在连铸过程中,结晶器对于维护连铸正常生产和保证铸坯质量起着至关重要的作用。结晶器足辊区坯壳的鼓肚变形会使铸坯与结晶器之间的挤压力增加,在拉坯过程中,结晶器铜板下口受到的摩擦力会增大,从而加剧了结晶器铜板的磨损,影响了结晶器的使用寿命。研究结晶器足辊区坯壳的变形规律,并提出抑制坯壳鼓肚变形的方法,对于减轻结晶器铜板的磨损具有重要的意义。本文首先对连铸板坯在结晶器和二冷区的凝固传热过程进行了研究,确定了板坯温度场仿真所需要的传热方程及边界条件,建立了板坯凝固传热的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对模型进行了仿真模拟,得到了板坯的温度场分布及凝固坯壳的形貌,并分析了工艺参数对宽面中心温度、坯壳厚度和凝固终点位置的影响,为接下来坯壳鼓肚模型的建立提供了基础。建立了常规足辊作用下的结晶器足辊区三维坯壳鼓肚有限元模型,并进行了仿真模拟,得到了坯壳的鼓肚变形规律及等效应力变化规律。将仿真结果与理论计算结果进行对比,两者基本一致,同时分析了结晶器与足辊间距和拉速对坯壳鼓肚变形规律的影响。提出了一种不同于常规圆柱形足辊的异形足辊,这种足辊的中央部位凸出。建立了异形足辊作用下的结晶器足辊区三维坯壳鼓肚有限元模型,并调整中央凸出部位的尺寸,进行多次仿真模拟。结果表明:当异形足辊中央凸出部位的尺寸在可调范围内逐渐增大时,坯壳的鼓肚变形量和结晶器铜板下口与铸坯间的挤压力会逐渐减小,在拉坯过程中,结晶器铜板下口受到的摩擦力减小,从而减轻了结晶器铜板下口的磨损,提高了结晶器的使用寿命。