结晶器内钢水凝固过程伴随的流动、溶质再分配、传热和应力等复杂行为,极易引发铸坯的各种缺陷,探索连铸坯凝固过程中发生的传热与力学行为,是解决铸坯中各种缺陷的重要途径。连铸生产工况恶劣,通过试验的手段对铸坯的凝固过程进行研究十分困难,鉴于此,本文的工作重点是对结晶器内铸坯传热/应力的数值计算与可视化方法进行研究,具体包括以下内容:首先,依据连铸的工艺特点,建立基于有限元方法的连铸坯传热控制模型和热弹黏塑性应力计算模型。为解决熔融钢水液固相变释放大量潜热导致计算不收敛的问题,通过热焓法处理凝固潜热;利用加权余量法构造了有限元形式的传热计算模型,将其作为应力计算的前提条件。之后,依据二维平面应变模型,考虑凝固收缩、弹性变形、塑性变形、蠕变对铸坯力学行为的影响,通过热弹黏塑性本构模型建立连铸坯应力计算模型。基于以上数学模型,运用C++编程语言自行开发设计面向对象的连铸坯有限元传热/应力计算专用程序,为研究铸坯在结晶器内的传热、凝固和变形提供可靠手段。然后,以国内某钢厂2300×220 mm的宽厚板坯为研究对象,依据结晶器铜板热电偶实测数据,通过传热反问题算法获得铸坯传热和凝固模块所需的边界条件,由此计算讨论了铸坯的传热与坯壳生长规律。基于传热计算结果,对铸坯宽面的应力、应变进行计算,分析了宽面力学行为的分布特点。重点考察了偏角部区域坯壳厚度、应力、应变的非均匀性及存在的差异,探讨近角部裂纹成因的影响因素。最后,在有限元传热/应力计算程序的基础上,运用OpenGL图形技术开发了面向对象的连铸坯传热、应力可视化模块和程序。采用平滑着色模式与深度测试功能,绘制三维图形,直观呈现铸坯和结晶器物理场的分布状态。通过响应键盘和菜单操作的消息处理,控制模型旋转和选择建模渲染对象,观察铸坯内部与表面任意区域的物理场分布,以便捷了解和掌握铸坯在结晶器内的凝固过程,为提升连铸过程的可视化水平及连铸坯质量提供技术支持和参考。