连铸过程铸坯内部质量控制是制约产品性能的关键。在各类铸坯内部质量缺陷中,宏观偏析及中心疏松历来都是核心问题。有鉴于此,为控制铸坯内部疏松及偏析缺陷,提升连铸坯内部质量,本文对方坯连铸过程疏松和偏析的形成及控制开展了一系列研究。建立数学模型对方坯凝固过程中心疏松的形成进行了分析预测。结果表明,在本文研究工况下,铸坯中心宏观疏松尺寸可达2.52 mm。在此基础上,开展工业实验,系统研究了凝固末端重压下技术对方坯中心疏松的影响。实验结果表明,凝固末端重压下可以显著地改善铸坯中心疏松,大压下量和高中心固相率均有助于中心疏松的改善,并且改善效果明显优于轻压下技术。针对本文的实验铸机和钢种,在中心固相率0.7以后的位置实施10 mm以上的压下量可以将方坯疏松度值由1.5降至0.5以下。基于连续混合模型建立了三维流动-热-溶质传输模型,模拟连铸坯溶质元素的分布。结果表明,铸坯内部不同溶质元素分布特点基本相同。受钢液对流、溶质再分配的作用,凝固完成后,预测所得铸坯中心区域C偏析指数最大为1.36,而两侧为负偏析区。对于弧形铸机,溶质分布受热溶质浮力的影响,中心偏析最大值并未出现在铸坯几何中心,而是向外弧侧偏移约8 mm。此外,综合对比微观偏析模型对不同元素偏析结果的影响可知,Voller-Beckermann模型在宏观偏析模拟过程中更为合适。电磁搅拌的模拟研究中,考虑了钢液流动对电磁力的影响,与传统电磁搅拌模型进行了对比研究。结果表明,对于结晶器电磁搅拌(MEMS),在磁场的作用下,钢液流动区域,尤其是水口下方冲击区,产生了较大数值的洛伦兹力(最大约为1700N/m3),而传统电磁搅拌模型对此未能预测。凝固末端由于钢液速度较小,流场对电磁力几乎没有影响。本文磁流体模型计算所得结晶器液面波动为3 mm,而传统模型为1.5 mm,因此,可以认为本文模型更适用于电磁搅拌的模拟研究。基于磁流体模型建立了电磁-流动-凝固-溶质传输耦合模型,研究了末端电磁搅拌对铸坯内部溶质元素分布的影响。模拟结果表明,由末端电磁搅拌(FEMS)引起的强制对流使残余钢液内的溶质元素分布更为均匀,在搅拌中心截面,最大溶质C浓度由1.062降低到了 1.002。铸坯凝固完成后,C偏析指数由1.368降低为1.315,这表明末端电磁搅拌对铸坯中心偏析有一定的改善效果。此外,搅拌位置的选取会影响改善效果,对本文铸机及研究条件,末端电磁搅拌安装位置对应的糊状区占铸坯的30%～40%时较为合适。