连铸电磁搅拌技术是靠电磁力对钢液进行非接触搅拌,通过强化铸坯液相穴中钢水的运动,改善钢水凝固过程的流动、传热和迁移,从而达到改善铸坯质量的目的,是改善钢坯内部和表面质量的有效方法。电磁搅拌具有去除夹杂物、消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率等优点。因此,在浇铸较大断面的铸坯如大方坯、大板坯以及浇铸质量要求较高或易出现质量问题的钢种时,电磁搅拌技术便成为首选。本文以大方坯和大圆坯连铸为研究对象,结合连铸过程的具体情况,建立了电磁搅拌作用下结晶器内钢液流动的三维数学模型,采用现场实测、物理实验、数值模拟以及工业应用相结合的方法对电磁搅拌作用下结晶器内钢液流动行为进行了研究。首先,以实验室内径φ280mm、外径φ480mm、高300mm的三相六极旋转电磁搅拌器为研究对象,研究了结晶器铜管、钢液、绕组及电磁搅拌器结构对钢液磁场分布的影响,并对比了流场数值模拟中近壁面流动的两种处理方法：壁面函数法和低Re数k-ε模型法。之后将该数学模型应用到天津荣程钢铁公司断面为φ250mm的82B高碳钢圆坯结晶器电磁搅拌系统,考察了不同电磁搅拌参数对钢液流动和铸坯质量的影响,获得工业应用上最优的电磁搅拌参数。为了进一步验证数学模型和模拟方法的正确性,将该数学模型应用到本钢断面为470mm×350mm GCr15轴承钢大方坯结晶器电磁搅拌系统,分析了电磁搅拌作用下不同结晶器断面以及各种工艺参数和搅拌参数对铸坯流动过程的影响。分别对两个钢厂结晶器电磁搅拌空载情况的磁场进行了在线测试,通过与数值模拟数据进行对比,验证了磁场数值模拟的正确性,进而采用有限元法对连铸结晶器电磁搅拌磁场进行数值模拟计算,获得钢液的电磁体积力,然后将所获得的电磁体积力作为动量方程源项引入到流场数值模型中,选取低Re数流动模型对近壁面的流动进行模拟,采用有限体积法进行磁场和流场的耦合计算。为了验证钢液流场数值模拟的正确性,采用低熔点金属伍德合金模拟钢液的流动状态,用高速摄像机拍摄下不同位置及不同条件下的钢液流动状态。通过对比发现,流场数值模拟的结果是正确的。之后进一步研究了结晶器内磁场和流场的分布规律,分析了搅拌器的电磁参数(电流和频率)和结晶器铜管厚度对钢液流动状况的影响。同时采用全耦合方法初步模拟了夹杂物在结晶器中的运动轨迹。主要结论如下：一、旋转磁场模拟结果磁场模拟结果表明,结晶器铜管对磁场分布影响很大,有结晶器铜管时,结晶器内的磁感应强度整体偏小。有钢液时磁感应强度要稍大于无钢液的情况,但两者相差较小,说明空载下的磁场实测数据可以用来验证磁场数值模拟的结果。在外部尺寸不变的情况下,线圈宽度的改变并不影响钢液中心面及铸坯外表面中线磁感应强度和电磁力的分布规律。不同磁轭与磁极的比例对铁芯磁感应强度和中心面磁感应强度和电磁力有影响,应该考虑磁轭与磁极的比例,在搅拌器设计中应该尽量增加磁极的宽度,增加绕线的间隔。通过对比处理近壁面流动的两种方法,证实低Re数k-ε模型法能更加准确描述近壁面的流动。二、对于断面为φ250mm的82B高碳钢圆坯(1)在无电磁搅拌时,速度沿径向分布,钢液中心面上速度很小,最大速度位于铸坯中心；有电磁搅拌时,速度沿切线方向,最大速度位于铸坯表面,钢液绕中心轴线做圆周运动。(2)当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小；沿着拉速方向,电磁力和流速随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小；但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,磁感应强度和电磁力减小；频率对切向流速的影响不大。(3)当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度、电磁力和流速都增加；电磁场影响的范围增大,湍动能扰动范围逐渐增大,对自由表面扰动更加剧烈,适当的扰动有利于钢液温度的均匀分布。(4)施加结晶器电磁搅拌后,连铸中心缩孔区域明显减小,在一定范围内增强电流可以增加连铸坯的等轴晶率。采用单向结晶器电磁搅拌可以有效地促进中间柱状晶转变为等轴晶,从而大大提高中心等轴晶率。(5)对于φ250mm82B高碳钢圆坯,连铸结晶器电磁搅拌电流和频率为480A、3Hz时,单向搅拌时能获得良好的铸坯质量。三、对于断面为470mm×350mm GCr15轴承钢大方坯(1)在数值模拟过程中考虑了弧度的影响,受弧形壁面的影响,两个回流区大小并不对称,外弧侧回流区要大于内弧侧；与圆坯电磁搅拌流场的分布不同,受其形状的影响,角部流速较小,且在相同的参数条件下,搅拌速度要比圆形断面小得多。这与采用伍德合金进行试验的流动状态是一致的。(2)当其他参数不变时,磁感应强度、电磁力、流速、湍动能和湍动能耗散率随着电流的增加而增加。(3)当其他参数不变时,磁感应强度随频率增加而减小,电磁力、流速、湍动能和湍动能耗散率随频率的增加而增加；随着频率的增加,最大磁感应强度、电磁力和流速的变化值减小。(4)对于搅拌器中心对应截面的最大流速,与电流成正比,与频率成二次方的关系。随着频率和电流的增加,沿拉速方向,电磁场的作用范围增大。(5)随着结晶器铜管厚度的增加,磁场屏蔽作用增强,磁感应强度、电磁力和流速减小,磁感应强度最大值出现的位置逐渐延后,电磁力最大值的位置没有改变；结晶器铜管厚度对于电磁场的作用范围影响不大。(6)在无电磁搅拌时,结晶器内的夹杂物随钢液进入结晶器后,大部分随钢液直接向下流动直至流出结晶器；施加电磁搅拌后,夹杂物在结晶器内随钢液旋转运动；随电流的增加,夹杂物上浮到自由表面的数量增多,夹杂物旋转运动区域逐渐上移；随着频率的增加,夹杂物上浮到自由表面的数量也增多,但夹杂物旋转运动区域同时逐渐下移,因此频率不能过高。(7)对于470mm×350mm轴承钢大方坯,连铸电磁搅拌电流为550A,频率为2Hz,结晶器铜管厚度为35mm时,能起到良好的电磁搅拌效果。