凝固过程是材料制备成型过程中的一个重要基础阶段，既影响工件轧制和锻压的工艺性能，又不同程度地影响成品的使用性能。因此，控制金属的凝固过程，是提高金属材料力学性能和工艺性能的重要手段。凝固过程涉及热量，质量和动量的传递，是一个不透明的复杂的过程，要精确地分析凝固过程十分困难，但依靠计算机来进行数值模拟，可以对铸件形成过程各个阶段场的变化进行模拟计算，从而获得合理的铸造工艺控制参数。本文以Q345钢为研究对象，运用ProCAST软件分别对Q345钢的常规凝固和定向凝固过程进行仿真模拟计算，研究不同凝固方式下的温度场与凝固组织及Si元素的偏析情况，分析了Q345钢的凝固规律。同时采用ZG-0.03A型真空感应熔炼炉和电磁感应定向生长炉，进行了Q345钢常规凝固试验和定向凝固试验。利用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析仪等设备，对试验钢进行了组织及铸锭缺陷观察。同时将模拟计算结果与试验结果进行对照分析研究，以期获得合理科学的Q345钢铸锭形成控制参数，为实际生产提供理论指导。通过对Q345钢常规凝固模拟计算得出，过热度对终态铸坯微观组织结构具有较大的影响，晶粒平均半径由75℃过热度的0.2306mm减小到0℃的0.1862mm，并且中心等轴晶率也大大提高了；成分对于Q345钢的铸态组织有直接影响，模拟计算得出优化的成分C、Mn、Si、P、S的含量分别为0.18%、1.60%、0.35%、0.04%、0.04%。模拟计算小铸锭组织等轴晶率为35.20%，试验钢等轴晶率为34.80%，对比分析数据基本一致。模拟计算得出铸锭宏观缩孔缺陷为=64.6mm，高h=76.92mm的漏斗形状，试验钢缩孔为=61.34mm，高h=78.53mm的不规则漏斗形，试验结果与模拟计算结果相吻合。定向凝固模拟计算得出，随着凝固速率的增加，二次枝晶臂间距逐渐减小，抽拉速度由50μm/s增大到200μm/s时，二次枝晶臂间距由14.49μm减小到5.80μm，二次枝晶细化程度增加；与此同时，定向凝固试样稳态区溶质元素Si浓度分布均匀性变差。定向凝固模拟计算凝固组织二次枝晶臂间距，100μm/s拉速下2=11.59μm，150μm/s拉速下2=8.69μm。试样金相组织观察得出，100μm/s拉速下平均二次枝晶臂间距2约为14.96μm，150μm/s拉速下平均二次枝晶臂间距约等于8.33μm。对比模拟计算结果与试验结果，两者数据较为接近，证实了模拟过程与试验过程相吻合。定向凝固试样稳态区线扫描能谱图显示，150μm/s拉速下Si浓度分布较100μm/s起伏大，偏析加重。模拟计算显示，随着拉速的增大，Si浓度均匀性变差。模拟结果与试验结果趋势相一致，模拟计算过程较为科学合理。