随着全球炼钢产业的不断发展,钢铁冶炼技术逐渐走向高效化、节能化和环保化的道路,这一趋势也对炼钢设备提出了新的要求。在传统的冶炼设备设计过程中,由于需要考虑的安全因素很多,所以容易使冶炼设备的安全系数过大,结构笨重,直接导致生产成本的增加,资源和财力浪费现象严重。因此对冶炼设备结构进行轻量化设计很有必要。本文在对国内外轻量化研究现状分析总结的基础上,以钢水包的轻量化设计方法为主要研究课题,归纳了一般钢铁冶炼设备轻量化设计的技术途径,并选取某型号的钢水包作为工程实例进行分析验证。在应用Solidworks软件建立三维实体模型的基础上,使用Hypermesh软件进行几何清理,网格划分,边界条件设置等一系列处理建立了钢水包的有限元分析模型。运用有限元理论和OptiStruct平台进行强度和刚度分析,得出钢水包的应力集中区域和位移变形最大位置,并对钢水包结构进行校核,结果表明钢水包的强度满足使用要求。基于OptiStruct平台,从设计理论出发,对各种轻量化设计方法进行比较分析,然后利用拓扑优化理论,对结构进行概念设计,参数化结构尺寸和标准化截面尺寸,并结合遗传算法并行多种有限元软件找到安全性更好、质量更轻、性能更优的钢水包结构。结果表明优化后的钢水包质量比原来减少了 18.65%,达到了轻量化设计目的,验证了该方法的适用性。