钛及钛合金材料是工程技术及高科技领域中的关键支撑材料和重要的国防战略金属材料,其中高品质宽幅大卷重钛带卷作为卷焊钛管、板式换热器、复合板等产品极为重要的基础材料,在航空航天、舰船、海洋化工等许多行业得到了广泛应用。国内外宽幅大卷重钛带卷的传统生产加工技术是先将海绵钛通过真空自耗电弧炉熔炼（VAR）成铸锭,再进行锻压开坯,最后轧制成钛带卷。而电子束冷床熔炼（EBCHM）技术不仅可以大大减少铸锭中的高低密度夹杂,而且生产出的超长超薄扁锭（长8000 mm×厚210 mm）可以利用现有的轧钢设备直接轧制成带卷。然而针对该规格的钛扁锭电子束冷床炉熔铸研究,由于在国内外尚处于空白,没有相关经验可借鉴,当前熔铸出的钛扁锭存在着冷隔、瘤疤和气孔等重大冶金缺陷。因此,提高宽幅大卷重钛带卷的质量,关键是获得高质量的超长超薄钛扁锭。本文利用具有国际先进水平的电子束冷床炉设备,针对电子束冷床炉熔铸超长超薄（长8000 mm×厚210 mm）钛扁锭的凝固过程进行控制研究,以实现对钛锭冶金缺陷的有效控制,解决实际熔铸超薄超长钛扁锭的表面质量问题。基于此,本文建立了混合拉格朗日和欧拉（MiLE）非稳态算法数学模型求解温度场,定量研究了电子束冷床熔铸超长超薄TA1钛扁锭及TC4钛合金扁锭凝固过程中的熔池深度和过渡区长度的变化规律。并且在温度场的基础上,建立了元胞自动机与有限元耦合（CAFE）的方法,预测超长超薄TA1及TC4扁锭凝固组织的演变规律,进而为优化工艺参数提供理论依据。对于超长超薄TA1的温度场模拟结果表明,随着浇注温度和拉锭速度的提高,熔池深度均不断加深,过渡区也均随之呈线性增长,但拉锭速度的影响更为显著,因此应严格控制拉锭速度的提高。为了进一步优化工艺参数,研究了不同体形核参数对超长超薄TA1扁锭凝固组织的影响,并通过实验结果与模拟结果对比确定了超长超薄TA1扁锭凝固组织模拟的体形核参数(?T_v,max=10 K,?_vT,_s（28）1 K,n_v,max（28）2′10⁸ m^-3)。基于该确定参数的TA1扁锭凝固组织模拟结果表明,当拉锭速度从1×10^-4 m/s增加到3×10^-4 m/s时,所选扁锭横截面处的平均晶粒半径从1.97 cm增大到2.55 cm。当浇注温度从2023 K增加到2173 K时,平均晶粒半径从2.15 cm增加到2.58 cm。因此,在实际生产中适当减小拉锭速度和浇注温度可以使横截面上的平均晶粒半径减小,从而获得生长方向近似于与拉锭方向平行的凝固柱状晶组织,对扁锭的后续压力加工非常有利。通过模拟研究获得了TA1扁锭主要表面缺陷的形成机理,并结合实际熔铸表明,选取浇注温度2123 K（靠近结晶器部分附加适当的输入能量）和拉锭速度2.35×10^-4 m/s作为超长超薄TA1扁锭的优化工艺参数,可以稳定生产出高品质的超长超薄TA1钛扁锭。对于超长超薄TC4的温度场模拟结果表明,随着拉锭速度的提高,糊状区逐渐变宽,过渡区长度呈线性增长。而随着浇注温度的升高,糊状区逐渐变窄,固液界面形貌不断加深变宽。因此降低浇注温度可以减小扁锭固液界面的曲率,从而消除或降低钛合金铸锭的宏观偏析等缺陷。综合凝固组织模拟结果来看,选取1973 K为优化浇注温度。此外,根据温度场模拟还定量研究了结晶器三维尺寸对TC4扁锭熔池形貌的影响规律,为生产超长超薄TC4扁锭的结晶器尺寸设计提供了依据。综上所述,通过电子束冷床炉熔铸钛及钛合金扁锭凝固过程的数值模拟,获得了主要工艺参数与扁锭熔池深度和凝固组织的定量关系,为实现高品质超长超薄TA1扁锭稳定批量化生产提供有效的理论指导。并为电子束冷床炉进一步熔铸生产出优质的超长超薄TC4钛合金扁锭提供了理论依据,从而提高我国电子束冷床炉熔铸钛合金的生产技术和创新能力,推动钛产业的科技进步。