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由于凝固冷却速度缓慢，大断面球墨铸铁件的中心部位常出现碎块状石墨等现象，这大大降低了铸件心部的力学性能。在过去的40多年里，国内外科研工作者在提高大断面球墨铸铁件综合性能方面做了大量的研究，也取得了很大的进展。本文首先研制了一台1500-300型大断面铸件凝固模拟试验机，以课题组之前在工厂现场浇注的Φ590×800mm的大断面球墨铸铁件为参考，利用该装置控制模拟大型铸件的凝固过程，实现了对大断面铸件凝固过程的物理模拟。在此基础上，本文进一步研究了稀土元素镧La、微量元素锑Sb以及自配随流孕育剂对模拟铸件组织与性能的影响，分析了铸件的凝固过程、组织形貌和力学性能，探讨了铸件中碎块状石墨的形成原因及减少碎块状石墨形成的方法。本文主要结论如下：(1)研发的“1500-300型大断面铸件凝固模拟试验机”结构简单合理、使用方便、操作安全、功能多样，能够开展多种热处理工艺方面的研究。利用1500-300大断面铸件凝固模拟试验机能够较好地控制炉膛内模拟铸件的冷却过程，可实现对大断面球墨铸铁件(尺寸Φ590×800mm)距铸件中心170mm处的物理模拟。且模拟冷却曲线与实际大断面球墨铸铁件的冷却曲线的相对误差在2.1%以内。(2)添加0.1%的稀土La能使大断面球墨铸铁件中的石墨形态好转，并使综合力学性能得到提升。在模拟铸件中添加0.1%La同时添加0.03%Sb，则所得铸件石墨形态最圆整，且抗拉强度达到448.8MPa，较原始对比铸件提高了11.5%，断后延伸率达到8.6%，提高了19.4%。在模拟铸件中添加0.1%La同时添加0.05%Sb，所得铸件石墨形态和力学性能比原始对比铸件好，但要差于添加0.1%La和0.03%Sb的铸件。(3)不同孕育剂情况下，随流孕育工艺都能使大断面球墨铸铁件的石墨更为圆整，且力学性能均有一定的改善。其中，添加CeO2的试样抗拉强度，断后延伸率和硬度分别达到543.5MPa、4%和229HB，比原始对比试样分别提高6.5%、14.3%和9.5%。(4)含CeO2、BaO等化合物的孕育剂，虽然能在一定范围内提高球墨铸铁件的石墨圆整度和力学性能，但性能提升幅度有限，且此类简单化合物与铁液的相溶性较差，阻碍了其孕育作用的发挥。