连铸结晶器内的冶金过程是改善连铸坯质量的关键环节,结晶器内的钢液流动状态起着极为重要的作用。因此,实现结晶器内的钢液流动控制具有重要的意义。连铸过程中结晶器内的钢液流动行为会影响到夹杂物和气泡的运动及分布,进而影响连铸坯质量。由浸入式水口侧孔流出的高温钢液撞击结晶器窄面形成上回流和下回流。上回流垂直冲击弯月面,造成弯月面不稳定和波动,容易引起铸坯质量缺陷,如铸坯表面振痕和皮下夹渣等;下回流会携带非金属夹杂物和气泡进入到结晶器液相穴深处,使之难以上浮去除,被凝固坯壳捕获会形成皮下缺陷。为了确保高拉速条件下连铸坯的质量,自上世纪80年代诞生的电磁制动技术,作为一种有效控制钢液流动的方法广泛应用于连铸生产过程,成为控制高拉速板坯连铸结晶器内钢液流动的重要手段。电磁制动技术从第一代区域型装置发展到现行应用的第二代全幅一段电磁制动装置和第三代电磁制动装置。然而,受磁场作用区域的限制,现行应用的电磁制动装置的制动效果受工艺参数和电磁参数影响均较大,如水口浸入深度、水口倾角、磁极位置和磁感应强度等,降低了电磁制动的应用效果。本文基于电磁制动技术的基本原理,提出和建立了一种新型的立式电磁制动装置,以高拉速板坯电磁制动结晶器内钢液流动、钢/渣界面波动和电磁制动效果为选题,对立式电磁制动和全幅一段电磁制动作用下结晶器内钢液流动、钢/渣界面波动行为以及电磁制动效果进行数值模拟研究;建立了立式电磁制动作用下结晶器内金属液面波动行为的物理模型,并对立式磁场作用下结晶器内金属液面波动行为和弯月面形状进行热态模拟实验研究。主要完成以下方面的工作:（1）建立了描述结晶器内电磁制动磁场分布的三维数学模型,研究了立式电磁制动和全幅一段电磁制动作用下结晶器内的磁场分布。研究结果表明:1)立式电磁制动所产生的稳恒磁场主要分布于立式磁极覆盖区域,磁感应强度由磁极宽度中心向结晶器宽度中心逐渐降低。随着电流强度的增加,沿结晶器宽度方向上的磁场作用区域增大。2)全幅一段电磁制动所产生的稳恒磁场主要分布于水平磁极覆盖区域,磁感应强度由磁极中心向磁极上边缘和下边缘逐渐减小。（2）建立了立式电磁制动结晶器内钢液流动及钢/渣两相流动行为的数学模型,研究了工艺参数（拉坯速度、水口浸入深度和水口倾角）和电磁参数（磁感应强度）对结晶器内钢液流动、钢/渣界面波动行为和电磁制动效果的影响。研究结果表明:1)立式电磁制动所产生的电磁力主要分布于水口射流冲击区域、上回流和下回流区域,且电磁力方向与钢液流动方向相反。与全幅一段电磁制动相比,在相同磁感应强度条件下,立式电磁制动在上回流和下回流区域内产生电磁力更大。2)施加立式电磁制动有利于降低钢液上回流流速,减弱上回流对液渣层的冲击,增加液渣层厚度。水口浸入深度和水口倾角变化对立式电磁制动效果影响较小。磁感应强度过强时,水口射流冲击方向向下偏转,对上回流产生过度的抑制。3)施加立式电磁制动,扩大了磁场沿结晶器高度方向上的作用区域,有效地抑制了水口射流沿结晶器高度和厚度方向的扩散,减弱了水口射流对结晶器窄面和宽面的冲击。（3）建立了以SnPbBi低熔点合金为模拟介质的立式电磁制动热态模拟实验系统。研究了水口浸入深度、水口倾角和磁感应强度对结晶器内金属液面瞬时波动行为和弯月面形状的影响。研究结果表明:1)施加立式电磁制动,显著减少了测量时间段内金属液面瞬时波峰的数量;随着磁感应强度的增加,结晶器内金属液面瞬时波动强度减弱;当Bmax=0.31 T时,测量时间段内金属液面未出现瞬时波峰。2)水口浸入深度和水口倾角减小,增强了金属液面波动,施加立式电磁制动能够降低由水口浸入深度和水口倾角变化而引起的金属液面平均波高,稳定液面波动。3)未施加电磁制动时,由于金属液表面流速过大,弯月面呈不规则形状,且弯月面高度达到22 mm;施加立式电磁制动后,在Bmax增加到0.31 T时,金属液面表面流速显著降低,波动程度明显减弱,弯月面形状比较清晰,且弯月面高度降低至8 mm。（4）建立了全幅一段电磁制动结晶器内钢液流动和钢/渣两相流动行为的数学模型,研究了工艺参数（拉坯速度、水口浸入深度和水口倾角）和电磁参数（磁感应强度）对结晶器内钢液流动、钢/渣界面波动行为和制动效果的影响。研究结果表明:1)与立式电磁制动技术相比,全幅一段电磁制动所产生的电磁力主要分布于水口射流区域,上回流和下回流区域内的电磁力相对较小。2)在全幅一段电磁制动作用下,水口倾角对结晶器内钢液流动和钢/渣界面波动行为的影响较大。水口倾角的改变导致水口射流冲击方向发生改变,进而增强上回流流速。而磁感应强度过强又易于导致结晶器弯月面处钢液流速过低,影响保护渣的熔化和润滑作用。3)施加全幅一段电磁制动,显著抑制了水口射流沿结晶器高度方向上的扩散,但却增强了水口射流沿结晶器厚度方向上的扩散,进而增强了钢液对结晶器宽面的冲刷。（5）对比分析了立式电磁制动和全幅一段电磁制动的制动效果,进一步阐明了立式电磁制动技术的优势。研究结果表明:1)水口浸入深度和水口倾角的改变对立式电磁制动效果的影响较小。施加立式电磁制动有利于抑制水口射流沿结晶器高度方向和厚度方向的扩散,减弱钢液对结晶器壁面的冲刷。2)水口浸入深度和水口倾角的减小增大了钢液表面流速,加剧了液面波动,对全幅一段电磁制动的制动效果影响较大。而且受磁场有效作用区域的限制,全幅一段电磁制动增加了水口射流沿结晶器厚度方向上的扩散,增强了钢液对结晶器壁面的冲刷作用。3)与全幅一段电磁制动相比,在相同磁感应强度条件下,立式电磁制动更有利于降低弯月面高度,稳定液面波动。施加立式电磁制动,弯月面高度值更稳定,即有利于钢/渣液面波动的稳定。