连铸发展史上最显著的成就之一就是近终形连铸技术,也是目前钢铁行业的重要发展趋势。异型坯作为近终形连铸技术中的一种,其主要用途就是用来轧制H型钢。然而,我国关于异型坯的研究尚处初步阶段,生产出的异型坯不论质量还是数量都远远达不到国内的需求,因此对异型坯展开深入研究是十分有必要的。本文以国内某钢厂断面尺寸555 mm×440 mm×90 mm的异型坯为研究对象,从改进二冷配水和改善铸坯质量这一思路出发,对现场的连铸工艺参数和冷却制度进行全面的调研,以找出影响铸坯质量的关键因素。然后以此为根据使用数值模拟软件ANSYS建立了二维和三维数学模型,研究分析了从结晶器到二冷区的凝固传热过程中的温度与应力的耦合场及其对铸坯质量的影响。其中,本文基于ANSYS提出了一种新的三维移动边界数值模拟方法。本文主要的结论如下:(1)根据现场调研,该厂的异形坯二冷配水制度不合理,且矫直时在温度700°C~900℃之间,处于钢的温度脆性区,极易产生表面裂纹。(2)数值仿真模拟结果表明,异型坯断面形状复杂,其传热凝固特性与常规铸坯不同。在连铸前期,高温区的变化是呈近似轮廓等比例缩小的状态,后期则形成以液相穴为中心点的三角形高温区。其中翼稍部位传热速率最快,翼缘次之,内缘(R角)最慢。其温度曲线是波动的,回温的主要原因就是凝固潜热的释放和各区水量的递减。(3)研究了拉速、过热度和水量变化对铸坯温度和应力的影响,其中发现拉速与水量的变化对铸坯表面温度和应力影响较大,过热度影响较小。拉速提升10%,坯壳厚度就会减少3%~6%;过热度增加10℃,最大热流密度就会提高4%~7%,坯壳厚度也会相应的减少2%~4%。(4)铸坯的断面温度曲线表明,随着距弯月面距离的增加,断面温度曲线会越来越平滑,温度分布也会越来越均衡。在离弯月面3.9 m处,腹板中心点完全凝固,厚度为45 mm;到距弯月面10.8 m处整个铸坯完全凝固,窄面中心点坯壳厚度为80 mm。(5)对比热应力和弯曲应力,发现热应力主要受到温度梯度的影响,温度梯度越大,热应力越大,高应力区主要集中在翼稍、翼缘;而弯曲应力受力学结构影响,高应力区主要集中在内缘和翼缘内角之间的翼板内壁上。