高效连铸是为适应节能要求、匹配连铸机热送热装而发展起来的一项新的连铸技术,而高效连铸的核心是高拉速,拉速提高使钢水及铸坯的冶金行为将变得更加复杂,从而事故率随之增加,铸坯质量也更难控制。本研究利用数学模型对连铸过程进行控制和生产管理,使生产处于最佳状态,从而得到高产、优质、高效率的效果。本文运用传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了包括凝固传热、结晶器优化、二冷配水优化和保护渣性能优化的仿真与控制模型,对连铸过程进行热状态、凝固状态分析及工艺优化。在建立凝固传热模型的基础上,分析各种工艺条件和浇注参数对连铸过程的影响。包括铸坯温度场(铸坯表面温度曲线、特征点表面温度)和坯壳厚度(坯壳厚度变化曲线、特征点厚度)以及液相穴长度的变化情况。从而确定出合理的浇注工艺。本研究对高速连铸条件下结晶器内初生坯壳生长规律、铸坯的凝固收缩特性进行了系统研究。在分析结晶器内坯壳和气隙形成机理的基础上,提出了结晶器锥度设计原则,并建立锥度计算模型,优化设计出三种不同形式的抛物线锥度结晶器,可依据不同工艺条件设计出锥度变化的曲线,并可根据要求转化成内腔绝对尺寸。本文遵循目标温度控制原则,结合凝固传热数学模型并根据连铸冶金准则对二冷配水进行综合优化,获得合理的铸坯表面温度分布,实现最佳铸坯质量。在优化水量合理分布的基础上,设计出水量与拉速的关系表。对实际的连铸生产作出合理的控制。本研究在分析了高速连铸的工艺特点及对结晶器保护渣性能要求的基础上,系统研究了保护渣的熔化和粘度特性,提出高速连铸保护渣的性能设计模式。应用熔渣理论并结合凝固传热数学模型,设计出与工艺条件匹配的保护渣性能。