高炉炼铁是我国现今采用的最普遍的炼铁方式。我国各重点钢铁企业的高炉容积都在向大型化发展,并且现在的工业生产又要求高炉向着高产量及强化冶炼方向发展。提高生产力,降低炼铁成本,延长高炉寿命成为钢铁行业亟待解决的重要问题,高炉的长寿又是炼铁技术进步的重要标志之一。炉缸是高炉结构安全的核心部位,是存储铁水的容器,炉缸的炉墙寿命决定了高炉的寿命。但是实际生产过程中,高炉炉壳会经常发生开裂,炉壳开裂导致的内衬破坏是炉缸区的主要破损形式之一,研究炉壳开裂问题有重要的实际意义。本文以高炉炉缸炉墙结构作为研究对象,针对炉壳开裂问题,在ANSYS有限元分析软件中建立基于APDL语言的参数化内衬+填料+冷却壁+填料+炉壳5层三维炉墙结构模型。在此基础上,依据传热学稳态热传导理论、对流传热理论,合理的确定了冷却壁的换热系数、炉壳外缘的换热系数等边界条件。利用ANSYS有限元模拟炉墙的三维温度场,得到不同内衬剩余厚度和裂纹开裂长度的炉墙界面温度。基于热应力理论,对内衬砌筑、烘炉以及正常工作时的内衬砌体的变形分析,得到内衬砌体的等效弹性模量和等效线膨胀系数。建立考虑内衬-冷却壁、冷却壁-炉壳滑动接触、炉壳有开裂的三维炉墙热-弹塑性力学模型,利用ANSYS热-结构耦合仿真计算功能进行炉墙热应力计算和分析。计算分析不同内衬剩余厚度和炉壳开裂长度、宽度大小对内衬外缘环向应力的影响。研究炉壳裂纹尖端可能出现的弹塑性变形及应力集中及其对炉壳开裂、内衬外缘环向应力的影响。进行内衬三维应力结果与炉壳开裂补强平面轴对称二维理论计算结果的对比分析,一方面作相互验证,同时讨论平面轴对称二维理论计算关于炉壳开裂长度的适用性。本文的研究结果对提高高炉炉墙的设计与施工技术以及高炉炉壳开裂补强维修方案具有参考价值。