连铸的关键技术是使钢液能够在通过结晶器内腔的短时间内形成一层均匀具有一定厚度和强度的坯壳,以抵抗钢液静压力,防止漏钢情况发生。目前,结晶器已经由直面结晶器演变成曲面结晶器,连铸结晶器的本质特征是具有优化的连续锥度曲线。但是因为实际条件复杂,干扰要素繁多,还没有包含诸多主要影响因素的结晶器锥度曲线的设计计算式。通过对结晶器内铸坯和铜管的模拟,得出铸坯的凝固规律和铜管的变形规律,以此为依据对结晶器内腔横截面形状进行设计,并对纵向锥度进行修正以符合铸坯的收缩规律,进而提出结晶器内腔设计方法。以Q195钢种浇铸150 mm×150 mm的方坯为研究对象,分别在不同的拉坯速度下,应用有限单元法进行求解。一方面模拟铸坯在结晶器中的冷却凝固收缩,另一方面对结晶器的变形进行模拟,结合两项模拟结果设计结晶器的横截面腔形曲面以及纵向锥度。建立结晶器内铸坯有限元模型,运用二维切片法对结晶器中铸坯的凝固过程进行模拟计算,得到不同拉速下铸坯的温度分布规律和铸坯坯壳的收缩规律。建立结晶器的铜管三维稳态有限元模型,模拟出不同拉速下铜管温度场,转换热单元为结构单元,建立铜板变形的有限元模型,将热分析的结果作为初始条件添加到结晶器铜板的模型上,分析铜板的变形。结合铸坯的收缩以及结晶器铜管的变形,设计新式结晶器的内腔形状。结晶器的横截面采用变性渐开线的曲线形状以适应铸坯角部收缩快于表面中心而产生的变形;在结晶器的纵向方向,在横截面由曲面变为直面的过程中加入一个修正锥度使结晶器更好的适应铸坯的收缩。