上世纪六七十年代，我国认识到在钢铁工业的差距后，开始大力发展钢铁工业，并且在苏联的支持下开始对连铸机的使用，学习和研究。钢铁工业的行业人员从一开始的熟悉操作到连铸体系的深刻认识，再到应用数学与物理的方法设计建造，他们一步步将中国的连铸比提升世界平均水平，如今，更是在连铸基础生产的钢坯产量和连铸机建造持有量均己处世界第一 [6]。

但是我国在连铸机生产的钢坯质量、连铸过程的生产效率、生产稳定性方面还是与世界上先进工业国家有着不小的差距。今后我国连铸技术的发展需要关注的方向有：连铸中间包钢水精炼；加大中间包体积及钢锭深度；优化湍流控制器以除尽钢水中的化合物；降低钢液直接凝固在结晶器铜壁的发生率；控制钢液温度保持变化幅度不大的状态；设计优化结晶器等。其中最为主要的优化目标之一就在于优化结晶器。优化结晶器的方向由有：针对不同的成分配方及加工工艺的钢种，设计有差异的浸入式水口形状和倾斜角度；设定有差别的浸入式水口插入深度；及设定不同的拉坯速率等。最终以达到优化结晶器内的钢液的热量传递和流体流动的目标。这样防止结晶器中的钢液将保护渣卷入，铸坯的坯壳生长稳定且厚度足够，这样在拉坯时就不会因为铸坯内部钢液的静力作用而造成漏钢，横纵裂纹等。

1.2 钢的连铸用结晶器

结晶器的分类一般从结晶器外形和铸坯形状分类。按外形的不同分类，可分为直线形和弧线形；按铸坯的形状不同分类，可分为异形坯方坯、矩形坯和（宽）板坯等结晶器[7]。

结晶器是连铸机中最重要的核心部件之一。铸坯的大部分表面缺陷如卷渣漏钢等都是因结晶器内钢液流场及温度场控制不当造成并在二冷区扩张。所以，如何在尽可能高的拉速（即铸坯的快速形成拉出）的情况下，还能让结晶器内部坯壳能均匀生长，形成具有足够抵挡钢液静压力的厚度，保证没有拉漏事故的发生。同时能保证结晶器上部钢液的回流速率不会超过上层保护渣的流体流动速率，进而造成卷渣事故的发生。这些都是提高连铸技术，优化结晶器性能的重要研究方向。

结晶器出口处的拉速，钢液密度粘度温度等性质，水冷的结晶器壁铜板的传热情况，水口的插入深度及水口的结构参数都是铸坯表面质量的影响因素。出口的拉速直接决定了水口处钢液注入的速率，结合水口插入深度和水口结构参数最终导致结晶器内钢液流场（流体流动情况）的形成，在达流场达到稳态的情况下，结晶器内部会形成三个区域，水口出口处的射流区，射流碰到结晶器壁流向一分为二分别形成上回流区和下回流区，上回流区钢液的流体流动会带动保护渣的流体流动，当钢液流体流动超过渣金卷混的钢液临界流速时，即会发生卷渣的情况[8]。

下回流区如果流速过大则不利于坯壳的稳定生长，可能会导致拉漏的发生。钢液的温度与结晶器热传递决定了结晶器内温度场的情况，结晶器热传递不均就会导致结晶器内坯壳生长不均，从而使拉漏状况发生的概率增加。连铸操作者可以监察结晶器内钢液的温度变化情况推导结晶器的热传递变化，稍加分析即可进行漏钢预报。而钢液在结晶器内的流体流动情况影响着钢液传热的温度分布情况。因此，对结晶器冶金效能的研究首先要从钢液流场的模拟入手。

1.3 连铸工艺中结晶器的作用

连铸结晶器是钢铁行业学者投注关注最多的的一个冶金反应装置。这是因为液态钢水一经凝固成铸坯，其内部裂纹，成份偏析等重大缺陷将永远遗留在最终产品中，无法通过现在已知的任何工艺来去除。因此结晶器又被称为连铸机的心脏。它的机能对连铸机的生产效果和铸坯的质量起着至关重要的功效。在连铸生产中结晶器起到十分重要的作用，主要表现在：高效率的传热装置：将钢液的物理热迅速地传输给循环冷却水。