镁合金由于其密度低、比强度大和可回收利用等优点在航空航天、国防军工、3C产品等领域具有广泛的应用前景,而细晶均质镁合金铸锭的制备是变形镁合金大规模应用的前提。然而,由于镁合金自身存在导热性差、易氧化燃烧和吸气量大等缺点,传统半连续铸造镁合金铸锭晶粒粗大、偏析严重、表面质量差,严重影响后续变形以及使役性能。低频电磁铸造技术通过电磁感应原理产生的洛伦兹力使熔体产生强制对流,改变了熔体的流动状态,使温度场和溶质场更加均匀,可明显细化镁合金铸锭的凝固组织并减小组织差别,且显著抑制宏观偏析,提高表面质量。但迄今,低频电磁铸造相关研究主要集中在电磁条件的影响,但对结晶器与线圈结构及其组合以及与电磁场种类的匹配关系对宏观物理场以及凝固行为的影响未有系统化研究,制约了该技术硬件设备的精准设计以及作用效果的进一步优化与提升。因此,本文以Φ300mm AZ80镁合金铸锭的电磁半连续铸造为对象,开展了电磁结晶器与线圈结构及其匹配以及电磁场种类与参数对镁合金电磁铸造过程中的宏观物理场影响的数值模拟研究,为镁合金电磁铸造结晶器优化设计以及工艺效果的提升提供基础数据。通过电磁结晶器结构对磁场分布影响的数值模拟研究,获得了单一脉冲磁场下不同线圈横截面宽厚比、线圈匝数、内套厚度、线圈与内套间距及差相脉冲磁场下不同线圈间距的磁感应强度和洛伦兹力分布规律。研究结果表明,线圈横截面为正方形时磁感应强度和洛伦兹力最大,且当线圈横截面为正方形时,磁感应强度及洛伦兹力随线圈匝数的增加而线性增加,减小内套厚度和线圈与内套的间距均会使磁感应强度和洛伦兹力增大,差相脉冲磁场时,线圈间距为20mm～30mm时轴向上的电磁场均匀性最好。对传统半连续铸造、单相和差相电磁铸造下洛伦兹力、流场及温度场的分布进行研究的结果表明,与传统半连续铸造相比,施加单相脉冲磁场和差相脉冲磁场均能增强熔体的强制对流,显著改变熔体流动状态,熔体流速显著增加且呈现周期性振荡效应,同时熔体的冷却速率变大,温度分布更加均匀,液穴变浅。差相时洛伦兹力、熔体流速及振荡幅度的z分量最大值均约为单相时的10倍,且熔体环流面积更大,强制对流效果更强,液穴内温度分布更均匀。对差相脉冲磁场不同电流强度、频率及占空比下宏观物理场的数值模拟研究结果表明,在本研究电磁参数范围内,随着电流强度的增加,熔体中磁感应强度、洛伦兹力、熔体流速和振荡幅度的最大值均线性增加,熔体温度分布更均匀,冷却速率更大,液相区显著减小,两相区增加。随着电磁频率的增加,磁感应强度、熔体流速与振荡幅度的最大值先减后增,熔体心部的温度随频率的升高逐渐升高。随着占空比的增加,熔体的磁感应强度线性增加,但洛伦兹力略有减小,不过由于脉冲作用时间增加,熔体流速、振荡幅度、温度分布与电流强度下的变化一致。