结晶器是连铸机的核心部件。锥度是结晶器最重要的参数之一,它直接影响着结晶器的使用寿命和铸坯的质量。合适的倒锥度既能提高结晶器的冷却效果,防止漏钢事故的发生,还能够防止或减少纵向裂纹的产生,提高铸坯的质量。异形坯结晶器的内腔形状复杂,其锥度对于连铸生产的影响更大,开展其锥度的优化设计研究很有必要。本文运用数值模拟方法,利用有限元软件ANSYS,一方面模拟750mm×450mm×120mm大型异形坯在结晶器内的凝固收缩,另一方面还模拟了结晶器铜板的热变形,综合考虑铸坯的收缩和铜板变形确定了结晶器铜板的锥度。首先,建立异形坯在结晶器内的二维非稳态热力耦合数学模型,运用ANSYS软件,使用二维切片法对不同拉速下铸坯的凝固收缩过程进行模拟,得到了不同拉速下铸坯温度场分布,应力场分布,坯壳生长情况和铸坯收缩状况,以此作为异形坯结晶器铜板锥度设计的基础数据。其次,建立异形坯结晶器铜板的三维稳态热力耦合数学模型,运用ANSYS软件模拟不同拉速下铜板的温度场,得到不同拉速下铜板温度场分布,并运用温度场计算结果进行热力耦合计算,得到不同拉速下结晶器铜板的应力场分布和膨胀变形。最后,依据铸坯在结晶器内的收缩变形规律,并结合结晶器铜板的热变形情况,得到不同拉速下结晶器铜板的理想锥度曲线。结果表明:异形坯结晶器内腔轮廓的最优锥度为多锥度的抛物线。基于模拟结果给出了750mm×450mm×120mm异形坯结晶器的参考设计锥度,设计结果与工厂实际运行的结晶器的锥度有很好的一致性。本研究的方法和成果可以为异形坯结晶器的设计提供参考。