随着连铸技术的进步和对产品质量要求的提高,结晶器锥度的优化设计已被越来越多的学者和生产者所关注。本文利用大型通用有限元软件ANSYS,采用有限元方法对150方坯结晶器铜管的锥度进行了优化,首先建立二维非稳态热力耦合模型,模拟计算铸坯在结晶器中的凝固收缩;通过建立三维的结晶器热力耦合模型,计算出结晶器铜管的变形,并在此基础上设计了结晶器的最佳锥度。对结晶器中铸坯凝固过程进行了数值模拟计算,比较了拉速和过热度对铸坯凝固的影响,研究表明,结晶器出口处铸坯温度随拉速的增大而升高,坯壳随拉速的增大而减薄,坯壳收缩量随拉速的增大而减小;拉速对铸坯的应力应变有很大的影响,对应力的影响程度要大于应变;过热度从15℃提高到25℃时,铸坯温度稍有增加,坯壳收缩量影响较小,坯壳减薄。对结晶器铜管温度场和变形进行了模拟计算,结果表明结晶器铜管的热面和冷面温度随拉速的提高而增大,铜管的变形量也随拉速的提高而增大;过热度从15℃提高到25℃时,结晶器铜管热面温度稍有增加,冷面温度基本不变,对结晶器铜管变形影响很小。最后综合铸坯的收缩和结晶器的变形,得到了结晶器铜管的合理锥度,研究表明,在结晶器铜管锥度设计中必须考虑铜管和铸坯的相互作用,铜管变形对结晶器锥度影响较大。拉速对结晶器铜管锥度的影响较大,对比不同拉速下同一钢种结晶器铜管的锥度发现,较大的拉速需要较小的锥度,而拉速较小时其需要较大的锥度。比较不同过热度下结晶器的锥度,发现过热度对锥度的影响较小。对比结晶器铜管壁面中央和角部的锥度发现,在铜管上部区域角部锥度明显大于中心的锥度,下部区域锥度差别较小。