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大钢锭铸造的技术关键之一是如何保证钢锭凝固顺序和铸锭的充分补缩,这是有效控制铸造缺陷,获得高质量大型铸锭的重要条件。要获得锻造所需的优质钢锭,就必须要控制钢锭的凝固过程。由于钢锭的凝固是在高温状态下进行的,难以直接进行观察和控制,采用数值模拟技术可以更为直观的观察和了解钢锭的凝固过程,通过相关参数的调节对凝固过程进行有效地控制。本文首先以ProCAST模拟软件为基础,研究了水流速度、钢锭模厚度、间隙大小三个因素对钢锭凝固过程的影响。研究表明：1)水冷钢锭模的壁厚越小可以减小热阻,结合实际生产状况,确定了水冷钢锭模厚度。2)在选定的钢锭模厚度下,流速低于2m/s时钢锭的凝固速度随着流速的增大而增大；流速为2m/s时钢锭的凝固速度为0.04mm/s;超过2m/s时对钢锭的凝固速度无明显变化。3)间隙对换热系数的影响不太显著,计算确定了间隙大小和钢锭模和钢锭之间的换热系数。其次,对普通钢锭模模铸工艺进行了模拟研究,研究发现,钢锭凝固过程中芯部液相区沿钢锭纵向比较长,而且分布区域狭窄,凝固后期钢锭上部有搭桥现象出现,这就导致了钢锭冒口对中心区域补缩不足,在钢锭中心形成缩孔缺陷,距离底部500mm,轴向长度1900mm,径向长度达107mm。再次,对水冷模工艺进行了数值模拟。研究发现,由于水冷钢锭模的冷却能力要远远强于普通钢锭模,随着时间的延长,钢锭液芯区域越来越狭窄,这就导致了冒口对锭芯区域补缩不足,在钢锭中心形成缩孔缺陷,距离底部300mm,轴向长度2000mm,径向长度15mm,相比于普通模铸工艺缩孔缩松位置降低200mm,轴向长度增加l00mm,径向长度缩小92mm。。然后,对自补缩工艺的数值进行模拟研究。研究发现,自补缩工艺相比水冷模工艺减小了钢锭的凝固速度,使钢锭中心长期保持液相状态,但是凝固后期仍有缩孔缩松出现,主要分布在钢锭锭身600mm以上,轴向长度约为1800mm,径向长度1Omm,相比水冷模工艺缩孔缩松位置提高300mm,轴向长度缩小200mm,直径长度缩小5mm。。最后,经过对以上三种工艺的研究结果分析,提出了水冷模梯度补缩工艺,并对其进行了数值模拟。研究结果表明,在钢锭与钢锭模之间的不同位置,不同时间段给予相应的冷却强度,使钢锭下部的冷却时间早于上部,形成至上而下的温度梯度,进而使得凝固界面能够呈现“V”字形纵向向上推进,抑制缩孔缩松的产生。