本文对板坯连铸结晶器热态调宽系统关键技术进行理论研究,设计出完整的调宽操作控制流程和调宽控制方式,完成了结晶器热态调宽系统的工程设计。该系统应用了目前最新的调宽方法,即变速变锥调宽法。从提高系统可靠性和安全性出发,本文应用创新方法TRIZ理论对目前钢铁企业应用结晶器热态调宽系统过程中出现的漏钢问题进行定义、分析和求解。最终得出解决该问题的方案,即改变锥度与降低拉速相结合。为研究调宽控制方式以及调宽生产操作参数提供了理论依据。本文应用连铸结晶器内传热、流动及凝固过程的耦合模型和非稳态傅里叶传热导模型对结晶器内的钢水凝固传热进行了建模研究。首次以计算结晶器内坯壳厚度分布为目的,应用流固耦合模型数值模拟结晶器内钢水凝固传热。连铸结晶器内传热、流动及凝固过程的耦合模型考虑了流动对钢水凝固、传热的影响,直接将流速代入到能量守恒方程中进行耦合计算,模型假设更少,更符合结晶器内钢水物理、化学变化过程。通过对两种模型计算结果的分析和对比,应用流固耦合模型数值模拟结晶器内钢水凝固传热更准确。本文首次对结晶器热态调宽生产操作参数调宽速度和连铸机拉速进行了建模定量研究;并且依据实例对结晶器软夹紧力和调宽液压缸推力进行了设计计算。应用质量守恒原理(即结晶器热态调宽时,调宽速度需满足结晶器入口和出口的通钢量相同)和充分冷却设计原则对结晶器调宽速度进行定量研究,并推导出两种调宽速度的计算公式。应用质量守恒原理获得的是调宽速度与调宽距离、结晶器高度以及连铸机拉速之间的函数关系;而应用充分冷却设计原则得到的是调控速度与锥度、钢种凝固收缩率和拉速之间的函数关系。推导出的两种计算公式都反映出调宽速度与拉速值之间成正比关系。在结晶器热态调宽过程中,根据超塑性自由胀形的解析法对结晶器内宽窄边坯壳进行受力分析,推导出宽窄边坯壳应变的计算方法。从安全生产角度出发,以不产生裂纹为原则,应用临界应变假说(在调宽过程中,当结晶器宽窄边坯壳产生的应变小于其临界应变时,坯壳不产生裂纹),对调宽速度和拉速进行约束。通过研究发现,调宽速度和拉速之间存在约束关系,需要选取合适的拉速来匹配调宽速度。该结论与应用创新方法TRIZ理论研究得出的结论相一致,验证了应用创新方法TRIZ理论研究得结果的正确性。根据经验和现场使用情况为某项目连铸机结晶器软夹紧力设定了合适的安全系数。应用金属超塑性变形理论对调宽过程中坯壳变形应力进行计算,推导出调宽过程中坯壳最大变形应力的计算方法,从而为调宽液压缸的设计提供了参数。本文最后对新日铁研发的高速调宽原理进行了研究,并与现有的调宽系统进行了分析比较。综上所述,本文以实例设计了结晶器热态调宽系统。应用创新方法TRIZ理论对当前调宽系统存在的漏钢问题进行了分析求解;并重点对系统的关键生产参数进行建模定量研究,推导出调宽速度和铸机拉速的定量计算公式;为结晶器热态调宽系统的安全使用提供了理论依据。