当前,随着我国汽车、造船、航空航天等制造业的蓬勃发展,高铁、桥梁建设等快速进步,经济发展对钢材性能的要求也越来越高。但是,连铸坯的表面裂纹、中心偏析和中心疏松等质量问题,还严重制约了高质量板坯连铸的生产,其中动态二冷和轻压下技术对提高板坯质量尤为关键。但现有的板坯连铸动态二冷控制和动态轻压下模型还存在着控制不够精准、稳定性不够高的问题,进而导致冶金效果不够明显。另外,二冷喷嘴工作状态对铸坯质量有着重要的影响,但目前绝大多数的连铸机,仍然依靠人工来检测,存在检测不及时、不到位等诸多缺点。因此,研究开发高质量板坯的新型动态二冷控制和动态轻压下模型,并开发二冷喷嘴工作状态实时诊断模型,对提高板坯质量有着十分重要的意义。本文以生产高强度船板钢、压力容器钢、耐腐蚀钢等高附加值产品为主的国内某板坯连铸机A为研究对象,研究开发了板坯连铸在线三维温度场仿真模型,提出了基于在线三维温度场的板坯连铸新型动态二冷水量控制方法;研究开发了板坯连铸二冷喷嘴工作状态实时诊断模型。与此同时,基于铸坯的三维凝固形貌特征,新型动态轻压下模型选择拉速方向上最后凝固且在横向上液芯体积最多的区域作为轻压下的最佳压下位置;并研究获得了提高板坯连铸扇形段在线辊缝控制精度和稳定性的方法。最终将研究与获得的以上新技术和新方法进行了模型软件开发并应用于工程改造中。通过改造前后冷坯目标厚度最大偏差以及冷坯平均厚度偏差、铸坯表面质量、铸坯中心偏析等级、轧制后的探伤合格率指标对比情况,考察验证了研究开发结果的工业应用效果。本文的主要研究内容和取得的主要成果如下:（1）研究开发了板坯连铸在线三维温度场仿真模型。在二维凝固传热模型的基础上,采用“有限厚度切片单元”方法,通过动态实时跟踪连铸机上所有切片单元的温度信息,实现了板坯连铸三维温度场的在线模拟仿真。研究分析了铸坯纵向和横向上的传热边界条件差异,并提出了采用切片单元节点在线识别与加载二冷水流密度的方法。通过提出双进程程序构架的方法,消除了因运算节点数成数量级增加而导致的以在线三维温度场仿真计算为基础的监控模型运行中出现的卡顿现象,满足了监控模型在线控制的要求。通过手动测温、在线连续测温以及射钉试验对板坯连铸在线三维温度场仿真模型的准确性和可靠性进行了工业验证。（2）研究提出了基于在线三维温度场的板坯连铸新型动态二冷水量控制方法。将换热系数作为桥梁,提出了基于前馈和反馈控制的二冷水量精准控制算法,通过模拟仿真验证了该控制算法在不同工艺参数（过热度、拉速、钢种）以及拉速波动、过热度波动、在线更换水口条件下的适应性与准确性。提出了基于在线三维温度场的板坯连铸新型动态二冷水量控制方法,该方法在国内某板坯连铸机B上升级替换了原有的传统的动态二冷水量控制方法（以二维温度场为基础,无法考虑铸坯横向冷却差异）,升级替换前后,铸坯表面和内部质量显著提升。（3）研究开发了板坯连铸二冷喷嘴工作状态实时诊断模型。将对二冷喷嘴工作状态的诊断转化为对二冷回路工作状态的诊断,并在此基础上研究提出了二冷回路工作状态诊断算法。研究提出了在模型投入早期和中期分别通过喷嘴组合法和BP神经网络算法获得二冷回路理论流量的方法。采用Client/Server软件架构对二冷喷嘴工作状态实时诊断模型进行了软件设计和开发,并且在作为本文研究对象的国内某板坯连铸机A上进行了工业应用,统计对比结果表明,模型诊断准确率达到了90.2%。（4）研究获得了提高板坯连铸扇形段在线辊缝控制精度和稳定性的方法。提出了无压力反馈条件下的板坯连铸扇形段在线变形补偿方法,通过在线计算连铸坯对扇形段的反力,进而得到扇形段的变形量,并对位移传感器的测量结果进行补偿修正,得到了实际辊缝值,从而达到了提高扇形段在线辊缝控制精度的目的。对扇形段在不同倾动角度条件下的受力进行了分析与研究,推导获得了扇形段不同倾动角度与进出口辊缝偏差之间的Li′关=系L如i2+下f:2+δLL23（?）（?）从而在控制程序中进行补偿修正,进一步地提高了扇形段在线辊缝控制的精度。提出了基于各钢种辊缝总收缩量由基础辊缝收缩量和轻压下压下量组成且总收缩量都相同的铸坯目标厚度稳定性控制方法,确保了铸坯的目标控制厚度在所有工况条件下都始终保持一致,为最终铸坯厚度以及轻压下压下冶金效果的稳定性提供了重要保障。（5）通过四层结构软件架构的设计,对研究的基于板坯连铸在线三维温度场的新型动态二冷控制和动态轻压下模型进行了软件开发,并将其应用到了以生产高附加值产品为主的作为本文研究对象的国内某板坯连铸机A改造工程中。应用前后半年的冷坯目标厚度最大偏差和冷坯平均厚度偏差分别由原来的5.5mm减小到了2.0mm和1.4mm下降到了0.5mm,扇形段辊缝控制精度和稳定性得到了显著提升。新型动态二冷控制模型应用后,与应用前的以二维温度场为基础的传统动态二冷控制模型相比,应用前后半年的铸坯表面横向裂纹发生率、纵向裂纹发生率、角部裂纹发生率分别下降了54.02%、56.87%、29.38%,而且铸坯表面质量控制的稳定性得到了明显提高。新型动态轻压下模型应用后,与应用前的以二维温度场为基础的传统动态轻压下模型相比,应用前后半年的铸坯中心偏析等级C0.5和C1.0的占比分别提升了123.45%和35.37%,铸坯中心偏析等级C1.5和C2.0及以上的占比分别下降了51.83%和47.33%,铸坯中心偏析改善效果显著;新型动态轻压下模型应用后,应用前后半年从轧制反馈回的所有铸坯探伤合格率由98.1%提高到了99.5%,其中对铸坯中心偏析要求严格的高强度船板钢的探伤合格率由应用前的73.23%提高到了96.51%,提升幅度为23.28%,铸坯探伤合格率大幅提升,而且波动范围明显减小。