钢坯在结晶器内坯壳生长规律的研究是凝固研究的一个重要领域。针对此问题，国内外冶金学者主要从如下几个方面进行分析，如工厂条件、工艺操作、化学成分及含量等宏观角度对包晶钢铸坯裂纹形成的具体影响程度；而研究包晶合金凝固的学者多侧重理论研究。对高温条件下钢液的包晶转变相转变过程研究较少，也没有一个合适的仪器用来测定高温转变规律，在分析连铸过程的铸坯收缩和气隙产生等现象时缺乏必要的科学理论依据和研究手段。故本论文主要基于上述情况进行了四项主要工作，分别是研制一台用于研究低碳钢高温凝固相转变规律的实验设备，利用Ansys模拟软件模拟分析试样的不同厚度对冷却过程的影响，得出不同尺寸的试样传热规律；使用DTA差热分析仪分析确定低合金高强度结构钢Q345D的液相线和包晶反应转变温度，以及各相转变发生温度的确定，通过不同的冷速冷却曲线对比，表明随着冷速的增大，各个相变点发生温度会随之后移，对其常温组织的分析，也得到组织主要为晶界较大而且很清晰的铁素体块和边界处少量的珠光体存在，符合Fe-C相图基本凝固规律，所得相变点实验数据对其后的非平衡凝固实验具有理论指导性作用；使用WKDHL型非自耗中频电弧炉进行高温凝固原理研究实验，得出不同冷速凝固至室温的组织变化，以及空冷至不同时间后进行水冷所获得的不同组织及硬度数据；使用本课题研制的GN-1-1550实验装置进行Q345D的高温凝固实验研究，以DTA平衡凝固实验所得的相变点数据为理论基础，分别选择熔融后直接液淬、以10℃/min冷速缓冷至1495℃，即包晶反应点液淬、缓冷至温度1350℃时进行液淬，发现所得到的高温金相组织随着不同水冷温度是有所不同的，直接液淬时几乎没有高温铁素体的形成，1495℃时则已生成大量块状铁素体，快速冷却后残留在晶界处，1350℃时晶界处几乎没有剩余铁素体，所有高温铁素体已经完全转变为奥氏体，遇水冷却后形成马氏体，从而验证了实验装置功能可行性。