结晶器是连铸机的核心部件,完成将钢液初步凝固成型的任务。结晶器与铸坯之间会发生复杂的热、力行为的作用,结晶器内的传热凝固与摩擦润滑状态决定结晶器的工作状况,最终决定铸坯的表面质量和连铸机的生产能力。当前结晶器监控技术的核心是热学和力学行为的在线检测,其目的是能够实时了解结晶器与铸坯间的传热、摩擦和润滑状况,为实现铸坯质量的在线预测和调控提供帮助和支持。因此,分析和掌握结晶器内热学和力学行为的作用机理,开发和应用基于实测数据的结晶器内传热与摩擦润滑的计算方法,是顺应高效连铸技术发展的根本要求。本文以连铸结晶器为研究对象,围绕着连铸结晶器内发生的传热和摩擦行为展开工作,着眼于推动和促进结晶器热、力行为研究的生产应用,归纳总结以往研究工作的成果与不足,对结晶器内的传热凝固和摩擦润滑行为进行模拟与检测研究。首先,建立基于实测的板坯连铸结晶器传热反问题数学模型,并对实际工况下的结晶器传热与铸坯凝固行为进行分析;其次,推导并建立结晶器-保护渣-铸坯界面摩擦行为的数学模型,对结晶器内的润滑摩擦行为进行讨论;第三,基于液压振动装置驱动的板坯连铸机,研究和建立结晶器摩擦力的瞬态检测模型,并对摩擦力的检测结果进行分析;最后综合模拟计算与检测实验的内容,提出结晶器内传热与摩擦状态联合监测的应用构想,并进行初步的设计与讨论。针对板坯结晶器热电偶的排布特点,研究并建立板坯连铸结晶器传热反问题的数学模型。基于实测温度数据,对结晶器传热与铸坯凝固行为进行了模拟计算,细致分析了实际工况下结晶器内的热流和坯壳厚度分布,以及拉速的影响,并对模型的合理性和传热计算应用的可行性进行了验证。依据摩擦学的基本原理,利用结晶器保护渣的界面模型,界定并划分铸坯表面不同的接触和摩擦状态,同时引入了混合润滑理论,建立了详细描述结晶器-保护渣-铸坯间界面摩擦行为的数学模型。利用基于实测的板坯结晶器传热计算结果,对结晶器与铸坯间的液渣膜厚度分布、保护渣的润滑状况及界面上摩擦应力的变化和影响因素等进行了分析和讨论,并由此提出了可用于生产现场的结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法。基于液压振动装置驱动的板坯连铸机,根据经典的受迫振动理论,对结晶器振动过程中的受力状况进行分析,确定了结晶器摩擦力的检测思路,回归出空振输出力的计算模型,并对模型的合理性及参数的取值规律进行了讨论。根据结晶器摩擦力的检测结果,对实际生产条件下的摩擦力的瞬态行为、其相关参数的变化、振动方式的影响和摩擦力的异常状况等进行了分析,结果表明:正常工况下,瞬态摩擦力近似随结晶器振动速度变化,二者符合较好;漏钢前,摩擦力随振动速度变化的趋势不再明显,摩擦力变化紊乱、无规则。