工业生产中，大型锻件质量的好坏与钢锭的质量密切相关，尤其是钢锭内部溶质成分的分布，可以直接影响到钢锭的使用性能，而宏观偏析缺陷又难以通过后续的轧钢工艺等过程来消除。要获得锻造所需的优质钢锭，就必须对钢锭凝固过程中的溶质分布规律进行预测和控制。钢锭凝固是在铸型内的高温状态下进行的，难以直接观察和检测。在大多数情况下，采用现场实验及实物研究非常困难。　　本文以大型钢锭的凝固过程中的碳偏析为研究对象，通过建立钢锭凝固模型并利用procast软件对其凝固过程的温度场进行了模拟。本文利用浓化时间法预测了计算模型中偏析产生可能性较大的部位。在浓化时间法的基础上，发展了改进的浓化时间法预测钢锭的头部正偏析，对模型计算的结果表明，改进的浓化时间法设计思想清晰，计算简便、计算速度快，并能够模拟出钢锭凝固过程中溶质的富集过程。在进一步的探讨偏析过程的物理本质的基础上又分别利用了溶质分配规律、沉降规律、倒V型偏析的发生规律等计算了溶质分布、沉积锥和倒V型偏析。　　主要研究结果如下：　　①对大型钢锭凝固过程温度场进行了模拟计算。本文利用procast软件，对现场实际生产过程中的600T大型钢锭的凝固过程进行了模拟计算。计算结果表明，其凝固过程能够满足现在实际生产过程的工艺条件。并在此基础上，实现了对温度场数据的导出。　　②利用浓化时间法对各部位的浓化时间进行了计算。计算结果表明，冒口中央部位附近经历的浓化时间较长，出现偏析的可能性较大，这是宏观偏析中的通道偏析、头部正偏析以及枝晶沉降等因素共同导致的结果。　　③利用改进的浓化时间法对凝固模型进行了计算，计算结果表明，改进的浓化时间法能够模拟出大型钢锭凝固过程中溶质富集的实际过程，且计算简便、计算速度快。　　④通过对溶质分配规律的分析，利用溶质分配规律的物理过程，总结出代数方程数学模型对大型钢锭凝固过程中溶质分布进行计算。计算过程表明，代数方程数学模型可以简化微分方程数学模型在数值计算中离散化的步骤。计算结果表明，随着时刻的增加，浓化液逐步向钢锭头部附近富集，每一轮的溶质分配过程都会引起液相平均浓度的升高，凝固的固相浓度也随凝固时间的增加逐步升高。　　⑤对钢锭凝固过程中枝晶的沉降规律进行了研究，总结出预测钢锭底部负偏析沉积锥的计算方法。计算结果表明，在考虑枝晶沉降影响因素的条件下，将在钢锭底部出现负偏析的沉积锥。而如果将溶质分配因素与沉降因素共同考虑，将使得钢锭在底部负偏析沉积锥作用的影响下，锭身浓度增加，但对钢锭头部正偏析的影响不如锭身明显。　　⑥钢锭凝固过程中产生的倒V型偏析形成原理复杂。本文分别对钢锭凝固过程中产生的倒V型偏析采用了新的方法和传统方法进行计算，计算结果表明倒V型偏析的产生将会对钢锭整个的溶质浓度分布产生影响。