高炉内部发生着剧烈的氧化还原反应,风口外表面受到大的热流冲击,风口送风通道外表面承受着高温气流的热对流及高速煤粉的冲刷,为了保证高炉的正常生产作业,风口内部必须通冷却水进行强冷。考虑到冷却水的流动、风口的换热及风口本体产生的热应力等问题的复杂性,本文从流体力学控制方程、导热微分方程及热弹性理论入手,通过UG NX软件建立风口实体模型,基于ANSYS Workbench软件对风口内部冷却水流场、风口换热及风口本体受热产生的热应力进行了模拟分析,并通过数值对高炉风口的结构进行了优化。结果表明:(1)未经过优化之前,风口的结构及本体材料性能达到了设计要求,风口前端容易出现上翘现象和开裂,与实际情况相符。经过分析,冷却水取流量为8L/min,且313K左右的温度比较合理。(2)优化进出水口结构之后相比于原方案,最大速度下降了1.31m/s,但平均速度比原方案中的提高了0.1m/s;温度最大值降低了4.94K,且风口冷却效果整体都得到提高;风口最大应力在风口前端上部分布面积比原方案更大,最大应力值下降幅度为22.53MPa(约11.34%),该方案对风口所受的热应力改善还是比较明显的。(3)水道尺寸优化之后,效果最好的为风口35-50-65。I腔冷却水平均速度比原方案提高了0.7m/s;最高温度与原方案相比,分布情况没有大的变化,最低温度区域面积减小较明显,且前端其它较高温度区域温度值也有明显的下降;最大应力分布在风口前端上部靠煤粉喷吹出口的区域面积增大,最大应力值下降为152.4MPa(幅度23.3%)。(4)经过镶铸耐磨内衬的结构优化,风口1最高温度上升,而风口2的最高温度下降;风口1、2的最大应力值都低于许用应力值,涂层不容易出现开裂及从风口本体上剥离的情况,避免煤粉与风口本体直接接触,可以有效的降低风口前端出现磨损失效的几率。两种风口相比,梯度涂层风口1在高温环境下产生的应力更小,使用寿命将更长。