连铸过程中,铸坯在结晶器内产生的裂纹缺陷是一直以来待解决的影响连铸坯质量的关键问题。为解决此问题,需对结晶器的截面曲线及锥度进行深入性研究,设计符合铸坯在结晶器内收缩变形规律的连续锥度曲线。本文通过对铸坯的凝固收缩过程进行模拟,得到铸坯收缩变形规律,以此为依据对结晶器铜管横截面曲线以及结晶器的锥度进行了研究计算。最终得到结晶器内腔形状设计方法,从而达到减小铸坯裂纹缺陷的目的。因此研究结晶器锥度具有重大意义。本文建立了铸坯的二维非稳态传热凝固数学模型。将液相区导热系数和固相区导热系数进行等效,从而采用固体导热微分方程模拟铸坯凝固收缩过程。并在进行铸坯与结晶器界面的传热边界条件设定时选用给定平均热流密度形式,来避免温度场和应力场的耦合。同时,采用热力耦合方法,建立了铸坯坯壳收缩变形的数学模型。通过分析浇铸钢种、拉坯速度和冷却条件因素对结晶器锥度设计的影响情况,求解计算了方坯所适应的锥度以及内壁铜管纵断面曲线表达式。在此基础上以150mm×150mm方坯为研究对象,利用建立的有限元模型对方坯进行了传热、凝固收缩过程的仿真计算,得到了铸坯在结晶器内的温度分布以及铸坯坯壳的凝固收缩规律。通过对方坯温度场以及收缩变形量的分析研究,得出铜管横截面曲线的计算表达式和结晶器铜管内腔形状的求解方法。同时研究了结晶器角部形状对传热效果的影响,选择将角部直角改为具有一定角度的圆弧角来改善结晶器角部传热。最后,根据仿真计算得出的数据求解150mm×150mm方坯结晶器的截面曲线尺寸以及结晶器锥度。