连铸过程中,结晶器内钢液流动行为直接影响结晶器内的保护渣熔化、液面波动、夹杂物上浮等过程,结晶器内不合理的钢液流场分布易诱发连铸坯表面裂纹及皮下气泡等表面质量缺陷,并影响最终轧材质量。本文以唐山国丰钢铁有限公司300 mm×150 mm矩形坯连铸过程为研究对象,为有效解决该矩形坯表面常发纵裂纹及气泡等质量缺陷,基于商用有限元软件FLUENT开发了矩形坯结晶器内钢液流动过程数学模型,系统研究并揭示了结晶器浸入式水口倾角、浸入深度及拉速对结晶器内钢液流动行为及其温度分布影响规律。在此基础上,进一步结合正交工业试验,确定了解决上述矩形坯表面质量问题的最优生产工艺。本文主要内容及其研究结果如下:1)基于商用有限元软件FLUENT建立了矩形坯结晶器内钢液流动及其温度场间的数学耦合模型,利用该模型系统研究了不同工艺条件下结晶器内钢液流动行为及其温度场分布特征,并初步探究了适合当前矩形坯连铸过程的相关合理工艺参数。研究结果表明:随着浸入式水口倾角增加,结晶器钢液面的整体温度及速度呈现降低趋势。浸入式水口倾角为15°时,结晶器内自由液面温度较高,利于保护渣熔化。因此,所研究矩形坯连铸机结晶器水口倾角最优工艺值为15°;结晶器液面流速及其温度随拉速增大而呈现快速增加趋势,当前矩形坯连铸过程合理拉速范围为1.4m/min-1.6m/min;随着水口浸入深度增加,结晶器内钢液面温度及速度不断降低,当前矩形坯连铸过程较合理的结晶器水口浸入深度约为170 mm。2)针对数值计算初步确定的合理浸入式水口倾角、浸入深度及拉速,制定了相应正交试验方案,并通过现场相关工业试验确定了适合当前矩形坯实际连铸过程的最优工艺方案。结果表明:适合当前矩形坯连铸过程的最优浸入式水口倾角为20°,浸入深度为170 mm,拉速为1.6 m/min;采用上述优化工艺方案后,300 mm坯型铸坯气泡由2-3级降至0级,表面纵裂比例由6.25%降至0%。