氧枪喷头是转炉炼钢生产中的关键零部件之一,其在工作过程中受到钢液的高温热辐射,以及飞溅的钢渣、钢液的冲刷和侵蚀,内部又受到循环水流的冷却,导致喷头内部存在较大的温度差而产生较大的热应力。且在反复吹炼过程中,热应力的大幅度变化也会导致喷头反复地收缩、膨胀。这些都会造成氧枪喷头过热、烧损以及变形等破坏,直接缩短喷头的使用寿命,降低经济效益。近几年,国内炼钢厂使用的氧枪喷头主要有两种,一种是铸造氧枪喷头,另一种是锻造氧枪喷头,且这两种氧枪喷头在使用寿命上有明显的差异。本论文拟从铸/锻两种铜质氧枪喷头材料性能研究入手,通过试验研究和数值模拟的方法分析其不同加工工艺情况下相同材料、相同结构的氧枪喷头不同的温度场和应力场,探究其高温损伤的关键部位,并开展热疲劳寿命预测,研究成果将对氧枪喷头的维护以及结构优化具有重要的意义。本文首先通过室温拉伸试验获得铸/锻无氧铜材料的力学性能参数,为后续的有限元分析提供有力的数据支撑;其次通过高温热循环试验探究了热循环次数对铸/锻氧枪喷头热疲劳性能的影响。然后根据氧枪的实际工作情况,采用ANSYS Workbench软件对喷头进行一个冶炼周期的热-结构耦合模拟,分析温度场和应力场分布,得到喷头在疲劳环境下工作的薄弱环节,为喷头的维护及结构优化提供基础数据。最后,通过n Code Design Life疲劳分析软件分析其热疲劳寿命,得到其疲劳结果云图和各节点的寿命,并确定氧枪喷头易发生损坏的位置和寿命。经研究发现,铸/锻无氧铜在经过高温热循环之后,材料的性能整体都有所下降,在150次之前,铸/锻无氧铜力学性能随循环次数的增加而有所增加,在150次之后,性能开始下降,铸造铜下降幅度更大,且低于室温时的性能。说明高温热循环对铸造铜材料的热疲劳性能影响更大。经热-结构耦合分析得到锻造喷头的最高温度为452.77℃,铸造喷头的最高温度为471.75℃,铸造喷头的最高温度高于锻造喷头是由于铸造喷头材料的导热性能较锻造喷头材料差;锻造和铸造喷头的最大热应力分别为189.97MPa和177.2MPa,虽然铸造喷头的最大热应力低于锻造喷头,但是铸造喷头的最大热应力更接近于其材料的抗拉强度极限,更容易发生破坏。经疲劳寿命分析得到锻造和铸造喷头的服役寿命分别为338.8次和177.6次,符合高温热循环试验中材料性能的变化规律。同时也得到了氧枪喷头的寿命分布情况和疲劳敏感区域,可为氧枪喷头的维护以及结构优化提供合理的指导意见,有效地降低因氧枪喷头失效而带来的安全风险。