Alvarez等[4] 沿着高度，在钢坯结晶器铜板的中央纵截面上建立六排测量点（测试点上安装两个热电偶）对钢液传递给结晶器的温度和还有内部钢液热流同时进行监控。之后分析了不同的渣膜对结晶器的传热也有不同的影响和结晶器内瞬态热能传递的异变情况。

当然国内的研究人士也进行了大量的关于结晶器热流和温度检的实验研究。例如尹合壁和姚曼等[5-7] 在结晶器周围的方向上，使用36热流量传感器安装在距离结晶器顶部不同的高度处。同时检测热流量和温度。建立了圆坯结晶器热流和温度的在线监测系统。实验发现结晶器中的热流量最大处在弯液面以下70-110毫米的范围里，形成局部区域高热流；在其周围方向的热传递是瞬时变化的并且不均匀，并且设备的状态不同也会造成热流周围方向分布的趋势不同。

姚曼和苏云刚等[8] 将NiCr-NiSi型热电偶(58点和12点)用于弧形连铸坯模具的温度检测。结果表明：结晶器内温度分布在生产过程中并不是稳定不变的而是一个不断变化的动态状态，其中的相同高度直线或截面处的温度也并不是均匀分布的，钢坯的表面质量和拉漏问题的因素也包含了结晶器内部温度的分布情况和设备的状态等因素。

C.连铸过程传热数学模拟分析研究现状

Szekely[9,10]作为结晶器传输过程数值模拟的先驱，基于势流理论在1970年，模拟了结晶器中钢液的传热行为和流动状态。并1973年在传输方面进行了进一步讨论。Thomas[11]，在1990年，采用具有两个方程的k-ε湍流模型在不同浇注速度和不同水口参数下的钢水流场分布。2000年以来，学者们[12,13] 采用LES方法研究其中钢水的瞬态流动行为。LES是其内部钢水湍流数值模拟中最有前途的技术。然而，LES需要高计算机内存和计算速度，这限于实验室中进行钢水流动的行为模拟。仿真计算表明，最常用的湍流模型仍然是k-ε方程模型[14-17]。数学模型的建立及计算流程如图1.3所示。

图1.3软件模拟流程图

S.Hintikka等[18] 在水口侧部出水口处对钢水的流动情况做出了数值模拟。然后利用模拟结果作为结晶器中整个钢水流动的流场模拟的初始条件，从而研究 水口侧部出水口的倾角，浸入深度和板坯的宽度和浇注速度对其内部钢水流动分布的影响。

Ho.Y.H等[19] 建立了结晶器内钢水湍流运动及上液面波动的3D数学模型。 研究了连铸中水口结构参数对其中钢水流场分布的影响。

国内的石俊等人[20] 使用ANASYS软件来模拟板坯连铸结晶器内的液体流动和传热。分析了拉坯速度和水口侧部出水口的角度对其中钢水流动状态和传热结果的影响，并对现场生产工艺进行了优化。

1.2.3钢液的凝固

钢水凝固过程的第一个区域位于结晶器，钢水在其中被冷却到所需的尺寸。在这里，钢液受冷被凝固成坯壳被称为初次冷却，这个过程里，几乎所有的热量都是由水箱中循环的冷却水所带走的，但是仍然有少量的热量通过钢水弯液面垂直向上散发或者通过凝固壳的下部散发出去。

连铸过程中，结晶器有两个主要功能：在第一阶段，成为钢液逐渐的凝固形成的凝固壳的支撑面，并且通过凝固坯壳将钢液的热量带走，凝固坯壳中的钢液温度依旧十分的高，只有热量传递速度足够的大，凝固坯壳才不会因为钢液温度过高而变薄，或者因厚度不够、强度不够而发生破裂。

A. 凝固坯壳的形成

图1.4坯壳形成

凝固坯壳的形成过程：

1) 钢水与铜壁接触，因为钢液张力和冷却水的冷却效应，在铜壁处形成一个半径较小的弧形面，在此弧形面的根部，因为直触铜壁使得冷却速率极快，最初的凝固壳因此快速形成，又因为钢液面的表面张力抵抗了剪切力，经过设备的振动，钢水顺着弯月面向下流动延伸出新的凝固坯壳，如图1.4(a)；如果钢液上层中的保护渣不能完全吸收钢液中上浮到钢渣交接面的化合物，钢水表面的张力就会因为含有化合物的影响而降低，当张力降到640dyn/cm，弯月面的半径跟着减小，导致其弹性薄膜性能丧失用途，最终破裂。保护渣具有润滑、吸收上浮到钢渣界面的化合物的能力，从而保证钢液面的表面张力足够的大，进而维持最初形成的弧形面的弹性薄膜性能。所以保护渣对凝固坯壳的生成以及表面质量有着重大影响。