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在连铸过程中经常形成裂纹和凹陷等表面缺陷。研究表明，连铸坯的表面缺陷大多形成于结晶器内，而气隙的产生与不均匀分布则直接引起了初生坯壳的不均匀生长，由此产生热应力集中，最终引起表面裂纹的出现。凝固过程中高温相变引起的线收缩对于气隙的形成有很大影响，因此有必要研究其对结晶器内温度场与应力分布的影响。在实际连铸过程和模拟计算中，结晶器偏角部位置存在一个温度较高的热点区域，此处坯壳表面温度最高，坯壳最薄，容易出现凹陷及裂纹，需要在结晶器设计方面加以考虑。 针对以上问题，本文通过对某钢厂提供的完整Q345B板坯及HRB400E小方坯漏钢坯壳的测量研究并将坯壳周期性生长规律与高温相转变影响因素整合到传热模型中，建立了板坯及小方坯的热力耦合数学模型。利用商业模拟软件ANSYS，计算了不同拉速、过热度以及δ铁素体转变量下Q345B板坯结晶器内温度场与应力场分布。根据实际生产工艺对HRB400E小方坯结晶器内温度场与应力场进行了模拟计算。针对偏角部热点区凹陷的问题，结合建立的结晶器内热力耦合模型，分别对三种不同横向曲面设计结晶器的温度场与应力场分布进行了计算。 计算结果表明：在Q345B板坯连铸过程中，沿拉坯方向，在距弯月面200mm处开始坯壳表面温度、坯壳厚度均呈现周期性波动。拉速、过热度以及δ铁素体转变量对于结晶器内坯壳温度场与应力场分布均有较大影响。研究控制高温凝固过程中δ铁素体转变，并适当提高拉速以及降低钢水过热度能够在一定程度上减小坯壳表面温度、坯壳厚度以及应力波动，降低铸坯发生横向及纵向裂纹风险，并有利于减小坯壳偏角部凹陷发生。而在HRB400E小方坯的连铸过程中，结晶器内沿拉坯方向距弯月面110 mm处开始铸坯表面温度开始呈现周期性分布。坯壳表面横向温度最高点位于偏角部20mm处并且沿拉坯方向位置固定。小方坯角部坯壳表面温度与应力分布不均匀程度均高于中心区域，较容易产生裂纹等缺陷。将模拟的坯壳厚度与实测坯壳厚度进行了比较，模拟值与实测坯壳厚度分布规律一致，验证了模型的可靠性。 通过对三种横向曲面设计结晶器温度场与应力场的计算发现，在结晶器偏角部设计一定凸度曲面的部分曲面结晶器能够有效消除坯壳偏角部热点区凹陷。同时，不会增加角部产生裂纹的风险，为最优设计方案。