟槽结晶器技术的开发和应用提供了理论基础和技术基础。本论文首先进行了沟槽宽度均为6mm,沟槽深度分别为2mm、4mrm、6mm和无沟槽的组合结晶器的Sn-Pb-Bi合金浇铸实验。实验结果表明:当结晶器无沟槽时,结晶器壁的温度梯度最大,平均热流量最大值达459.6kW/m2;初生凝固坯壳在横向和纵向上都表现为凹凸不平,均匀度较低,平均不均匀度为0.18055。而结晶器设置沟槽之后,结晶器壁的温度梯度显著降低,平均热流量减小,并趋于稳定;初生凝固坯壳内表面光滑平整,厚度减薄,在横向和纵向上均匀度明显提高。表明结晶器沟槽能够有效地控制结晶器壁面传热,使得坯壳生长趋于均匀。在沟槽宽度均为6mm条件下,当沟槽深度分别为2mm、4mm和6mm时,结晶器铜壁的热流最大值分别为268.1kW/m2、277.7kW/m2和373.4kW/m2,相对于无沟槽结晶器分别降低了 41.7%、39.6%和18.8%;其中,以沟槽深度为4mm时的热流分布最为稳定平缓;初生凝固坯壳的平均不均匀度分别为0.03542、0.06181和0.08819。表明沟槽深度为2mm时坯壳均匀度最高,沟槽深度为4mm时坯壳均匀度次之。本论文还进行了沟槽宽度均为6mm条件下,沟槽深度分别为1mm和3mm的组合结晶器的Sn-Pb-Bi合金浇铸实验。实验结果表明:当沟槽深度为1mm时,结晶器铜壁的平均热流量和热流梯度较大;初生凝固坯壳的平均不均匀度为0.07883,坯壳内表面存在些许凹凸区域;当沟槽深度为3mm时,结晶器铜壁的热流明显减小,热流梯度显著降低;初生凝固坯壳平均不均匀度为0.06197,均匀度显著提高。数值模拟计算结果表明,当结晶器沟槽深度分别为2mm和4mm时,坯壳横截面的温差值均较无沟槽和沟槽深度为6mm时的显著降低。此规律与合金浇铸实验获得的沟槽深度对结晶器最大平均热流量和坯壳横截面厚度均匀性的影响规律相一致。通过有无沟槽组合结晶器的Sn-Pb-Bi合金浇铸实验和数值模拟计算研究表明,当沟槽宽度为6mm,深度分别为2mm、3mm和4mm时,即沟槽宽与深之比为1.5～3时,结晶器沟槽能够有效地控制结晶器壁面的传热,实现均匀缓冷,使得坯壳均匀缓慢生长。