铸造行业是国家工业制造的重要基础,伴随着工业设备所需锻件往高质量、大型化方向发展,与之对应的大型钢锭的质量要求也更加严格。由于大型钢锭通常采用模铸的方法进行生产,在充型和凝固过程中无法直接进行观察和控制,因此计算机模拟技术已经成为铸造工艺优化研究的重要手段。经过多年的研究和发展,关于大型钢锭的数值模拟已经取得了巨大的进步,但仍然存在一些关键问题尚未解决。主要表现在数学模型的建立或模拟参数的设置难以贴合实际情况等方面,而这些问题都直接关系着计算结果的准确性。本文以国内某特钢厂生产的18Cr Ni Mo7-6钢6吨锭型为研究对象,采用数值模拟手段对其铸造充型及凝固过程进行计算,并根据模拟结果对企业现行生产工艺和结构参数进行了优化。主要研究结果如下:（1）采用金属材料性能模拟软件JMat Pro对Pro CAST模拟软件自带数据库进行了修正,主要包括热导率、密度、黏度和焓等关键热物性参数。经修正后所计算钢种的液相线为1510℃,固相线为1480℃。针对18Cr Ni Mo7-6钢锭存在的卷气、卷渣类夹杂问题,分别对不同浇注速度条件下充型初期的流场进行了模拟计算。结果表明:当浇注速度为10 kg/s时,钢液中心最大流速超过0.73 m/s;浇注速度为8 kg/s时,最大流速超过0.53 m/s;浇注速度为6 kg/s时,最大流速超过0.40 m/s。对比模拟结果发现,当充型初期浇注速度小于8 kg/s时,钢液上表面翻滚程度明显减小,有助于减少夹杂缺陷。（2）对钢锭的中心疏松缺陷进行了模拟计算。结果表明:浇注温度越高,凝固后期的熔池越狭长,冒口补缩难度越大,中心疏松缺陷分布范围越大;浇注温度降低30℃,疏松缺陷长度可缩短70 mm左右,即适当降低浇注温度能够显著改善中心疏松缺陷。分别对不同浇高条件下的温度场进行了计算,模拟结果表明:冒口尺寸越大虽然可以提高补缩能力,但对钢锭整体凝固的影响能力有限,企业现有的浇高最多可以降低30 mm左右;浇注速度和浇注温度参数对钢锭凝固的影响程度大于冒口尺寸参数。（3）对不同过热度条件下的凝固组织进行了计算。结果表明:过热度越大柱状晶比例越大,等轴晶比例越小,晶粒数越少,整体晶粒尺寸越大;根据企业现有的生产条件,在40～50℃范围内改变过热度对凝固组织的影响不大。进一步研究了形核参数对凝固组织的影响,模拟结果表明:体形核过冷度主要控制柱状晶区的分布,体形核密度主要影响柱状晶向等轴晶转变（简称CET）位置和整体晶粒的尺寸,可以根据实际钢锭的金相组织对模拟结果进行调整,获得更准确的形核参数。（4）对钢锭凝固过程的宏观偏析进行了计算。结果表明:在靠近钢锭外壁最先凝固的固相中,C浓度低于原始浓度值,表现为负偏析特征;钢锭完全凝固后冒口区域的C浓度最高,达到0.47%以上,表现为正偏析特征,且适当降低浇注温度有利于减轻钢锭的中心偏析,变化规律与实际情况相符。对钢锭冒口线处的横切面进行了宏观偏析C/S检测实验。结果表明:C浓度分布与凝固组织密切相关,C元素的极大值点位于CET转变区。可以通过减少柱状晶比例,增大中心等轴晶面积来改善中心偏析,同时也较好地验证了宏观偏析的模拟结果。