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本文重点研究了钢液凝固过程中微观枝晶生长与夹杂物析出长大之间的关系。鉴于现今模铸与连铸同时被应用于工业生产的现状及其各自特点，本文进行了两个方面的探讨研究。在模铸研究中，应用自建模型研究了钢锭凝固过程的相转变、温度和换热系数的变化及冒口材料和高度对凝固过程的影响，并借鉴CA法通过自建模型研究了钢锭凝固过程中糊状区内枝晶生长与夹杂物析出长大的关系。在连铸研究中，首先应用形核模型探讨了某Ti脱氧钢冷却过程中含钛夹杂物析出和长大的可能性，然后应用热力学和动力学理论研究了某Ti脱氧钢凝同过程中含钛复合夹杂物的析出长大情况，最后通过高温炉实验对理论分析结果进行了分析验证。本论文获得的主要研究结果如下： (1)在钢锭凝固过程中，锭模及底座附近的钢液发生相转变的速率较快且糊状区宽度较窄，而冒口附近的钢液发生相转变的速率较慢且糊状区较宽，液相消失的时间约占总凝固时间的1/3。钢锭凝固过程中，钢锭侧面温度、钢锭-锭模换热系数、锭模内外表面温度和锭模外表面与空气的对流换热系数均随考察点所处位置高度的升高而增大。锭头与冒口的换热系数较大，锭身与模壁的居中，而锭底与底座的最小。在钢锭凝固过程中，底座温度为500～600K，锭模外表面由下向上温度大约为600～900K，冒口外表面温度较高，约为950～1050K。底座的换热系数为20～30W/(m2·K)，锭模外表面的换热系数大约为50W/(m2·K)，冒口外表面的换热系数较高，约为70～90 W/(m2·K)。相比于传统的粘土砖，使用轻质砖和绝热板均有助于改善冒口的保温性能并减缓冒口外表面温度的上升速率。冒口高出钢液上表面部分高度的变化对于钢锭凝固过程中冒口部分的相转变速率的影响较小。 (2)本文建立的钢锭凝固过程中枝晶生长与夹杂物析出长大耦合模型与Goto模型的模拟结果吻合较好，且分析认为本研究结果更接近于实际生产情况。模拟结果表明:过冷度对枝晶生长的初始状况产生影响，而冷却速率对枝晶生长的中后期产生影响;过冷度对夹杂物生长的中后期产生影响。枝晶生长时间随着冷却速率的降低而增加。夹杂物最终粒径随着过冷度的增加或冷却速率的降低而增大，而增大程度则随着其初始粒径的增大而减小。 (3)通过对某Ti脱氧连铸钢液冷却过程的热力学分析表明:在该钢液冷却过程中，硅、锰脱氧反应的吉布斯自由能大于0J/mol而不能自发进行，不会形成含硅、锰的氧化物夹杂。虽然△G(Al2O3)＜△G(Ti2O3)＜△G(TiO2)，但根据形核理论，只有TiO2可以通过均质形核的方式形成稳定的简单氧化物。钢中的[Al]和[O]可以通过异质形核的方式在TiO2固态晶核表面形成Al2O3，构成Al2O3-TiO2复合氧化物夹杂。通过一定方法保证钢液开始凝固前wTi·wO2≤3.96×10-8有利于减少钢中氧化物夹杂的数量。 (4)本文建立了一个计算区域为二次枝晶臂间距一半的枝晶生长与夹杂物析出耦合模型，并研究了某Ti脱氧连铸钢液凝固过程中枝晶生长与夹杂物析出长大的情况。计算结果表明:该钢液凝固过程中起初析出的氧化物夹杂主要为通过异质形核方式析出的Al2O3。当凝固分率超过0.85时，TiN可以在Al2O3表面析出而形成Al2O3-TiN复合夹杂物。冷却速率对元素在凝固前沿的偏析无明显影响，但对局部凝固时间影响明显，并通过局部凝固时间影响夹杂物的粒径。复合夹杂物的粒径大于Al2O3氧化物夹杂的粒径。可作为形核核心的夹杂物的初始半径越大，它对夹杂物的粒径变化的影响越小。 (5)钢液凝固析出夹杂物的粒度主要集中在0～2μm范围内。影响粒度的主要因素为冷却方式，凝固时间越长，晶粒长大越充分，晶粒总体尺寸越大。炉冷试样的夹杂物形貌主要受Al2O3外形和尺寸影响。钢液凝固过程中析出的氧化物夹杂主要为Al2O3，其生成早于TiN，且大多以纯态简单夹杂或TiN析出的晶核形式存在。可作为晶核的Al2O3初始粒径越大，其对析出夹杂物粒径长大的影响越小。随着冷却速度变快，夹杂物中TiN含量越少，复合度越低，水冷样中甚至有钛的氧化物出现。