非晶合金因其独特的长程无序、短程有序结构,使其具有与传统晶态材料不同的力学、物理及化学性能,成为了当今社会解决很多工程性问题的关键材料。铸造作为制备非晶合金的一种方法,其中压铸法因其充型速度过快,高速紊流易引起夹杂、气孔等缺陷,影响玻璃转变。所以,目前应用铸造方法对大尺寸复杂结构非晶合金的制造仍是一项挑战。近年来,国内外学者将反重力铸造技术应用于非晶合金构件成形,但目前仅限于小块体非晶合金的制备。非晶合金制备过程需在真空或保护气氛下进行,防止氧化的发生;金属液也不能发生界面反应,防止异质形核问题的出现。这就使电磁冷坩埚感应凝壳熔炼技术在反重力铸造制备复杂块体非晶构件中展现出了其独有的优势。但电磁冷坩埚能量利用率较低;熔体过热温度不高。研究发现,在铸造过程中影响非晶构件成形的一重要因素是熔炼时熔体的过热温度,但冷坩埚的低过热制约非晶形成能力。本文基于电磁冷坩埚感应熔炼原理,使用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对电磁场、温度场、流场、相场多物理场耦合条件下的Vit1非晶合金冷坩埚感应熔炼过程进行模拟分析。目的在于得到研究域内多物理场分布规律,探究物料能量利用率及过热温度影响因素,进行坩埚结构及工艺调整,以提升物料熔炼时能量利用率及过热温度。这对于应用反重力铸造方式进行结构复杂块体非晶合金的制备具有重要指导意义。电磁冷坩埚感应加热场分析表明,在空载条件下,坩埚内磁场在中轴线上呈中心向上下两侧方向逐渐降低趋势;径向分布上,由外向内磁场强度逐渐降低。装载条件下,物料上方磁场和电流密度主要集中在物料表面,并向内快速衰减。在熔炼过程中,物料顶端外侧率先达到熔点形成液滴,脱落,并与坩埚接触形壳,如此反复,直至内部完全熔化。熔化后,电磁力方向指向熔体内部,物料受电磁力作用形成半月板样驼峰。随着输入功率的增加,驼峰高度逐渐增加,表面波动逐渐加剧。熔体内部受电磁力作用存在涡流区,在输入功率150k W,频率5k Hz条件下,内部最大流速0.49m/s。随着坩埚分瓣数的增加,物料圆周方向磁场均匀性逐渐提高。在坩埚下方引入开缝后,物料轴向方向磁场更为均匀,能量利用率升高。对坩埚下底面进行圆弧处理发现,熔体下部产生一垂直于流体表面电磁压力。将坩埚结构调整为大开缝薄型坩埚发现,随着坩埚壁厚降低,第二开缝宽度增加,物料能量利用率逐渐提高。当坩埚壁厚15mm,第一开缝宽度0.4mm,第二开缝宽度5mm,第二开缝厚度5mm时,物料能量利用率由初始27.1%提升至38.3%。对线圈结构分析表明,矩形线圈在研究域内激发磁场更强,物料上方磁场均匀性更好。采用并联线圈时,电流衰减现象减小,激发磁场增大,物料能量利用率进一步提高。通过对比分析发现在匹配坩埚结构基础上,增加匝数,减小匝间时,物料上方磁场均匀性增加,能量利用率提高。通过磁通集中器的引入,可使磁路变短,磁阻降低,使物料上方磁场强度增大,能量利用率提升。通过分析冷坩埚过热温度的影响因素发现,随着输入功率的提高,凝壳厚度逐渐降低,熔体内部热通量逐渐增大,热损失严重;熔体熔化后,造成短路现象,使坩埚电效率上升,从而导致熔体温度上升不显著。通过外加直流磁场,可使电磁力造成的熔体内部流速减缓,热通量降低,提高过热温度。增大坩埚与凝壳之间的接触热阻,使液相区增大,以增大温度梯度,也可使过热温度小幅提高。对坩埚结构分析发现,采用增加接触热阻的方式同样可增大熔体温度梯度,以提高熔体的过热温度。当坩埚内底粗糙度平均高度越大,粗糙度平均斜率与接触压力越小时,物料与坩埚接触处热阻越大;此外,也可在坩埚与物料接触处增添绝缘低导热介质,增大熔体过热温度。