本课题是国家重点基础研究计划(973)资助项目“提高铝材质量基础研究”中的部分内容，通过对多流低频电磁铸造铝合金理论和实验研究，为铝合金低频电磁铸造产业化提供技术和理论基础。 首先测定了低频电磁铸造过程(LFEC)中Ф100mm的铝合金铸锭近表面的动态温度，采用逆向法计算出了其水冷段的换热系数。随着铸锭表面温度的降低，换热系数逐渐增大；在温度由400℃降至130℃的过程中，换热系数急剧增大，在130℃左右时达到最大，其最大值大约为23000W/(m·K)；当温度继续降低时，铸锭表面换热系数迅速减小。 建立了低频电磁铸造凝固过程的三维有限元模型，首先对Ф100 mm的铝合金圆锭凝固过程进行了模拟，并将模拟结果与实测数据进行了比较，以此来验证模型的正确性；然后采用该模型来模拟Ф174mm铝合金圆锭的凝固过程，重点研究凝固过程中不同条件下铸锭液穴深度的变化。当浇注温度为700～720℃，拉速为120～130 mm/min时，液穴深度在67mm到82.5mm之间，浇注温度每增加10℃，液穴要相应增加4～5mm；拉速每增加5mm/min，液穴深度相应增加约2～4mm。 以铸锭内部的磁感应强度做为判据，通过有限元法对单流低频电磁铸造中磁场三维空间分布进行数值模拟，并对结晶器的材料进行优化设计。模拟结果表明，为了提高铝熔液内部的磁感应强度，结晶器内套材料采用用奥氏体不锈钢，结晶器有效结晶部分用石墨，结晶器外套为导磁材料A3钢。确定结晶器材料后，对电磁参数对熔池内部磁感应强度影响进行了分析。结果表明，电流强度和频率对磁感应强度在金属熔体内部的分布有着重要影响。在电流频率不变的条件下，熔体内部的磁感应强度随着电流强度的增强而增强。在电流强度不变的条件下，通过调节电流的频率能够更显著地改变熔体内部磁感应强度的分布情况。 利用有限元法对四流低频电磁铸造过程中磁场和流场进行耦合数值分析，结果表明，在同样的条件下，当相邻线圈之间距离为20mm，并且线圈电流方向相同时，铸锭表面周向的磁感应强度及熔池内铝熔体流动速度分布要比相邻线圈电流方向相反时均匀的多，但铸锭内部磁感应强度要比相邻线圈电流方向相反时的低。为了获得不同电流方向情况下线圈之间的影响规律，重点分析了相邻线圈电流方向相同和相反时，线圈之间距离对铸锭磁感应强度和熔池内铝熔体流动速度的影响。结果表明，随着线圈之间距离的增大，熔池周向的磁感应强度分布趋向均匀。当相邻线圈电流方向相同并且线圈之间距离为30mm时候，磁感应强度在铸锭外表面圆周方向差值为0.0022T，相对差值为4％左右，熔池内铝熔体速度分布均匀，线圈之间磁场相互作用对铝熔体流动速度的影响可以不用考虑。当相邻线圈电流方向相反并且线圈之间距离为80mm时候，磁感应强度在铸锭外表面圆周方向差值为0.0019T，相对差值为3％左右，熔池内铝熔体速度分布均匀，线圈之间磁场相互作用对铝熔体流动速度的影响可以忽略。所以对多流低频电磁铸造来说，推荐线圈之间的距离为：相邻线圈电流方向相同，线圈之间的距离应大于30mm。在数值模拟的基础上，设计制造了一套四流低频电磁铸造设备，并进行了四流低频电磁半连续铸造6063铝合金实验研究，主要结果如下： (1)可以通过施加交变电磁场的方法消除了铸锭表面的冷隔和表面偏析瘤，使铝合金铸锭表面光洁，提高产品质量。在相同的电流强度下，频率为30Hz时，铸锭的表面质量最好。 (2)施加电磁场可以显著细化铝合金铸态组织，在整个铸锭横截面上得到均匀细小的等轴晶组织。在频率一定情况下，铸锭内部的晶粒尺寸随电流的增加而减小。在保持电流强度不变的条件下，频率处于15～20Hz的低频区间时，能够更有效地细化晶粒。在频率一定情况下，随着电流增加，铸锭的拉伸强度和维氏硬度都随着增加；在电流一定情况下，当频率为15Hz的时候，铸锭的拉伸强度和维氏硬度最大。 (3)成功进行四流低频电磁铸造Ф174mm铸锭电磁场和工艺参数为：频率15～30Hz，电流100～140安培，浇注温度710℃，铸造速度140mm/min，冷却水强度0.35m<'3>/min。