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结晶器作为连铸生产过程中净化钢液的最后一个环节,其内部钢水的流动与传热对夹杂物的排除、保护渣的卷入、凝固坯壳的形成及其组织结构等都有重要的影响。在结晶器尺寸一定的条件下,确定合适的水口结构及其浸入深度,获得合理的流场与温度场,对于提高铸坯质量和安全生产具有重要意义。本文结合某公司250mm×350mm,250mm×300mm两种断面大方坯生产实际与高品质合金钢生产需要,通过物理与数值模拟研究了水口结构和电磁搅拌对结晶器内流场与温度场的影响,确定了最佳水口结构参数和连铸工艺参数。通过以上研究,得出如下结论:(1)在铸坯断面250×350mm2,铸坯拉速0.7m/min,水口浸入深度100mm条件下,使用直通型水口时冲击深度为518.8mm,平均波高为0.29mm;使用双侧孔10号水口时冲击深度为160.0mm,平均波高为1.29mm;使用四侧孔3号水口时冲击深度为150.8mm,平均波高为0.63mm。综合考虑水口结构对液面波动和冲击深度的影响,四侧孔水口更有利于高品质大方坯的生产。其中,四侧孔3号水口使用效果最优。(2)采用四侧孔3号水口时,随拉速增加和浸入深度减小,流股冲击深度增加,液面波动明显增大。对于250mm×350mm断面,当拉速为0.8m/min、水口浸入深度为90mm时,液面渣层覆盖良好,选择该条件下的参数为最优工艺优化参数;对于250mm×300mm断面,当拉速为0.9m/min、水口浸入深度为90mm时,液面渣层偶有裸露,建议此拉速下浸入深度不小于90mm。(3)通过对使用三种水口时结晶器内温度场比较可知,直通型水口对应结晶器的高温区集中在中下部,自由液面沿宽面中心和窄面中心温度均集中在1785.0K。双侧孔10号水口和四侧孔3号水口对应结晶器的高温区均集中在中上部,双侧孔10号的自由液面沿宽面中心温度集中在1788.2K,沿窄面中心温度集中在1785.0K,相差3.2K。四侧孔3号水口的自由液面沿宽面中心和窄面中心温度均集中在1788.2K。因此,四侧孔3号水口附近温度分布更均匀,更有利于化渣,更有利于形成均匀厚度的坯壳。(4)通过对使用三种水口时凝固坯壳相比较可知,直通型水口对应的凝固坯壳最初几乎呈线性均匀生长,随后生长变缓,在结晶器出口宽面中心和窄面中心分别达25.93mm和23.29mm。双侧孔10号水口和四侧孔3号水口对应的坯壳在冲击点处坯壳生长出现“平台”。双侧孔10号水口结晶器出口宽面中心和窄面中心分别为32.93mm和27.88mm。四侧孔3号水口结晶器出口宽面中心和窄面中心分别为 32.99mm 和 30.48mm。(5)对于250mm×350mm断面,当拉速为0.7m/min,水口浸入深度为100mm时,采用结晶器电磁搅拌后进入结晶器的钢液产生水平旋转运动。当电磁参数为300A、3Hz时搅拌器中心截面最大切向速度达到了 0.342m/s,较无搅拌时的0.026m/s显著增加。此外,出结晶器400mm以后,漩涡流动依然存在,最大水平流速也达到了 0.178m/s。综合考虑,建议搅拌电流以300～400A为宜。