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板坯连铸过程中,铸坯的凝固传热及应力演变过程直接影响铸坯质量,揭示二冷区非均匀真实冷却条件下铸坯的凝固传热及应力变形规律,对制定合理的连铸工艺参数和提高铸坯质量,实现高效连铸具有十分重要意义。为此本文以国内某钢厂1600mm×220 mm板坯连铸生产过程为研究对象,基于实际Q235B钢连铸生产工艺与实测铸流喷淋冷却条件,采用数值模拟方法建立了连铸坯凝固全流程铸坯三维热／力耦合有限元模型,研究分析了板坯铸流非均匀冷却条件下凝固坯壳温度场、坯壳与液芯生长形貌和两相区变化等热行为规律和坯壳凝固收缩与应力演变规律,以丰富连铸过程铸坯二冷区凝固传热及应力变形理论,为实际生产提供理论依据和指导。本文获得的主要结果如下：(1)板坯连铸过程具有显著的非均匀凝固特点。铸坯最早于其宽度方向1/4处完全凝固,最迟于1/8处完全凝固,对应的液芯长度分别为距弯月面20.42m与20.82m。铸坯宽度方向1/4处坯壳完全凝固时,铸坯宽面中心与1/8处的液芯厚度分别为5.1mm与11.9mm。(2)板坯连铸过程,凝固坯壳在铸流内的收缩变形与应力分布变化剧烈,且二者演变规律均在铸坯宽度方向上动态变化。在铸流中上部(距弯月面距离小于16m),坯壳厚度方向的收缩以角部最为显著,平均收缩强度达0.23mm/m。在铸流中下部(距弯月面距离大16m),偏角区200mm处收缩前度最为显著,平均收缩强度降至0.212mm/m,铸坯沿厚度方向的收缩强度最大值也由角部转至铸坯宽面中部,铸坯角部区域的应力变化加剧。(3)拉速变化对铸流内坯壳的凝固传热及应力行为变形影响差异较大。拉速增加,铸坯的温度整体增加,坯壳凝固生长速度变缓,两相区长度增长。拉坯速度由0.9m/min增加到1.1m/min,铸坯1/8、1/4与宽面中心处的两相区长度分别增加了1.89m、1.8m和1.85m。与此同时,拉速增加,凝固坯壳的热应变与热应力均整体减小,拉速由0.9m/min升高至1.1m/min时,铸坯凝固末端的角部与宽面中心的热收缩分别减小0.6mm与1.3mm,对应的热应力也分别由87.6MPa和28Mpa降至67MPa和6.7MPa。(4)轻压下过程对铸坯力学行为变化影响显著。实施轻压下工艺,铸坯的总应变整体呈阶梯状趋势增加,并在压下结束时铸坯表面应变达最大值0.043。实施压下工艺,铸坯角部区等效应力剧烈波动同时迅速增加,轻压下结束时,铸坯角部等效应力约为40MPa,中心区域应力波动范围较小,且轻压下过程应力无明显增大趋势。