高炉炼铁的成本占钢铁生产成本的一半，冷却壁作为高炉上的重要设备，对高炉的寿命影响很大。随着高炉的强化和炉型的大型化，冷却壁的性能是影响高炉长寿的重要因素之一。在研究高炉冷却机理及冷却设备破损机理的基础上，认为在高炉长寿的发展过程中，最有效的办法就是尽力提高炉体冷却设备的冷却能力。只有使冷却设备的冷却能力与高炉的热流密度相适应，才能避免冷却设备过早损坏从而延长高炉寿命。因此，提高高炉冷却壁的性能不仅是炼铁技术、管理者的愿望，更是高炉冷却壁生产厂家努力追求的目标。 本文在高炉冷却壁传热学分析的基础上，通过冷却壁的热态实验，对冷却壁的热态状况及温度分布进行了研究，从而为冷却壁的设计及优化提供重要的理论依据。并应用传热学理论、计算机数值仿真及最优化计算方法对冷却壁进行结构优化设计，提高冷却壁的冷却能力，以达到延长冷却壁寿命的目的。 作者针对建立高炉铸钢冷却壁的三维传热和热应力模型，采用通用有限元软件ANSYS计算了高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场，通过数值计算分析了高炉铸钢冷却壁结构因素对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。对冷却壁最高温度及最大应力分布有影响的冷却壁主要结构参数有冷却水管间距冷却水管、形状及直径、冷却壁镶砖厚度、冷却水管距热面距离和冷却壁壁体的厚度等。继而比较了铸钢冷却壁在不同结构参数时的冷却能力及工作情况，探讨了冷却壁结构的改进方向，并由此得出铸钢冷却壁壁体最高温度及最大热应力与冷却壁结构参数之间关系的回归方程式，最后通过多目标优化设计方法计算得到铸钢冷却壁的最优结构。参数计算结果表明优化设计后的冷却壁比原冷却壁最高温度下降17.8％，最大热应力下降5.6％。优化后的高炉钢冷却壁由于具有节能、降低成本、提高经济效益和性能优越等特点。