高炉炉壳是炼铁高炉结构重要组成部分，对高炉安全生产有关键作用。随着高炉结构不断向大型化发展和冶炼技术、强度不断提高，对炉壳设计要求越来越高。而国内很多设计单位还是沿用原有经验公式进行设计，包括《炼铁工艺炉壳体结构技术规范》中厚度计算方法也仅仅是对原有经验的归纳总结，缺乏足够的理论依据。开展高炉炉壳高温、高压等复杂工况下性能研究，探讨热-结构耦合作用下高炉炉壳合理厚度，对推动行业进步和安全生产具有重要的社会效益和工程价值。本文运用有限单元法，结合壳体理论和优化理论，借助大型有限元分析软件ANSYS，并按照《炼铁工艺炉壳体结构技术规范》要求建立炉壳有限元模型，设置炉壳厚度为变量实现模型参数化。根据炼铁工艺荷载值，施加煤气压力、炉料压力、温度作用等荷载，得到炉壳在温度场、重力场以及热-结构耦合场作用下的力学和变形图；进一步分析发现热-结构耦合作用中温度作用引起变形较大需得到合理释放，设计炉板底带时需要考虑整体升温的影响；煤气压力和渣铁压力对组合应力强度贡献最大，其它荷载贡献基本相当。依据规范对炉壳各板带应力强度要求，利用ANSYS优化模块对高炉进行分部优化后得到了合理厚度，总用钢量比常用厚度减少25.2%，比规范公式减少4.5%；优化后与规范公式相比:炉身段及其上部比规范厚度要小，炉腰、炉腹、风口段基本相当，铁口炉缸段要大。分析铁口炉缸段厚度需要变大主要是因高炉大型化后煤气压力和死铁层深度增加造成的，这与当前高炉破坏多发生在炉缸段状况相吻合。优化值可作为确定炉壳厚度的重要参考；分析方法可应用到类似特种结构设计中。