连铸二冷配水控制是影响连铸坯质量和产量的关键技术之一。随着技术的发展,以及对产品质量要求的提高,基于稳态传热模型建立的二冷静态控制模式已经难以满足要求。与板坯生产相比,方坯生产中受设备、流程和节奏变化等因素的影响,拉速变化频率更高,中间包温度波动也更大,为保证铸坯质量,对二冷控制系统提出了更高的要求。因此研究以解决拉速扰动和中间包温度波动为目的的方坯二冷动态控制系统有较大的实际意义。本文以方坯凝固过程为研究对象,在建立连铸生产相关传热模型的基础上,重点研究了拉速扰动时的前馈控制方案、以及引入二冷控制系统的中间包温度测量可靠性内容,进而设计了基于拉速扰动和中间包温度的二冷动态控制方案,并进行了应用研究。论文的主要研究内容和创新如下：(1)方坯三维凝固传热模型的建立及温度场的动态分析三维动态凝固传热模型是建立二冷动态配水控制系统的基础。为克服由于计算量较大,计算时间较长而导致的三维动态传热模型难以在实际中应用这一难题,在模型数值求解采用网格自动划分时,提出“小角优先”节点选择方式。保证了铸坯横截面网格单元接近于正三角形,模型网格划分更加合理,矩阵存储带宽减小,保证模型具有更快的计算速度和计算精度。通过分析指出三维模型由于考虑了拉坯方向的传热和网格自动划分,对纵截面方向的网格尺寸可以适当增加。通过对铸坯凝固传热模型的动态分析,指出温度场的动态特性是由拉速和二冷水量的变化共同作用的结果。水量变化对铸坯表面温度影响的效果先于拉速的影响。拉速和水量呈阶跃变化时,铸坯表面温度呈现“波峰”变化的特性。(2)建立了拉速扰动时前馈补偿控制模型针对拉速突变时,铸坯表面温度产生的“波峰”问题,提出将拉速突变视为“扰动”,设计一种拉速前馈控制器,改变静态配水跟随拉速突变的模式,利用水量变化对铸坯表面温度的作用抵消拉速扰动带来的对温度变化的影响。以建立的三维动态凝固传热模型为基础,通过阶跃响应,采用最小二乘法辨识前馈控制器的控制通道和扰动通道传递函数。模拟结果表明：应用该前馈补偿控制器,可以使铸坯表面温度与目标温度的偏差缩小,诱发铸坯质量的几率降低。(3)建立中间包温度场和流场的耦合模型测量点的温度与各个铸流出口处温度的一致性,是连续生产的前提,也是将过热度引入二冷配水控制系统的可靠运行的前提。以生产中常采用的T型结构五流的中间包为例,建立温度场与流场耦合模型。分析流场对温度场的影响,以及中间包温度场的均匀性及测温传感器的安装位置。分析结果指出：由于受流场的影响,中间包温度不是简单地呈现出分层现象。对应于中间包内流场形成的两个漩涡有两个对称的高温区。在开始浇注时,由于中间包包衬的吸热作用,最外侧的两个流钢水温度较低,中间包出口处内部三个流的钢水温度相接近；在正常浇注阶段,包衬的吸热趋于热平衡,五个流出口处温度相差在3℃以内。测温传感器安装在最外侧两个注流出口处上方钢水液位下300-400mm处,与铸流出口处的温度最为接近。(4)建立中间包连续测温的误差补偿模型中间包钢水温度连续测量的可靠性是保证建立可靠控制系统的前提。分别对传感器插入的滞后和更换钢包插入深度引起的测量误差建立补偿模型。根据实际采样数据分析补偿函数的结构,在分析传感器温度场动态响应特性的基础上确定出测量的温升函数相关系数,利用部分测量的前期数据以及遗传算法,给出钢水的实际温度,以补偿测量的滞后误差。结果表明,建立的中包温度补偿模型在传感器插入钢水的动态响应时间由平均210s缩短至90s,误差控制在±5℃以内；更换钢包时,时间由原来3-5min缩短至40s。误差降低到±2℃以内。(5)提出一种基于拉速和中间包温度扰动的二冷水前馈-反馈控制方案针对拉速扰动的情况下,前馈控制模式进行二冷水的进行补偿控制,当拉速稳定以后,采用基于拉速和中间包温度的稳态控制模式,以克服中间包温度等参数扰动引起的铸坯表面温度偏差问题。并且指出稳态控制模式下的二冷配水系数是根据塑性温度曲线及其高温力学性能,确定的二冷各段和矫直点目标温度等冶金准则后,在铸坯正常拉速范围,进行优化后确定的。(6)二冷动态配水控制系统的应用效果基于拉速扰动和中间包钢水过热度的连铸二冷动态控制系统在某钢厂2#铸机上成功使用,通过两年多的实际生产运行表明：提高了铸机二冷配水控制系统的可靠性,使铸机在不同钢种、不同过热度、不同拉速变化的工况条件下运行平稳,铸坯质量提高,铸机的拉漏率从使用前的0.8%下降到现在的0.3%,明显地提高了铸机的作业率,降低了事故发生。