本研究针对江苏某特殊钢企业(以下简称某特钢)大钢锭生产所面临的缺陷率高、钢锭成材率低、探伤合格率低等问题,选取17CrNiMo6钢种的21吨和6.8吨两个锭型,利用ProCAST软件对钢锭浇铸、凝固过程的流场和温度场及影响缺陷的工艺因素进行了数值模拟。结合热物性参数及辅助材料的性能测定和现场工业验证,探讨了影响大钢锭凝固质量和缺陷的成因,提出了工艺优化方案和改进建议。主要的研究结果如下:(1)针对17CrNiMo6钢21吨锭型的中心疏松缺陷,分别对三维温度场、热流密度、固相率和浇注温度、浇注速度和锭模的高径等参数进行了优化模拟。结果表明:当浇注温度为1545℃、锭身浇注速度为25kg/s和高径比为1.86时,钢锭的中心疏松缺陷的预测结果为缺陷占锭身总体积比优化前下降了0.55%,缺陷所占体积比优化前减少了约30%。现场红外测温曲线与模拟温度曲线拟合度达到96%,各工艺因素对钢锭中心缺陷影响程度的大小顺序依次确定为:高径比>浇注温度>浇注速度。(2)对辅助材料的相关参数进行了分析,测定了绝热板的密度、绝热板导热系数与温度的对应关系曲线以及保护渣的熔点熔速和结晶性能等参数。结果表明:绝热板的导热系数都优于标准要求,选择2#绝热板更有利于凝固过程传热稳定;待选保护渣中的2#保护渣熔点为1162℃,熔速为76s,结晶性能最好,选择它更合适。(3)针对锭尾皮下夹渣质量缺陷,选取6.8吨锭型对可能存在的缺陷及位置进行了预测。确认倒角连接是影响热流分布及钢液初期翻滚程度的主因,提出了保护渣采用悬挂方式添加以及钢锭与底盘采用倒角连接来降低卷渣量,减少锭尾夹渣。结果表明:提高锭模初温至600℃时,可以使倒角处底部钢锭坯壳冷凝时间推迟500s;锭模与底盘处采用倒角连接比无倒角更利于减少锭尾皮下夹渣,且倒角R=150mm时缺陷率由1.509%减低到1.423%。(4)针对6.8吨钢锭冒容比偏大带来的系列问题,对不同冒容比参数下的热传递、冒口钢液收缩、冒口凝固过程、缩孔深度及冒口缺陷的变化规律进行了数值模拟。结果表明:(1)绝热板下端设计成30°楔形状,增加了冒口线处的钢液接触面积,有利于冒口钢液的补缩;(2)将冒口浇高从350mm降低至320mm,同时使绝热板厚度从50mm增加至80mm,优化后的工装工艺可以使冒口缩孔深度从216.61mm降低到了61.76mm,钢锭切头率可以从12%降到9.56%,钢锭的利用率增加。大钢锭皮下夹渣、缩松等质量缺陷,严重影响钢锭成材率。采用ProCAST软件对可能存在的缺陷及位置进行预测并对凝固过程进行数值模拟,并用现场数据获得验证,获得更适宜的工艺参数来指导生产,可以有效降低成本,避免实验研究高温下可操作性问题。