高锰钢因具有良好的耐磨性和无磁性,应用领域日益广泛。Mn13耐磨钢和20Mn23AlV无磁钢是两种典型的高锰钢,由于其合金元素含量高、两相区宽、热敏感性强等特性,国内外普遍采用模铸生产工艺。采用连铸工艺替代模铸工艺,已成为高锰钢生产技术的发展方向。本论文以Mn13钢和20Mn23AlV钢为对象,系统研究了高锰钢冶炼过程中夹杂物的演变行为、产生机理与控制方法,全面分析了不同连铸工艺条件下高锰钢的凝固组织变化规律、元素偏析与碳化物析出行为,设计开发了适用于高锰钢连铸的新型CaO-Al2O3基保护渣,在此基础上并将研发的洁净度控制技术、凝固组织控制技术、碳化物控制技术、新型保护渣产品等综合应用于高锰钢的连铸工业生产,取得了良好的应用效果。在本论文条件下,取得如下重要研究成果。1.阐明了高锰钢冶炼过程中夹杂物的演变行为及其控制机理,实现了高锰钢洁净度与夹杂物的稳定控制。Mn13钢冶炼过程中夹杂物的演变规律为:Al2O3→MgO·Al2O3→MgO（MnO）·Al2O3→CaO-Al2O3系夹杂物。Mn13 钢冶炼过程中尖晶石类夹杂物的形成无法避免,锰含量的增加可有效促进尖晶石类夹杂物析出。合适的钙处理可将Mn13钢中的尖晶石类夹杂变质为CaO-Al2O3系夹杂物。20Mn23AlV钢连铸坯中无尖晶石类夹杂物形成,其主要夹杂物为AlN,同时还存在少量的MgO夹杂物。2.阐明了不同连铸工艺条件下高锰钢的凝固组织变化规律,为高锰钢连铸二冷工艺的优化提供了重要指导。在相同冷却水流量条件和电磁搅拌的作用下,随着拉速的增加,连铸坯的柱状晶区的比例逐渐减小,等轴晶区的比例逐渐增大,同时柱状晶区的二次枝晶间距逐渐增大。建立了适用于Mn13钢连铸工艺的凝固传热模型,得到了 Mn13钢连铸坯二次枝晶间距与冷却速率之间的函数方程为λ2=111.15×v-0.349。3.揭示了不同工艺条件下高锰钢连铸坯的碳锰元素偏析和碳化物析出行为,为高锰钢连铸坯的碳化物析出提供了控制方法。Mn13钢连铸坯中的碳元素在交叉树枝晶区存在一定程度的负偏析,在中心等轴晶区偏析程度明显加剧,碳元素的微观偏析主要以晶界偏析为主;锰元素无明显的宏观偏析现象,但存在一定的成分波动现象。当温度降至550℃以下时,随着冷却温度的降低,碳化物的析出量明显增加。为避免碳化物的大量析出,Mn13钢连铸坯下线后应采用快速冷却,减少其在低温段的停留时间。4.基于对传统CaO-SiO2基保护渣的分析评价,研制开发出一种适用于20Mn23AlV高锰钢连铸的CaO-Al2O3基新型保护渣,为20Mn23AlV高锰钢的连铸难题提供了解决方案。与CaO-SiO2基传统保护渣相比较,CaO-Al2O3基新型保护渣与20Mn23AlV钢的反应性明显减低,成分与性能均保持相对稳定,较好地发挥了保护渣的冶金功能。5.将研发的夹杂物控制技术、凝固组织控制技术、碳化物控制技术与新型保护渣产品综合应用于高锰钢的连铸工业生产,实现了生产工艺顺行和产品质量改善,取得了良好的应用效果。与模铸生产工艺相比较,Mn13钢连铸生产工艺的综合成材率由85%提高至95%,吨钢成本降低3000元/t;20Mn23AlV钢连铸生产工艺的综合成材率由68.4%提高至83.7%,吨钢成本降低1660元/t。