随着我国装备制造业的迅速发展,对高品质轴承钢的需求不断增长,因而带动了我国轴承钢产业朝高产量、高品质方向发展。如何提高产品质量和性能也日益成为很多钢铁企业研究和开发的重点。本文以工业级规格GCr15轴承钢圆坯连铸过程为研究对象,针对工业生产中关键的过热度和冷却强度、电磁搅拌及凝固末端压下,提出了一种新型的热模拟方法,开发了实际钢种和尺寸的热模拟装备技术,针对现行连铸坯凝固过程研究的局限性,建立了专用于连铸过程的具有多种工艺控制手段的新型工业级热模拟装置。利用该装置研究了不同工艺条件对轴承钢连铸坯凝固组织及缺陷的影响机制。主要结果如下:无电磁搅拌作用下,等轴晶率分别与过热度和冷却强度呈线性关系,并且改变过热度相比改变冷却强度对等轴晶率影响更大。随着过热度的提高,表面处的二次枝晶间距逐渐减小,1/2半径以及中心处逐渐增大,铸锭1/2半径处的局部冷却速率与过热度呈线性递减关系;随着冷却强度的提高,表面处、1/2半径以及中心处的二次枝晶间距均减小,铸锭1/2半径处的局部冷却速率与冷却强度呈线性递增关系;中心偏析随过热度和冷却强度的增大而增大,且最大碳偏析指数与等轴晶率的最佳线性拟合模型为:rCma=-0.0018Pe+1.097。基于Hunt模型,无电磁搅拌作用下发生CET转变的简化判据为:G3.4/V≤3.62×1015。建立了磁场-流动-传热-凝固三维耦合模型,对结晶器电磁搅拌作用下,钢液内部的磁场、流场以及温度场进行了数值模拟计算,并考虑了钢液流动对电磁力的影响,结果表明:随着电流强度的增大,钢液内部的磁感应强度呈线性增加,电磁力呈二次方形式增加,中心温度在50 A～150 A范围内变化较小,在150 A～250 A范围内迅速降低,超过250 A时,温度变化逐渐放缓并趋于稳定;随着搅拌频率的增大,钢液内部的磁感应强度呈指数形式衰减,电磁力先增大后减小,在3 Hz时达到最大值,中心温度在1 Hz～5 Hz范围内变化较小,超过5 Hz后,中心温度开始大幅升高;结晶器电磁搅拌的过热耗散作用使凝固坯壳变薄,抑制了坯壳生长,使得在搅拌完成时钢液流场呈“纺锤”形分布,并且随着搅拌强度的增大,二次流逐渐增强,中心高温区深度逐渐变浅,并呈双凹形向搅拌器中心区域收缩;考虑凝固坯壳后,计算的钢液流动和与结晶器间的传热相较未考虑凝固时均有所减小,更符合实际情况。结晶器电磁搅拌作用下,随着搅拌强度的提高,等轴晶率线性提高,混晶率线性降低;铸锭表面、1/2半径及中心处的二次枝晶间距均减小,铸锭1/2半径处的局部冷却速率与搅拌强度呈指数递增关系;枝晶的分形维数逐渐提高;中心偏析先减小后增大,在0.28 m/s附近达到最小值。随着过热度的提高,等轴晶率线性降低,混晶率则呈指数提高;铸锭表面处的二次枝晶间距逐渐减小,1/2半径以及中心处逐渐增大,铸锭1/2半径处的局部冷却速率与过热度呈指数递减关系;枝晶的分形维数先增大后减小;中心偏析先减小后增大,在30℃附近达到最小值。采用广义Pareto分布法可以用来准确预测在不同条件下铸锭中心偏析的变化趋势,采用碳偏析比最大值作为衡量指标则更为合理;通过数值模拟计算发现:在实验钢液流速范围内,枝晶在不发生颈缩时较难被折断,而发生颈缩时会使枝晶变形和根部应力大幅增加,可达其弹性极限的2～3倍,因而枝晶断裂更可能以颈缩-折断方式产生。末端电磁搅拌作用下,随着电流强度的增大,液芯区域的磁感应强度呈线性增加,电磁力呈二次方形式增加;随着搅拌频率的增大,液芯区域的磁感应强度呈指数衰减,电磁力先增大后减小;随着液芯宽度的增大,液芯区域的磁感应强度不变情况下,电磁力和钢液流速呈线性增加;中心偏析随着搅拌强度的增加先减小后增大,在0.11 m/s附近达到最小值,随着液芯宽度的增加逐渐减小;提高搅拌强度相比改变液芯宽度对心部凝固组织的细化效果更为显著,而两者均有助于减小中心疏松的等效直径,提高其球形度。凝固末端压下过程中,压下效率随着液芯宽度的增加而增大,随着压下量的增加先增大后减小,在6 mm时达到最大值,并且压下效率、压下量和液芯宽度三者满足一阶多项式关系,同时,压下效率越大,中间裂纹产生的倾向性越大;中心偏析随着压下量的增大逐渐减小,在压下量为8 mm时达到最小值,继续增加压下量中心偏析不再发生变化;随着液芯宽度的增加,中心偏析先减小后增大,在液芯宽度为20 mm时达到最小值;增加压下量相比改变液芯宽度更有助于心部凝固组织的细化,中心疏松等效直径的减小以及球形度的提高。对比不同凝固率（坯壳厚度与当量半径的比值）下的末端电磁搅拌及凝固末端压下对中心偏析的改善效果,发现当该值大于0.82时,凝固末端压下优于末端电磁搅拌,小于0.82时则相反。