直流电弧炉具有电弧稳定且集中、炉内温度分布均匀、电压波动较小、电极损耗低、噪声小等优势,在钢铁冶炼领域运用广泛,但是在熔炼矿渣微晶玻璃领域尚未有工业化的报道。本文首先对单顶电极直流电弧炼钢炉进行数值模拟,然后在此基础上该炉物理模型进行改造,使其可熔炼电导率相对于废钢小的矿渣微晶玻璃原料。对电弧炉内电弧与矿渣熔化等物理特性及规律的研究有助于改进冶炼工艺,以提高产品的质量与产量。为了实现求解域中控制方程的求解,本文借助商业软件Fluent,通过加载UDF程序文件,实现对直流电弧炉内电弧与熔池物理特性的研究。本文首先视电弧射流与熔池部分为一个整体,对单顶电极下直流电弧炉构建了二维轴对称非稳态磁流体力学模型,然后参照前人对相关模型的测量数据与模拟研究,对所构建整体模型中所涉及的电弧射流模型、边界层耦合模型及熔池流动模型进行准确性验证,验证结果良好。再以某0.5 MW直流电弧炉为原型,采用输入电流为4347A,弧长70 mm,以废钢的熔化过程为研究对象,对其进行数值模拟,系统解析了电弧射流部分和熔池部分之间的传热-流动特性、电磁现象以及电弧对废钢的熔化过程。结果显示:电弧射流与熔池部分的温度、速度以及电流密度等分别在阴极附近与熔池表面的对称轴处达到峰值;在各阶段,各种力对熔池形貌的影响程度是不同的,在废钢熔化起始,熔融液的流动主要受到径向切应力与浮力的影响,呈现出宽且浅的熔池形貌,到融化后期直至全部融化后,熔融液中的主要驱动力逐渐变为电弧射流的压力与其内部的洛伦兹力,呈现出从熔池表面轴心处向下流动的现象。在对单顶电极直流电弧炉模拟结果的基础上,将物理模型进行改造（添加与原顶电极极性相反的辅助电极）,利用双顶电极与布置在原料表层的辅助导电物质形成电弧时所产生的电流通道,形成双电弧,对电导率相对于废钢很小矿渣进行熔化,实现对矿渣微晶玻璃的制造。为此,本部分前述研究的基础上,构建双顶电极直流电弧炉物理模型,同样将双电弧与熔池视为一个有机统一的整体,并对求解域构建三维非稳态磁流体力学模型。为了验证双电弧模型的可靠性,本文构建了双钨顶电极惰性气体保护焊（DE-TIG）模型,本文的模拟仿真结论与文献结果具有一致性。再以输入电流4347 A、弧长30 mm、顶电极间距80 mm为双顶电极直流电弧炉内的初始条件,并对其进行数值模拟。模拟结果表明:炉内形成的双弧相对于各自电极的中轴线均有一定程度的偏移,呈现出彼此排斥的现象;在熔池部分,在电弧射流与电磁力的作用下,会形成两个与电弧偏移方向相同的流向相反的涡流;除此之外,炉内的温度、速度以及电流密度分布等均与单顶电极时模拟出的结果相类似。在模拟结果揭示了双顶电极直流电弧炉内电-热-流之间的耦合关系,对实际直流电弧炉的设计与优化具有指导意义。