特厚板被广泛应用于各大领域,而随着经济的发展,特厚板的厚度趋于更厚。特厚连铸坯作为特厚板生产的主要原料,其质量备受关注。连铸坯内部的缺陷是与其凝固速度有关的,凝固速度越大,出现内裂纹的趋势就越大,且强制冷却强度也不宜过大,否则也会诱发内裂纹。而特厚铸坯由于断面较大,传热较慢,使得凝固速度较慢,这就有利特厚铸坯的质量提升。为开发更厚的特厚铸坯,控制特厚铸坯的质量,研究特厚铸坯慢速凝固是很有必要的。本文通过现有数据反算出实际生产中420 mm特厚铸坯结晶器的具体尺寸,依据相似原理计算出用于慢速凝固的结晶器尺寸及材质,根据连铸冶金准则计算出特厚板坯慢速凝固的冷却制度,采用有限元数值模拟软件ProCAST建立105mm×270 mm特厚铸坯模型,分析在理论配水情况下,特厚铸坯慢速凝固温度场,凝固坯壳及固液两相区的变化规律,同时依照设计内容,制作结晶器并进行热态铸造试验,探究慢速凝固形成特厚铸坯的质量,具体研究内容如下:(1)设计试验用特厚铸坯慢速凝固结晶器及配水情况。本文根据420 mm特厚铸坯生产的基本参数,反算出实际产生中该铸坯合金结晶器的尺寸,在确定相似比为4:1,凝固时间比1/8~1的条件下确定了实验室特厚铸坯结晶器尺寸为105 mm×270 mm×550 mm,材质为粘土;根据温度梯度与凝固速度相似的前提,计算出该铸坯理论初生坯壳为13.6 mm,二冷区共分为3段,各段长度分别为0.3m、3.3 m和3.58 m,配水量分别为18.8 L/min,8.38 L/min,2.28 L/min。(2)建立105 mm×270 mm特厚铸坯模型。本文根据设计参数,计算出数值模拟所需边界条件,运用薄片边界移动法对特厚铸坯慢速凝固过程进行数值模拟,获得了铸坯断面方向上的温度场、凝固坯壳及固液两相区的变化规律,并将特殊位置的温度变化与理论计算值互相验证,在满足冶金准则情况调整配水得到最合理的配水及模型。(3)结合合理的配水情况及设计结晶的参数进行热态慢速凝固试验,分析慢速凝固形成铸坯的宏观与微观组织,探究慢速凝固对特厚铸坯质量的影响。同时利用高温共聚焦显微镜进行不同冷速的凝固实验,得到不同冷速下铸坯微观组织及析出物,验证了热态实验所得慢速凝固也会产生相对细小晶粒的结论。利用设计所得参数作为边界条件,运用有限元数值模拟软件ProCAST对105mm×270 mm特厚铸坯慢速凝固过程的温度场、凝固坯壳及固液两相区进行数值模拟,可以直接得到铸坯每个冷却位置点的温度及坯壳厚度,较为真实的反映出了特厚铸坯慢速凝固过程;利用修证好的配水进行慢速凝固热态实验,得到慢速凝固条件下细小的晶粒,这为特厚铸坯往更厚方向发展提供了一定参考。