世界炼铁业目前处于相当大的压力,传统高炉炼铁带来的环境污染问题与资源消耗问题迫切需要改进和替代方案。熔融还原炼铁工艺作为环保且节约能源的非高炉炼铁工艺,符合现代炼铁工艺的新规划。熔融还原炼铁工艺经过近几十年的发展其技术逐渐变得成熟,本文为了进一步优化和改进HIsmelt工艺,本文针对HIsmelt熔融还原工艺中重要的组成部分熔融还原炉进行了优化和改进的数值模拟。本文采用ANSYS Fluent数值模拟软件以及Solid Works建模软件,分别建立了熔融还原炉热风喷枪气体旋流、炉内二次燃烧三维稳定态CFD模型以及炉内涌泉现象三维非稳定态CFD模型。设计了14种三维结构热风喷枪喷头,对其旋流高度、旋流角度外部边界条件以及炉内环境变化系统模拟,并针对其流场、温度场、以及射流强度和区域进行分析研究。针对涌泉现象三维非稳定态进行可视化研究,对炉内气泡的形成、膨胀、破裂和涌起,这一复杂多相流动进行了系统研究。在此基础之上改变物料喷枪边界条件,物料喷枪进口直径,研究了涌泉现象随时间的演变规律。对上述两个模型相结合,运行预测了熔融还原炉在某个特定时间条件下的二次燃烧情况,从而得到熔融还原炉内温度以及燃烧产物和重要气体平均浓度。文章在三部分模拟相结合下对熔融还原炉整体设计得到如下重要参数:（1）热风喷枪最优设计可以在4孔喷头、旋流高度400 mm、旋流角度90°;6孔喷头、旋流高度400 mm、旋流角度75°;6孔喷头、旋流高度400 mm、旋流角度90°之间选择。热风进口温度选为1473 K最佳,燃烧室温度设计为1873-2073 K之间。（2）气泡越过铁水层与熔渣层分界面时在粘滞力的拖拽作用下会向熔渣中带入铁水并对熔池形成的搅拌作用,气泡穿越两相分界面时会受到较大的阻力,而气泡在熔渣内受到浮力、重力和铁水的拖拽力共同作用保持匀速上升,通过对“涌泉”现象的流场的研究来看,“涌泉”对熔池较好的搅拌作用。（3）二次燃烧结果表明炉内温度有较大提升,温度上升显著,对炉内保温热传递有积极影响,最终实现节约能源目的。因此,本文运用所建立的物理模型数学模型结合部分涌泉冷态模拟试验能够较为系统地探究各个参数对熔融还原炉射流影响规律,以获得合适的热风喷枪设计结构和操作参数,为熔融还原技术的工业化应用提供理论指导。