随着科技和经济的发展,市场对高品质模具钢的需求越来越广泛。目前模具钢主要以模铸生产为主,钢锭设计、浇注工艺参数制定、绝热板和发热剂的使用情况等,对模铸生产模具钢的质量有决定性作用,同时控制模具钢元素宏观偏析也很关键。本文结合攀钢集团江油长城特殊钢有限公司模铸生产模具钢的具体生产工艺状况,采用数学模拟的方法研究了3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析行为,为优化设计3.1t矩型钢锭及制定浇注生产工艺参数提供理论依据。本文依托Anycasting商业软件,建立了3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析数学模型,在对比生产测温实验结果、验证模型准确性的基础上,选取模具钢4Cr5MoSiV1进行数值模拟,研究了浇注温度和浇注速度对钢锭凝固过程和注毕凝固率的影响,分析了不同绝热板材质、冒口浇注高度、发热剂加入时间和加入量对钢锭凝固过程及凝固后缺陷的影响,探讨了模外强冷条件对C、S元素宏观偏析分布规律和S元素不同初始浓度对S元素分布的影响。并在攀长钢炼钢厂进行了生产试验。研究结果表明：当一罐钢水浇注n盘时,过热度为：T浇=(10+10n)℃-(20+10n)℃,浇注第a盘时,本体浇注时间为：t本体 =(420+10n-10a)s～(430+10n-10a)s,冒部浇注时间为：t冒部=(340+10n-10a)±10s；PS绝热板的导热系数为0.16 W·m-1·K-1,可以很好的抑制3.1t矩型钢锭本体内的疏松缩孔缺陷；发热剂应在浇注完成后及时加入,甚至可以在浇注完成前加入,加入量不应小于0.33kg,合理的浇高为300mm；对钢锭模外施加冷却强度为500W.m-2.K-1时就可以有效的减轻C、S元素的宏观偏析。