结晶器内钢液凝固行为对铸坯表面质量有直接影响,因此研究结晶器内初生坯壳凝固行为对提高铸坯质量有重要指导意义。首先基于节点温度传递法建立矩形坯结晶器内铸坯三维瞬态传热数值模型,采用有限元软件ANSYS模拟得出结晶器内铸坯三维稳态温度场。根据所得的三维温度场,建立了一种结晶器内铸坯三维应力分析方法。即采用接触算法实现对坯壳的应力分布研究,模拟铸坯的实际运动过程,分析运动过程中铸坯三维变形过程。最后研究了不同工艺参数对铸坯凝固行为的影响。结果表明,采用接触算法,通过ANSYS建立了三维凝固热力耦合模型,实现了对结晶器内坯壳凝固行为的三维变形过程分析。通过节点温度传递法得出矩形坯三维稳态温度场分布。结晶器出口角部表面区域温度最低为880℃,宽面中心与窄面中心分别为1239℃、1236℃。宽面坯壳厚度达到约10.7mm,窄面坯壳厚度达到约11.2mm。表层坯壳表现为拉应力状态,内部坯壳表现为压力应力状态。每段坯壳应力最大值均出现在下层角部区域。铸坯向下运动过程中,角部区域节点应力率先增加且增大速度很快。在结晶器出口位置,由于角部温度低,第一主应力值达到82.8 Mpa,等效应力为59.5 Mpa。宽面窄面增加平缓,均只有十几兆帕。