薄板坯连铸连轧工艺是一项短流程近终形连铸连轧技术,是在氧气转炉炼钢技术和连续铸钢技术之后引领钢铁工业发展的最重要的革命性技术之一。浸入式水口是薄板坯连铸工艺的核心功能耐火材料元件,要求结构特殊、使用条件苛刻,同保护渣、结晶器一起被认为是薄板坯连铸的三项关键相关技术。薄板坯连铸浸入式水口外形受结晶器开度的限制,整体呈薄壁扁平状,上部为圆柱形,向下逐步过渡为扁平状,给成型和加工带来极大的困难。FTSC薄板坯连铸浸入式水口,由功能梯度材料构成,采用冷等静压工艺成型。实现FTSC薄板坯连铸浸入式水口“近终形”成型,不仅可以节约原料、简化生产工艺路线,而且可以提高使用稳定性和可靠性,是行业内一直追求的目标。本文运用TRIZ创新方法中的ARIZ算法,开发FTSC薄板坯连铸浸入式水口“近终形”成型模具,将其冷等静压成型系统转化为简单的问题模型,通过问题分析、矛盾确定、方案解评价、解决方法改进等步骤,最终得出解决技术方案:具有梯度硬度结构的聚氨酯橡胶包套。并进一步采用有限元数值分析方法,构建含碳粉体材料本构模型和柔性包套超弹性本构模型,利用MSC.Marc对FTSC薄板坯连铸浸入式水口,采用梯度硬度结构的聚氨酯橡胶包套成型过程进行分析。针对本体变径位置、渣线位置和出钢口位置,分析成型坯体在冷等静压成型过程中的应力分布、密度分布和外形尺寸的变化情况,以及模具形状、硬度和摩擦系数对成型坯体的影响,优化模具设计方案并验证。上述技术方案成功获得国家专利授权,预期应用于全行业,可以带来薄板坯连铸浸入式水口成型工艺的技术革新。同时验证TRIZ创新方法和有限元数值分析应用于功能耐火材料元件生产工艺开发改进具有重要意义。