近年来,随着连铸技术的发展和优化,对铸坯的质量要求越来越高。研究表明,连铸中的大型夹杂物主要来源于中间包,中间包内钢液温度和成分不均匀、夹杂物上浮不充分与铸坯的表面质量、内部质量有很大的关系。结晶器内钢水质量决定于钢水在结晶器内的流动与凝固过程,它与结晶器初生坯壳的形成、保护渣、浸入式水口插入深度和结晶器液面波动等因素密切有关。因此,深入了解和控制中间包和结晶器内的钢液流动行为则是保证连铸工艺稳定顺行、提高铸坯质量的关键。近年来,国内外炼钢工作者通过中包水模试验开展研究了中间包内部形状、注流对多流浇注的影响;通过结晶器水模试验对结晶器液面卷渣机理、对影响结晶器液面波动的主要因素如水口内径、水口浸入深度、拉速等进行了研究,一些研究结果已应用于生产实际,并取得了一定成效。昆钢炼钢厂7~#方坯铸机改造后,采用了多种先进的工艺装备和工艺质量控制手段,但中间包没有合适的控流装置、浸入式水口插入深度不合理,生产过程中钢水夹杂物上浮不充分,钢液成份不均匀及各流之间温度差较大等缺点较为突出,生产45、60、TS800U等品种钢时铸坯夹杂、裂纹等质量缺陷较多,制约了产品质量的进一步提高。本文根据7~#方坯铸机改造后的实际情况,建立了中间包、结晶器水力学模型,采用反应器理论系统研究了不同中间包控流装置对平均停留时间、死区及活塞区比例的影响,并用夹杂物的上浮率进行模拟验证;选择结晶器液面的波动和液位差作为衡量铸坯表面发生裂纹几率的指标,结晶器表面的卷渣情况和冲击深度作为衡量结晶器内卷渣和夹杂上浮的指标,对浸入式水口插入深度进行了优化研究。通过中间包水模试验,找到了最优的控流装置和结构:中包无控流装置时存在一定的短路流和旁路击穿流,此时流体混匀效果、钢水洁净度差,为改善中包流场,有必要在中包内加入控流装置;中间包内加设单挡墙时,2~#单挡墙为最佳方案,最佳放置位置为距出渣口710mm处;中间包内加设多孔挡墙时,3~#挡墙为最佳方案,最佳放置位置为距出渣口710mm处。通过结晶器流场研究,找出了分节式浸入式水口合理的插入深度控制在100-125mm。根据水模试验研究结果对7~#铸机中间包、结晶器控流装置进行了优化调整:浇铸普钢时,中包采用2~#单挡墙方案;浇铸优钢时,中包挡墙采用3~#多孔挡墙方案;浇铸过程中分节式浸入式水口插入深度控制在100-115mm。水模试验结果应用于生产实践后取得了显著效果:连铸工艺进一步稳定顺行,铸坯浇成率由99.22%提高到99.65%,溢漏率由0.09%降至0.04%;铸坯质量得到明显改善,品种钢铸坯合格率由97.5%提高到99.2%;经济和社会效益显著,试验结果应用于生产实践后减少废品损失10795t,创造经济效益达2667万元,7~#铸机每年可多产钢材约12500t,进一步减少矿石和煤炭开采量、节约用水用电,有利于改善环境污染、保护生态平衡。