连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响。随着钢产量的增长与饱和，高质量连铸坯已经成为连铸生产以及连铸技术研究的核心目标。连铸坯的冷却凝固行为与铸坯的质量有着密切联系。研究分析连铸过程中的铸坯凝固结构并对凝固行为过程进行有效控制，有利于提高连铸坯质量，实现高质量铸坯的连铸生产。　　 中心偏析、裂纹、夹杂为连铸坯的重要质量缺陷。要实现高质量铸坯的连铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。以高质量连铸坯为目标，本论文对连铸过程中铸坯的凝固结构进行多尺度研究，掌握连铸坯的凝固机理，从宏观和微观层面研究分析铸坯凝固结构与中心偏析、裂纹、夹杂之间的关系，并提出相应的优化改善的方法，提高连铸坯的质量。同时，对连铸坯凝固过程控制方法进行了研究，建立基于连铸坯温度在线测量的二冷闭环动态模型及控制方法，实现了对连铸坯温度的长期稳定控制，有助于高质量铸坯的连铸生产。　　 论文研究分析连铸凝固结构与中心偏析的关系，提出了一种基于扩大偏析溶质元素分配面积的改善连铸坯中心偏析的新方法。采用独立节点方式加载实际水流密度，细化区分连铸坯横向和纵向上的传热边界条件差异，研究建立了连铸宏观凝固传热模型，并针对一台板坯铸机的连铸宏观凝固结构进行模拟分析。仿真结果表明，铸机不均匀的横向水流密度分布造成了不规则的凝固壳生长形貌，铸坯最先凝固点与最终凝固点的距离长2-3 m。不规则的凝固末端形态导致了铸坯中心偏析局部富集恶化，且不利于动态轻压下技术的有效实施；不均匀的冷却强度分布增加了铸坯裂纹的产生。据此研究获得了连铸机喷嘴布置结构的优化模式。实际连铸生产优化应用表明，均匀的横向冷却可有效改善连铸板坯中心偏析局部富集问题，提高了连铸板坯的探伤合格率，且有助于铸坯裂纹的减少。　　 研究分析了连铸凝固过程中的微观晶体生长机制；结合连铸工艺特点，构建了符合连铸实际的枝晶生长速率与连铸拉坯速度之间的定量关系。采用确定性方法，研究建立了连铸坯微观枝晶生长模型；并模拟讨论了不同条件下枝晶生长速率、一次枝晶间距、二次枝晶间距、枝晶尖端半径、枝晶尖端温度、固液界面温度梯度、固液界面液相浓度等参数在拉坯方向、厚度方向和横向上的分布规律，及其与连铸坯夹杂分布和裂纹产生的关系。依据夹杂颗粒在晶体界面的推移/捕捉理论可分析得知，在距离铸坯表面34-73 mm区域(1/4断面处和铸坯中心之间)最容易沉积、捕捉夹杂物；拉速越大此区域越宽，冷却强度越大此区域越窄。研究表明，在结晶器区域的凝固前沿温度梯度较大，易导致铸坯表面裂纹和皮下裂纹的产生。　　 为更好地控制连铸过程中的铸坯温度，本文研究建立了基于表面温度在线测量的二冷闭环动态模型及控制方法。基于动态温度反馈控制的影响因素分析，采用模式识别方法，有效解决了拉速和水量变化历史，以及二冷各区冷却效果滞后性对铸坯温度动态控制的影响。采用模式识别方法的反馈控制算法为：　　 连铸二冷闭环动态控制模型在测温控制点前后采用反馈控制与前馈控制互补的模式；同时，引入了微调温度区和最佳温度区两个控制区域，有效减小了控制调节中铸坯表面温度的波动，缩短了温度控制调节时间，提高了控制的稳定性和时效性。实际连铸生产应用表明，温度闭环动态控制系统(OTCS)可对铸坯温度进行长期、稳定地控制。在更换中间包或拉速波动较大等非正常浇铸状态下，OTCS能将铸坯表面温度快速、稳定地控制到目标设定值。OTCS的应用有效改善了铸坯的表面质量，提高了连铸生产率。　　 综上所述，以高质量连铸坯为目标，本论文从宏观、微观连铸凝固结构优化和连铸过程控制两个方面着手，研究讨论了改善铸坯质量的方法，并在实际生产应用中取得良好的效果。论文的研究为提高连铸坯质量开拓了有效的新途径，为实现高质量铸坯的连铸生产提供了理论依据和实践基础。