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大型铸锻件是国家重大工程的核心部件，其制造能力是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。但是，我国冶金机械、能源电力、船舶制造、石油化工等领域的大型铸锻件曾长期依赖进口，受制于人。大型钢锭是大型锻件的坯料，制备优质大型钢锭是实现国家重大装备用大型锻件自主生产的关键。而缩孔疏松是大型钢锭最常见的内部缺陷之一，严重影响大型钢锭的质量。本文采用有限元模拟和钢锭实际浇注、解剖实验相结合的方法，对100吨30Cr2Ni4MoV核电低压转子用钢锭的铸造过程进行系统研究。通过优化有限元计算模型，提出合适的预测其轴线缩孔疏松的判据，并在此基础上提出系列工艺改进准则。在合作企业成功浇注了“最优工艺”条件下的100 t钢锭，基本消除其轴线缩孔疏松缺陷，并把该判据和工艺优化准则推广到系列大型锻造用钢锭(90-600 t)的铸造工艺中，基本解决了大型锻造用钢锭轴线缩孔疏松缺陷的问题。论文的主要研究内容和结论包括：
1)总结了铸造过程中传热模型、流动模型和应力计算模型，探讨了各方程的数值求解方法。在企业实际浇注了100吨30Cr2Ni4MoV核电低压转子用钢锭，并对其进行解剖分析，通过超声波探伤等实验确定其轴线缩孔疏松缺陷的分布和尺寸。基于实际解剖实验结果，优化大型钢锭计算模型和有限元模拟的初始、边界条件。并利用商业有限元软件ProCAST初步模拟100 t钢锭铸造过程中流场、温度场、应力场等信息。
2)通过100 t钢锭有限元模拟，解释其轴线缩孔疏松缺陷的产生机理。在此基础上研究了不同缩孔疏松判据，提出G/Rs0.5<临界值判据可以作为大型钢锭轴线缩孔疏松的优化判据(其中G为温度梯度，Rs为凝固速度)，由此判据得到的钢锭轴线缩孔疏松的尺寸和分布结果与实际钢锭超声波探伤结果符合良好。把该判据用到135 t和234 t钢锭的有限元模拟中，轴线缩孔疏松的计算结果与文献中解剖结果吻合，进一步验证了所提出判据的通用性。
3)总结大型钢锭锭型工艺设计方法，在此基础上，对100 t钢锭提出系列工艺改进措施，并系统研究了每一种工艺改进措施对其轴线缩孔疏松的影响。模拟结果表明，使用“最优工艺”可以基本消除100 t钢锭的轴线缩孔疏松缺陷。在此基础上把研究100 t钢锭所使用的缩孔疏松判据和工艺优化准则推广到系列大型钢锭(90-600 t)中，基本消除了大型钢锭轴线缩孔疏松缺陷。最后，在工厂成功浇注“最优工艺”条件下的100 t钢锭，并对其进行实际解剖和探伤实验，结果表明，“最优工艺”基本消除钢锭轴线缩孔疏松缺陷，其当量可控制在()3mm以下，达到锻件GB/T6402-1991二级探伤水平。