在能源紧张和环保的压力下镁合金变形材的大规模应用势在必行,其中板材是镁合金变形材应用最为广泛和最为大宗的工业产品类型,而大批量工业化生产宽幅板材及板卷上具有明显优势的热轧开坯工艺路线的前提条件是制备大规格、高质量、低成本的铸造板坯产品。由于板坯铸造工艺中凝固和传热的面对称特点,其凝固组织与铸造应力控制难度较大,特别是在大宽厚比大截面尺寸时更为严重。本研究作为国家重点基础研究发展规划资助项目(973)“低成本高质量大尺寸镁合金锭坯的凝固成形”和国家科技支撑计划(十二五)“镁合金板带高效低成本轧制技术开发”的一部分,将电磁场和超声场应用于镁合金板坯的半连续铸造过程中,针对不同规格的镁合金板坯采用实验和模拟相结合的方式,研究了镁合金板坯半连续铸造过程中速度、冷却和分流等工艺参数和电磁场与超声场对凝固过程传热行为的影响。本研究首先采用实时测温研究了截面尺寸为130mm×300mm的镁合金板坯DC铸造过程的传热行为,结果表明:铸造速度和二冷水变化对传热与凝固行为的影响与其导致的一冷和二冷的散热量变化以及二冷对一冷的影响有关。铸造速度提高后糊状区厚度及其在横截面上的厚度差别均显著减小,进而获得了更加均匀的凝固组织,同时也有助于提高凝固过程中靠近结晶器内壁附近熔体凝固初期(高温区)的冷却速率和热流方向,进而抑制了一次枝晶的生长和柱状晶区的形成。提高二冷水强度时糊状区厚度及厚度差别的变化规律同提高铸造速度相似,但作用效果略小,但可显著改变边部区域的散热取向并明显抑制柱状晶区的形成。通过板坯LFEC铸造过程实时测温实验表明:低频电磁场的强制对流作用使板坯液穴深度、糊状区厚度及横截面上的厚度差别均明显减小,进而使板坯凝固冷却速率提高且更加均匀,并获得均匀、细化的凝固组织。进一步增加电磁强度后板坯大面角部附近熔体的初始冷却速率提高,进而导致枝晶粗化。增加二冷水流量可降低结晶器壁面附近电磁场强制对流效果,从而降低该区域内凝固初始冷速,使凝固组织枝晶化和粗化。结晶器内套局部绝热对电磁铸造的传热和凝固行为有显著影响,四周全部绝热优于小头局部绝热。通过对大规格镁合金板坯LFEC铸造实验研究发现,合理调节铸造速度可获得均质且凝固组织较为细小均匀的铸造板坯,横截面尺寸为300mm×800mm板坯电磁铸造的合理铸造速度为30mm/min左右。因电磁强制对流作用使超声作用范围显著扩大,在横截面尺寸为350mm×860mm板坯的LFEC铸造过程中合理位置施加超声后可进一步显著细化凝固组织并抑制柱状晶形成及宏观偏析。大规格镁合金板坯裂纹主要是凝固过程填充不畅与铸造应力共同作用的结果,填充不畅所致的裂纹易发生于板坯大面上对称面附近,而铸造应力导致的裂纹则可能发生在大面上凝固壳高度较低的部位。对横截面尺寸为400mm×1450mm的特大规格板坯的铸造数值模拟结果表明:电磁场对铸造过程具有显著的作用效果,提高电磁强度(电流强度)后板坯心部强制对流范围扩大,促进了心部的热量交换。铸造速度提高后液穴深度增大,凝壳高度显著降低且周向的高度差增加。提高板坯大面中间位置的冷却强度后该处凝壳高度上升且凝壳周向高度差减小,凝固过程冷却速率差别也减小。相比于电磁场,超声场对特大规格板坯铸造过程中温度场和流场的影响范围较小,仅当超声功率较大时超声杆正下方熔体温度才小幅升高,且在特大规格板坯铸造时超声杆对电磁场分布的影响不大。分流槽设计对铸造过程中的温度场和流场的优化影响巨大,减少分流槽上距离大面中心位置最近处的流孔数量,可使水平方向的温度差别和液穴深度显著减小,进而提高横截面上的凝固均匀性。最后在板坯凝固过程传热行为研究基础之上,设计了特大规格板坯铸造结晶器系统。