随着连铸技术的发展,高效连铸已得到了越来越广泛的应用。其核心是在高连浇率、高拉速条件下,生产高质量的铸坯。而实现高效连铸的关键是结晶器内形成合理的钢液流动行为。本文以沙钢新3#宽板坯弧形连铸机结晶器为研究背景,采用数值模拟和物理模拟相结合的方法,分别对220mm,250mm,320mm三个厚度结晶器内的流场、温度场进行了数理模拟研究,以此得出了适应其拉速及断面要求的对应水口及相应工艺参数。研究首先针对沙钢3#连铸机的铸机参数和结晶器特点,初步设计了9个不同的水口。其后,根据相似原理,建立了结晶器水力学物理模型,以液渣层分布、卷渣情况、液面波动、窄边气泡数量和结晶器流场为考察指标,分析了最大拉速条件下,9个水口在不同厚度结晶器中的应用情况。针对每个结晶器,初步选择出2个最优水口作为进一步优化的对象。最后,采用物理模拟和数值模拟相结合的方法,考察各厚度结晶器的初选水口在正常拉速条件下的应用情况,设计出各厚度结晶器的最优水口。研究结果表明:220mm厚度的结晶器在小断面时应优先使用5#水口,大断面时使用8#水口;250mm厚度的结晶器优先使用8#水口,6#水口作为备用水口;对于320mm厚度的结晶器,在拉速小于、等于0.7m/min时,优先采用6#水口,9#水口作为备用水口,拉速大于0.7m/min时,9#水口作为优选水口。实际生产过程中,沙钢220mm厚度结晶器小断面使用了5#水口,大断面使用了6#水口,320mm厚度结晶器采用了6#水口。生产过程中上述水口能够保证浇铸工艺的顺行,没有出现漏钢报警情况;液渣分布均匀,液面波动合理,没有出现卷渣等缺陷,铸坯的裂纹率在沙钢的质量控制范围内。氩气泡运动行为的研究表明:随着拉速的增大,气泡尺寸逐渐减小,气泡的分布从水口附近向结晶器窄边方向扩散;吹氩量的提高会增大气泡的尺寸,但由于气流压力的增大,气泡的分布同样会向结晶器窄边扩散。向结晶器中吹入氩气后,对钢液的流场和温度场有较大的影响。随着吹氩量的增大,流股的冲击深度逐渐减小,窝心高度有所上升;结晶器液面速度和温度的提高表明了氩气吹入后,钢液的上循环流动得到了增强。