随着钢铁行业和连铸技术的快速发展,怎样提高连铸坯的质量已经成为冶金学者关注和研究的主要问题之一。连铸坯的质量问题不仅影响连铸技术的发展速度和效率,而且一旦连铸坯出现质量问题,其后续产品的质量必然会受到一定程度的影响,连铸坯在不同的冷却阶段的凝固行为以及凝固组织是影响铸坯质量的最重要因素,因此,对不同连铸工艺下铸坯的凝固过程和凝固组织进行研究是非常有意义的。本文选择数值模拟的研究方法,以唐山某钢厂生产的截面尺寸为150mm×250mm的50号钢矩形坯连铸过程为研究对象,使用铸造仿真软件Pro CAST,完成了矩形坯在结晶器内的非稳态模拟、整个连铸凝固过程的稳态模拟以及对凝固组织的模拟。基于Mi LE算法建立了非稳态模型,通过对结晶器内的连铸过程进行非稳态模拟,得到了矩形坯的温度、应力和气隙的分布规律。铸坯在结晶器冷却段,角部因向两个方向散热最先凝固,受到的应力也最大,此外角部最先产生气隙且气隙最大。同时分别改变不同的浇铸温度和拉坯速度进行了模拟,发现拉坯速度的改变对模拟结果影响更加明显,增大浇铸温度或拉坯速度都会使得铸坯表面各个位置的温度升高,对应地造成各个位置的应力都减小。通过改变浇铸温度、拉速及二冷强度对整个连铸过程进行稳态模拟,得到了不同工艺下铸坯中心温度和固相率的分布规律以及糊状区和液相穴变化情况。结果表明,增大浇铸温度,铸坯达到稳态时中心位置的温度升高,糊状区长度没有明显变化,但起止位置更滞后同时液相穴变长;增大拉坯速度,铸坯达到稳态时中心位置的温度升高,糊状区起止位置更滞后且整体长度变大,液相穴也更长;增大二冷强度,稳态时中心位置温度降低,糊状区变短且起止位置提前,同时液相穴也变短。通过改变不同形核及工艺参数,对矩形坯的凝固组织进行了模拟分析,结果表明:平均形核过冷度越大,等轴晶占比越小,晶粒相对越粗大;最大形核密度越大,等轴晶越多,晶粒更加细小;浇铸温度越高,等轴晶越少,晶粒平均尺寸越粗大;拉坯速度越高,等轴晶越多,晶粒相对越细小;二冷强度越大,激冷层厚度变小,柱状晶越发达,晶粒平均尺寸越大。