随着我国制造业的迅速发展,模具、高压容器、核电和军工等行业对高品质、大吨位板坯的需求量越来越大。用传统的方法,如连铸和模铸生产的板坯铸锭,凝固组织差、尺寸不能满足要求,而电渣重熔法生产板坯铸锭,具有产品凝固组织好、可生产大截面尺寸铸锭等优点。对于电渣重熔生产板坯国内外的报道较少,需要进一步探索工艺参数和产品质量之间的关系。目前常用的复合轧辊的铸造工艺有液-液和液-固两大类,其中液-固复合铸造因不受铸件形状的影响以及制造工艺简单,越来越受到人们的重视,而复合界面的结合状态,直接关系到复合轧辊的性能发挥,分析液-固结合法的界面熔合条件并探索电渣液态浇注(Electroslag surfacing with liquid metal, ESS LM)过程的工艺参数与温度场、流场、熔池深度、熔化层厚度等的关系对开发和完善ESS LM制造复合轧辊的工艺具有重要的意义。本文依据电磁方程、流动方程和热量传输方程,建立双极串联电渣炉生产大型板坯过程的数学模型,并利用ANSYS和CFX对整个模型进行求解,得到整个体系的电场、磁场、流场和温度场的分布。在此基础上,进一步探索了加宽电极、减小窄面弧度半径对于消除铸锭窄面和角部褶皱的作用以及不同电极间距、不同渣池深度、不同渣池电压对整个铸锭温度场的影响。模型的计算结果表明：(1)电位梯度、电流密度和焦耳热功率密度在两根电极之间的渣池部位比较大,在结晶器壁附近和渣-金界面处较小,磁感应强度主要集中在两根电极之间的渣池区域。电磁力集中在两根电极之间及周围的渣池部位,从渣池窄面中心截面指向结晶器两侧壁和渣-金界面。在宽面中心截面附近,熔渣从渣池中间位置流向两侧的结晶器壁；在靠近结晶器窄面的地方,熔渣从两根电极外侧流向两根电极之间。(2)通过增加电极宽度,渣池和金属熔池的最高温度均增加,可以保证窄面获得良好的表面质量。通过减小铸锭窄面弧度半径,渣池的最高温度升高,金属熔池的最高温度并没有升高,但铸锭角部和铸锭窄面中心的温差变小,铸锭角部温度有明显升高。(3)随着电极间距的增大,渣池的最高温度逐渐降低,但整个渣池的温度分布更加均匀,金属熔池的最高温度也略有升高,但由于渣池的输入功率保持不变,金属熔池的深度变化不大。随着渣池变浅,渣池的最高温度逐渐升高,渣池温度分布也更加均匀。渣池变浅,金属熔池的最高温度也升高,金属熔池深度增大,熔融金属段的高度也增大。保持输入功率和电极间距不变,增大渣池电压,渣池的最高温度和铸锭的最高温度都增加,金属熔池的深度也相应增加。(4)电极间距为70mm、渣池深度为200mm、渣池电压为62V为双极串联板坯电渣炉的最优工艺参数。根据求得的温度场进行间接应力分析,对铸坯在结晶器内的位移进行数值模拟,得到铸坯凝固过程中的铸坯宽面和窄面的表面收缩量,在此基础上设计结晶器宽面和窄面的内腔形状曲线。通过数值模拟得到电极的温度场分布,拟合出电极温度与高度的关系；通过热重实验得到12Cr2Mo1R钢的氧化动力学曲线,通过实验得到不同温度下的氧化速率常数,并对氧化速率和温度进行拟合,得到氧化速率与温度的关系,从而得到了氧化速率与电极高度的关系。通过对氧化速率进行时间和高度积分,得到了一定插入速度下12Cr2Mo1R钢制作的电极在一定时间内的氧化量,从而求得了在这段时间内进入渣池中的FeO的量。根据计算结果,对于电极插入深度为0.015m,电极熔化速度为4.09×10-3m/s,所用的渣的总重为600kg的双极串联板坯电渣重熔过程,6min内渣池中FeO的增重占渣总重的百分比为0.2%。以重熔12Cr2Mo1R钢时所用的渣系为研究对象,建立脱氧热力学模型,根据给定的渣系各组元的质量分数和电极母材的成分,选择铝作为脱氧剂,计算得到不同加铝量时熔渣-金属界面处各物质的平衡质量分数,根据12Cr2Mo1R钢的Si、Mn、Al的成分要求,获得允许加铝量的区间。将所研究的脱氧热力学模型应用于WE690PT钢,进行脱氧热力学模型的推广。以渣池上方结晶器和排烟罩内的气体域为研究对象,建立物理模型,利用FLUENT软件进行模拟计算,得到不同的抽风速度、喷吹角度、喷吹流量的条件下,电渣炉内气体的流场及气体浓度场的分布。对不同工艺条件下,电渣炉保护气氛罩内气体流场和浓度场可视化分析,得出合理的保护气体喷吹的工艺参数：排烟口的合理抽风速度为3m/s,氩气的合理喷吹角度为75。,氩气的合理喷吹流量为60m3/h。通过对液固结合法制造的复合轧辊的界面进行研究,分析了辊芯处理方法、浇注温度和辊芯预热温度对复合轧辊的界面结合情况的影响；使用金相显微镜和扫描电镜观察组织结构,并对铬元素进行线扫描,分析了不同工艺制度对组织结构和元素扩散的影响；对结合界面处进行了剪应力实验,分析了工艺制度对结合强度的影响规律。结果表明,用石灰水处理辊芯,提高辊芯预热温度和提高浇注钢水的浇注温度均有利于界面的熔合和界面结合强度的提高。对现有设备的电渣液态浇注过程(ESS LM)进行了数值模拟,得到了实验室条件下的ESS LM过程所需的最佳工艺参数为：电压42V,抽锭速度10mm/min,浇注温度为1760K,渣高度为54mm。