本文提出有关基于传热分析的高炉冷却壁优化及智能仿真方法研究的新课题。一方面，作者希望通过运用最优化设计理论来对高炉冷却壁的结构参数进行优化以设计出能够满足市场需要的低成本、高性能冷却壁。另一方面，作者力图从复杂的传热模型中提炼出较为简单的数学关系式，将它与人工神经网络擅长处理复杂问题的特点结合起来，以形成一种功能强大并易于实际应用的智能仿真技术。本文围绕这两方面的内容，展开较为深入的研究工作。 首先，进行高炉铸钢冷却壁1：1的热态试验研究。试验模拟冷却壁在高炉内的状态，研究炉气温度、冷却水速等工艺参数对冷却壁热面最高温度的影响，探讨冷却壁的破损机理，试验表明：炉气温度对冷却壁温度分布的影响较大，高炉只要出现边缘气流或管道气流，冷却壁热面温度就会快速升高，进而造成冷却壁壁体的巨大温度梯度，结果会在冷却壁内产生较大的热应力，造成冷却壁本体开裂、变形和冷却水管拉裂。在试验条件下，提高水速对降低冷却壁热面最高温度的作用是有限的。热冲击试验说明，冷却壁内部各点响应炉气温度变化的时间是不一样的，冷却壁冷面测点的响应时间最长，大概需要60分钟才能达到稳定状态，所以那种认为用炉壳温度可以反应炉内冷却壁的状况的观点是值得怀疑的。 其次，对高炉冷却壁复合体三维传热和热应力进行数值仿真。通过理论分析，建立高炉冷却壁复合体稳态和非稳态三维温度场和热应力场的数学模型，并且通过热态试验数据与计算模型结果的比较验证了计算模型的有效性；在模型计算的基础上，探讨水速、水管内径、水垢、涂层和气隙层厚度对冷却壁冷却能力的影响以及说明了各因素的影响程度。基于边界条件替代法和数学模型结合的方法得到了炉气与冷却壁壁体和炉气与捣打料之间的换热系数计算模型，解决了有关炉气与冷却壁之间换热系数的取值问题。对高炉冷却壁复合体进行了非稳态温度场的研究，并在此基础上分析了球墨铸铁冷却壁、铸钢冷却壁和铜冷却壁的性能，认为铸钢冷却壁的性能高于球墨铸铁冷却壁，但与铜冷却壁的性能还有较大的差距，因此，钢冷却壁性能优化具有较大的潜力。 第三，进行高炉冷却壁结构优化的研究。对冷却壁开展单因素和多目标优化研究，着重探讨水管形状对冷却壁热面最高温度和最大热应力的影响。对高炉冷却壁多目标最优化问题的求解，作者在基本遗传算法的基础上，进一步研究发展了引入随机权重和方法和动态交叉、变异概率的改进遗传算法，结果表明：铸钢冷却壁的优化值是冷却水管内径55mm，冷却水管间距160mm，冷却水管离热面距离120mm，壁体厚度为180mm，镶砖厚度30mm。冷却水管最好采用椭圆管。根据冷却壁单因素和多目标的优化结果，设计出一种能节约水量、降低能耗、增加效益和提高性能的钢冷却壁。在热负荷为80kW/m2时，优化设计有微小间隙冷却壁的热面最高温度为454℃，直冷式钢冷却壁为412℃，而现有铸钢冷却壁的热面最高温度达576℃，热面最高温度比现有铸钢冷却壁分别降低21.2﹪和28.5﹪。在热负荷为120kW/m2时，优化设计有微小间隙冷却壁的热面最高温度为705℃，直冷式钢冷却壁为632℃，而现有铸钢冷却壁的热面最高温度高达925℃，热面最高温度比现有铸钢冷却壁分别降低了23.8﹪和31.7﹪。这证明优化的钢冷却壁性能明显优于现有铸钢冷却壁，并且能抵抗高炉发生异常时出现的高热负荷的冲击，但与铜冷却壁相比还有一段距离。不考虑因能耗降低和性能提高带来的价格优势，对中型高炉而言，每年直接和间接创造的经济效益约21万元/块，如果大量使用，其经济效益不可低估。 第四，进行高炉冷却壁智能仿真方法的研究。从经典传热模型分析中导出简单的数学关系式，以及研究基本传热关系式与智能仿真模型结合的方法。通过试验和理论研究，综合利用传热模型和人工神经网络技术，提出了“BM&NN”冷却壁热面温度监测方法。基于BM&NN的智能仿真方法研究，重点探讨基于参数修正因子的高炉铸钢冷却壁智能仿真的研究，得出一个较高精度和准确度的冷却壁热面温度分布的智能仿真网络并完成在线监测高炉冷却壁状况的智能仿真软件的开发。该软件能随时监测高炉冷却壁热面最高温度的状况，并记录热面温度的走势，为操作者提前处理可能出现的高炉失常提供了操作依据。研究成果对本行业高炉冷却壁的研究思路和高炉冷却壁的改进具有重要参考价值。高炉冷却壁在线监测软件与高炉冷却壁优化产品的结合必将开创现代高炉冷却壁的新局面。 最后，作者简要阐释了本文研究工作的不足和对进一步研究工作的展望。