大型铸锭是制造重大装备的关键部件,但是金属凝固本身特性决定了传统铸造工艺无法避免宏观偏析等凝固缺陷的形成,这些缺陷严重制约着大型铸锭的发展。本课题提出一种可降低铸锭宏观偏析,促进铸锭均质化水平的铸造工艺:层状铸造(Layered Additive Casting,LAC),将铸锭分为数个甚至数十个浇包逐次间隔浇注,使每包次浇入的金属液依次、逐层凝固,从而达到降低铸锭中宏观偏析的目的。采用数值模拟与实验相结合的手段验证该工艺的可行性和适用性。采用柱状晶-等轴晶混合三相凝固模型对100 t钢锭的传统铸造工艺以及层状铸造工艺的宏观偏析的形成进行数值模拟预测。模拟结果表明:采用层状铸造工艺可有效改善大型钢锭中的宏观偏析,并且随着钢锭尺寸的增大,该工艺对宏观偏析的改善效果愈加明显。并对层状铸造工艺在抑制宏观偏析的作用机理进行了分析。实验分别采用传统铸造工艺和层状铸造工艺制备X12CrMoWVNbN10-1-1不锈钢(简称X12钢)和T12工具钢小铸锭,采用碳硫分析仪测量铸锭中心截面处C元素成分分布。实验结果表明:与采用传统铸造工艺制备的铸锭相比,采用层状铸造工艺制备的铸锭C元素成分分布更加均匀,说明层状铸造工艺可一定程度改善铸锭宏观偏析。为解决层状铸造工艺参数复杂、方案设计困难的问题,针对层状铸造工艺建立数学模型,开发数字化设计平台,实现层状铸造工艺方案的自动化设计。