连铸生产中,添加在钢液表面的保护渣吸热熔化并在钢液表面形成稳定的粉渣层、烧结层与液渣层三层结构。伴随着结晶器的周期性振动及连铸坯的不断下移,液渣流入到结晶器和铸坯之间的缝隙内部,担负着稳定传热和降低摩擦等重要的冶金功能。在正常的连铸工况条件下,钢液表面液态渣层的厚度需要控制在一个相对稳定的范围内,以平衡上方烧结层保护渣的吸热熔化与液渣向下的流入和持续消耗。结晶器弯月面区域保护渣的流入行为是影响保护渣消耗量并决定铸坯质量的重要因素,生产中应尽力确保液渣的稳定供应和流入,促进液态渣膜均匀分布,以均匀化传热和降低摩擦。正确认识和调控保护渣复杂的传热和流动状态,对于稳定和提高连铸坯表面质量具有重要意义。本文基于传热学、黏性流体力学基本原理,建立了描述保护渣流动／传热的数值计算模型,对结晶器钢液表面保护渣的流动／传热行为、渣道缝隙内液渣流动速度及保护渣消耗进行了计算和分析。首先,基于国内某钢厂弧型板坯连铸机的设备参数和浇铸工艺,依据Navier-Stokes流体动量守恒方程及能量方程,建立了描述钢液表面液态保护渣流动／传热的二维纵截面数值模型,计算和分析了保护渣的流场和温度场分布,探讨了渣层厚度、保护渣黏度及剪切速度等因素对液渣层流动和传热状态的影响。此外,针对结晶器弯月面区域保护渣的流动和消耗特点,依据Navier-Stokes动量方程以及剪切应力SST k-w湍流模型,建立了弯月面区域保护渣流动二维数值模型,模型充分考虑了结晶器振动及拉坯速度对保护渣流入的影响,采用Bikerman方程确定保护渣和钢液的初始界面,并通过选取合适的湍流模型对Navier-Stokes方程进行简化,对一个完整的结晶器振动周期内保护渣的瞬态流动、渣／钢界面波动及渣道横截面流动速度的周期性变化规律进行了计算和分析,并考察了拉速、振频与振幅等参数对保护渣消耗量的影响,研究结果为考察保护渣复杂的冶金行为提供参考。