结晶器是整个连铸过程的核心部分,合适的倒锥度,不仅能提高结晶器的冷却效果,减小漏钢事故的发生,而且还有助于防止和减少铸坯纵向裂纹的产生。以往的结晶器锥度设计仅仅是依据铸坯的收缩规律,而理想的结晶器应能够完全适应凝固壳的收缩,即凝固壳与结晶器紧密接触,同时又不发生相互干涉,所以新型的结晶器锥度设计必须同时考虑结晶器铜板的热膨胀。结合国内某钢厂的实际生产情况,对其板坯结晶器的锥度进行优化。建立板坯连铸凝固二维传热的数学模型,根据模型基本假设条件,基于有限元理论,对铸坯在结晶器内的传热过程计算分析,讨论铸坯的温度变化和收缩规律,并以此作为结晶器锥度设计的基础数据。建立结晶器内铸坯的温度应力模型,并深入分析铸坯的传热过程,计算出铸坯出口处横断面的温度应力分布,以及宽面和窄面中心面的温度应力分布规律,得出坯壳的生长规律和铸坯在横向的收缩规律。通过计算二维的结晶器铜板热力耦合模型,同时考虑钢水静压力和钢水的热量传递的因素下,对铜板进行了传热及等效应力分析,计算出铜板在各段上的温度应力分布,得出了铜板的在两个因素下的总变形。研究表明,铸坯的收缩变形量较铜板变形量大,因此铸坯的收缩变形是影响结晶器锥度的主要因素,但铜板的热变形对结晶器锥度的影响也比较显著。根据铸坯的收缩规律和铜板变形规律,并考虑结晶器的经济实用性,设计出了新的三锥度结晶器,该新型结晶器更利于铸坯质量的提高。