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高爐冷卻壁處于爐殼及爐襯之間，其作用是保護爐殼免受高溫的侵襲，是維護高爐煉鐵正常生產必不可少的冷卻裝置之一。高爐冷卻壁的長壽化將影響到高爐整體的工作運行和使用周期。因此，探討冷卻壁的長壽化具有重要的理論意義和實用價值，而溫度載荷的大小是影響冷卻壁使用壽命的重要指標之一。杭州那泰有限元分析公司針對某煉鐵總廠三號高爐實際冷卻壁，充分考慮冷卻壁材料、爐襯材料、充填層材料的導熱系數、比熱容等隨溫度變化的性質，爐殼同外界換熱，爐襯同爐內煤氣流換熱，冷卻水同冷卻壁換熱等復雜換熱條件，構建了冷卻壁三維有限元模型，對現有的實際冷卻壁做了穩態溫度場的模擬，并以此模型為基礎，探討了冷卻壁中水流速度及爐襯材料等對冷卻壁溫度的影響，為冷卻壁的使用和維護提供理論參考。
冷卻壁有限元分析分為模型建立和邊界條件處理等幾個部分。依據實際冷卻壁的實際尺寸及實際形狀，構建了冷卻壁的基體，在此基礎上，構建了冷卻壁內且通過冷卻壁凸臺的2根U型水管、冷卻壁內且沿爐殼軸向的4根U型水管，以及冷卻壁內且沿爐殼軸向并處在爐殼和4根U型水管之間的蛇形水管1根。為了充分考慮冷卻壁同周圍環境的熱交換，在模型中建立了爐殼、爐殼和冷卻壁之間的充填層，以及保護冷卻壁的爐襯。爐襯和爐殼的構建反映了冷卻壁周圍的熱傳導，同時也方便了爐殼同外界、爐襯同爐內煤氣的熱交換的邊界條件的加載。為了控制有限元計算的規模，計算模型的寬度為冷卻壁寬度的一半，高度為爐身下部一整塊冷卻壁的高度。
冷卻壁及爐殼、爐襯、充填層布置及冷卻壁的關鍵幾何尺寸為：H=1015mm、L=900mm、B=390 mm。爐殼鋼、充填層、球墨鑄鐵、爐襯材料的比熱容，導熱系數等隨溫度變化的，其具體數據來源于有關文獻。單元類型選用熱分析的四菱錐實體單元-SOLID70，用有限元模型的劃分，共劃分為170487個單元，有限元網格劃分圖。
由于冷卻壁傳熱的復雜性，對凸臺冷卻壁的傳熱學計算模型作如下假設：（1）計算模型寬度和高度范圍內爐墻熱面附近的爐溫均勻；（2）計算模型寬度和高度方向的外壁面為絕熱面；（3）忽略爐殼#填充層，鑄鐵冷卻壁、鑲磚、磚襯相互間所有可能的接觸熱阻以及磚縫的熱阻。
爐殼同外界換熱、爐襯與爐內煤氣流的換熱、冷卻水與冷卻壁內水管內壁的換熱的具體數值均取自經驗公式和經驗數據，具體步驟如下：（1）爐殼與外界換熱系數確定。爐殼同外界換熱存在輻射換熱和對流換熱，這兩項換熱同爐殼的溫度有關，當爐殼溫度不高時，一般考慮為以對流換熱為主，其綜合對流換熱系數可按以下經驗公式計算。（2）爐襯與煤氣的換熱系數計算。高爐冶煉時，影響此項換熱系數的因素眾多，煉鐵工藝、原料的配比、裝料的條件、供風制度等，都會影響此項的數據，以高爐的常規工況為基準，參照德國學者 Poter的數據，當爐襯熱面煤氣流的溫度為 1200℃時，其綜合對流換熱系數為 hf=232 W/m2•℃（3）冷卻水與冷卻壁的換熱系數確定。由于水管是鑄在冷卻壁內的，因此冷卻壁與水管外壁之間存在氣隙，而氣隙的存在造成了冷卻水與冷卻壁換熱的復雜性。冷卻壁與水管通過氣隙之間的熱交換由3部分組成：一是冷卻水管壁面同冷卻壁之間的熱輻射；二是冷卻水管壁面同冷卻壁之間依靠氣隙的熱傳導；三是冷卻水管壁面同冷卻壁之間通過氣隙中氣體進行熱對流。
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