随着钢铁工业的不断发展,对钢产品的性能提出了更高的需求。将铝作为一种合金元素加入钢中,可以明显地改善钢的抗氧化性能,提高钢的电、磁性能。但在连铸过程中,钢液中的[Al]容易与结晶器保护渣中的（SiO₂）发生氧化还原反应,导致保护渣碱度增加,粘度升高,润滑不良,影响连铸坯表面质量以及浇铸顺行。定量掌握连铸过程保护渣的成分变化是保证高铝钢连铸顺行及质量控制的关键,而连铸过程保护渣的成分变化决定于[Al]在钢液中的传质,影响钢液中[Al]传质的因素又决定于结晶器内钢液流场。因此,建立结晶器内影响流场的工艺参数与[Al]在钢液中传质系数之间的关系对实现高铝钢连铸顺行具有重要意义。本文以某钢厂大方坯连铸结晶器为研究对象,利用相似原理建立1:0.6的物理模拟模型,通过水力学物理模拟实验,首先对影响结晶器流场的浸入式水口结构尺寸及相关操作工艺参数进行了优化。在此基础上,根据边界层理论开发了利用物理模拟测量[Al]在钢液中容量传质系数的方法,利用双膜理论建立了保护渣中Al₂O₃浓度与容量传质系数之间的关系;研究了拉速、浸入式水口插入深度、电磁搅拌参数对[Al]在钢液中容量传质系数、保护渣中Al₂O₃浓度变化的影响。结晶器内流场优化模拟实验表明:原水口液面波动小,液渣层不活跃,不能保证保护渣熔化的均匀性;针对原水口的问题,通过实验优选出适合现工艺条件下的1#双侧孔水口及2#四侧孔水口;通过工业性应用,铸坯现场取样分析表明:与原水口相比,采用1#优化水口浇铸,铸坯中大于5μm氧化物夹杂物数量减少24%,各个位置夹杂物数量也较均匀,说明使用优化水口有利于改善结晶器内钢液流场,提高铸坯质量。结晶器内传质模拟实验表明:在合理的钢液流场条件下,随着拉速增加,[Al]在钢液中的容量传质系数随拉速增加而增加,随水口插入深度增加而减小,随电磁搅拌强度增加而增加;保护渣中Al₂O₃平衡浓度随拉速增加而增加,与插入深度及电磁搅拌强度无关;保护渣中Al₂O₃平衡时间随拉速增加而增加,随水口插入深度增加而增加,随电磁搅拌强度增加而减小。