在钢的连铸中引入结晶器的振动，被认为是连铸得以工业化应用的关键技术革命。振动式结晶器可以有效改善铸坯的润滑，避免坯壳与结晶器的粘结和漏钢，使连铸过程得以稳定顺利进行。但与此同时，结晶器振动也造成了一些负面影响，使得铸坯表面产生周期性的振痕，并诱发其他相关缺陷如裂纹、偏析等的产生，恶化了坯壳的表面质量。从力的角度看，这是由于结晶器的振动导致了保护渣道压力、坯壳与结晶器之间作用力以及弯月面表面张力的变化，目前的研究也主要集中在这一方面；从传热的角度看，这是由于结晶器的振动导致了初始凝固区域的传热发生变化，影响到初始凝固坯壳的稳定生长，而有关这方面的研究却鲜为报道。 本文从结晶器振动导致的初始凝固区域传热的变化出发，先是在对低熔点金属锡连铸初始凝固点温度测量的基础上，建立了包含“结晶器振动”在内的的二维非稳态传热数学模型，通过扩大计算域和动态物性参数设定等特殊处理，计算了该过程中坯壳的温度变化情况，证实了温度波动现象的存在。对工业条件下不锈钢连铸初始凝固传热过程的计算表明，受结晶器振动的影响，在初始凝固区域铸坯表面的温度波动幅度最大可达到10K，这将会对初始凝固坯壳的生长以及坯壳缺陷的形成产生很大的影响。 基于这一温度波动现象，本文在发展前人提出的包晶相变数学模型基础上，定量计算了温度波动对包晶钢初始凝固过程中各相比例及相界面变化产生的影响。结果表明，温度波动造成δ相向γ相的不稳定转变，使界面δ／γ发生波动，最大相对波动幅度达18％，导致坯壳生长不均匀，增大了表面裂纹等缺陷产生的几率；还造成γ相枝晶间的重熔，最大相对液膜厚度达到将近30％，极大降低了坯壳的抗拉强度和延展性，容易产生枝晶间裂纹或内部裂纹。其中，含碳量为0.1％-0.17％的亚包晶钢受温度波动的影响尤为突出。在某种程度上，这一计算结果从理论上定量解释了工业生产中部分包晶钢、不锈钢为什么难连铸的问题。 为了验证温度波动对坯壳质量的影响，本文对某厂生产的304L不锈钢铸坯的表面形貌，利用OM、SEM、EDS和XRD等多种手段进行了检测分析，发现了一种新的振痕形貌——熔断溢流型振痕，经分析它正是由于初始凝固区域温度的波动，导致凝固弯月面熔断，钢液发生溢流而形成的；另外，还发现两种表面偏析，分别出现在凹陷型和溢流型振痕底部。其中前者的形成也与温度波动密切相关，它是在凹陷型振痕形成时，由于初始凝固区域的温度的升高，造成半固态坯壳枝晶间的重熔，并在保护渣道负压力下，把富含溶质元素的钢液通过枝晶间的通道抽入振痕底部而形成。 总之，本文对结晶器振动条件下初始凝固区域的传热过程进行了研究，计算并证实了连铸初始凝固区域温度波动现象的存在；基于这一温度波动，通过数学模型，计算了温度波动对包晶钢连铸初始凝固过程的影响，从凝固枝晶间的重熔和各相间比例变化的角度出发，理论上定量解释了亚包晶钢难连铸的原因；最后结合工业现场不锈钢铸坯金相观察分析，基于温度波动现象对“熔断-溢流型振痕”和初始凝固区域偏析的形成给出了解释。