连续铸钢技术在钢铁工业中起着承上启下的关键作用，被认为是钢铁工业上个世纪以来巨大技术进步的标志之一。铸坯在连铸二次冷却过程完成最终凝固，二次冷却结构、工艺及控制对铸坯质量有着重要影响。当前对连铸二次冷却结构、工艺等的初始设计仍然采用盲目性较大的试错法或经验主义。随着技术的进步，对铸坯质量提出了更高的要求，开展与铸坯质量相关的钢种高温性能，铸机本体结构设计优化，连铸工艺及铸坯缺陷研究成为冶金工作者的重要研究内容。　　 论文以攀钢新建圆(方)坯连铸机中φ200mm圆坯连铸为研究对象，紧密围绕提高铸坯质量这一最终目的，首先系统地对钢种高温物理性能进行了测试，分析了在升温和降温过程相变温度区间的变化规律；与此同时，获得了不同温度变化速率对铸坯相变温度点的影响规律。通过建立热/力耦合数学模型，深入研究了二次冷却均匀性对铸坯温度场和应力场的影响，结合连铸工艺实际，提出了均匀冷却和稳定控制连铸二次冷却过程的方法。在弹塑性断裂力学的基础上，建立了铸坯表面裂纹扩展的判据，并首次测试了高温状态下铸坯的JIC值。论文的主要研究成果如下：　　 ①系统测试了L245钢的高温热膨胀性能、热容及DSC曲线。结果显示，在升温和降温过程铸坯的热膨胀性能表现出不同的特征，升温过程珠光体向奥氏体转变时的相变收缩小于热膨胀量，铁素体开始向奥氏体转变时，热应变小于相变收缩量，使得伸长量呈先升后降的特点。而在降温过程，共析转变相变膨胀大于冷却收缩量，在不同的降温速率下均表现出共析膨胀峰值。受相变动力学的影响，温度改变速率越快，相变温度区间呈扩大的趋势。依据实测结果，确立了各个相变温度点与温度改变速率之间的定量关系式，这为准确判断不同冷却条件下钢的低延性温度区间奠定了热力学基础。获得了L245钢在不同温度点的微分热膨胀系数定量值；与此同时，分析获得钢在700-1000℃之间出现塑性凹槽的热力学原因是由于奥氏体与低温铁素体之间的转变造成钢总应变呈膨胀(升温)或收缩(降温)，而共析转变对塑性凹槽的形成没有明显影响。　　 ②建立了圆坯连铸二次冷却热/力耦合有限元模型，确定了圆坯连铸的喷嘴冷却系数、喷淋宽度，确立了圆坯表面周向水流密度的分布规律。在热/力耦合数学模型的基础上，深入分析了铸坯在二次冷却区的传热及应力规律，提出在拉坯方向上采用非等间距的喷嘴布置方式，并实际解决了在相邻冷却区温度回升而造成的应力峰值，为生产良好的铸坯奠定了基础。对圆坯连铸相邻两排喷嘴的错位角度进行了研究，结果表明在现有条件下，相邻两排喷嘴错位22.5°为最优设计。分析拉速波动对铸坯表面温度的影响，建立了基于驻留时间模型的动态控制算法。研究了钢液过热度和二次冷却水温对铸坯表面温度和凝固终点的影响，表明钢液过热度升高20℃，铸坯凝固终点向前推进0.41m，但对铸坯表面温度的影响不大；二次冷却水温升高20℃，凝固终点向前推移0.70m，同时表面温度平均升高约25℃；在此基础上建立了稳定控制铸坯表面温度和凝固终点的算法。　　 ⑨铸坯裂纹在二次冷却过程的扩展对铸坯质量的最终判定起决定作用。论文在弹塑性断裂力学的基础上，建立了裂纹扩展的判据，利用扩展有限元数学模型模拟了铸坯裂纹的扩展规律，结果表明：带裂纹的铸坯在二次冷却过程中，当圆坯周向冷却不均匀时，在裂纹尖端形成极大的应力值而造成铸坯裂纹向深度方向扩展。与此同时，首次测试了高温状态下铸坯的断裂韧度值，为判断铸坯裂纹的扩展奠定了物理基础。　　 ④论文的研究成果应用到了攀钢圆(方)坯铸机的二次冷却结构设计和实际生产。铸机投产后通过对表面温度、凝固壳厚度及结晶器热流密度进行测试，测试结果表明铸坯表面温度、凝固壳厚度及热流密度与仿真计算值保持一致。同时对铸机热试阶段、实验性质生产阶段及达产阶段的生产状况进行了全方位跟踪，结果显示：铸坯缺陷率长时间保持在极低水平，验证了论文研究内容的可靠性和合理性。