连铸结晶器内复杂的凝固环境极易使得塑性和强度较小的初凝坯壳产生初始质量缺陷,并在后续矫直、二次冷却、轧制等环节继续拓展和传播,最终发展成为影响钢铁产品质量的主要缺陷。本课题基于材料力学理论,针对弯月面初凝坯壳及附属枝晶建立力学模型,结合生产现场连铸参数和材料高温力学性能全面分析结晶器振动过程中初凝坯壳以及一次枝晶的状态变化,阐明连铸坯表面、皮下初始缺陷的形成机理。本文主要结论如下:(1)通过对弯月面初凝坯壳建立简支梁力学模型,分析结晶器振动周期内初凝坯壳受力状态,发现结晶器振动诱发的机械应力作用效果明显。结晶器振动正滑脱段内,初凝坯壳受最大弯曲应力可达到-152.5 kPa,负滑脱时期最大弯曲应力可达到117.5 kPa。临界断裂强度仅为113.3 kPa的高温坯壳很容易在弯曲应力作用下被突破而产生裂纹缺陷;(2)结晶器振动正滑脱段内,当结晶器上振速度大于1.6 m·min-1时,坯壳初始表面裂纹将形成于弯月面处距钢水自由液面1.9-5.6mm范围内;负滑脱时期内,当结晶器下振速度超过6 m·min-1时,坯壳初始内裂纹将形成于弯月面处距钢水自由液面3.1-4.3 mm范围内;(3)适当增大振动因子,减小振幅和振频可降低坯壳初始表面裂纹的形成几率;适当减小振动因子、振幅以及振频可减少坯壳初始内裂纹的形成;(4)弯月面处一次枝晶生长过程中因钢液流动产生的最大弯曲应力可达到28.7-73 MPa,枝晶有可能发生根部断裂,导致该部位凝固组织生长缓慢,凝固前沿推进速度慢于周围正常枝晶部位,形成不均匀凝固现象;(5)结晶器振动正滑脱时期,弯月面处一次枝晶因坯壳弯曲而搭桥,从而形成瞬时封闭结构。导致枝晶间吸附的气泡、富集溶质、夹杂等无法通过与外部液相交流而去除,从而诱发铸坯缩孔、皮下气泡以及夹杂等凝固缺陷。