随着国内外锌冶金工业的迅猛发展，低能耗、低氧化烧损、高效环保的高功率喷流型感应熔炼炉的开发与设计越来越成为感应加热熔炼工作者们重点研究方向。喷流型感应体内多物理场的分布、金属液质换速度和金属液磁热稳定性是高功率喷流型感应熔炼炉设计的关键环节。在多物理场耦合和金属液磁热稳定性分析的基础上进行高功率喷流型感应熔炼炉的设计与开发，能够有效预测其在高功率运行状态下运行稳定性，提高炉子的熔化效率，延长炉子的使用寿命。　　 本文简述了感应炉研究的进展及当前国内外发展方向，简要分析了我国感应炉设计方面与国外的主要差距。对目前得到广泛采用的数值模拟技术在感应炉内电磁场、流场和温度场计算中的应用进行了综合概括与研究讨论。论文重点研究了高功率喷流型感应体内金属液的磁热稳定性和熔沟横截面尺寸的优化问题。　　 针对株洲火炬工业炉有限责任公司制作的300kW喷流型感应体，建立三维电磁场、电磁力和温度场数值模拟分析模型，并搭建其实验装置，进行实验测试。在有限元法基础上，运用磁矢量位和标量电位进行了电磁场计算;运用k-ε两方程湍流模型求解金属液的质换速度分布;在前两者数值模拟结果的基础上，求解熔沟内金属液的温度分布;通过理论分析和实验研究，提出熔沟内金属液质换速度的估算方法，并将估算结果用实际测量数据予以对比验证。通过电磁、质换速度、温度等物理场顺序耦合计算、依次求解的方法，实现了对300kW喷流型感应体内各物理场比较准确的数值模拟分析。　　 在喷流型感应体内金属液的磁热稳定性方面，对具有矩形横截面熔沟内的导电金属液中感应电流分布和电磁感应流动的特点进行了分析;着重阐述了强电流条件下，熔沟壁面区域的金属液产生气泡的条件和机理;提出了熔沟内金属液磁热稳定性的观点和熔沟截面上金属液的临界电流强度的估算公式。在对熔沟内金属液的数学模型近似处理基础上，研究了金属液的电阻率、表面张力、温度、熔沟截面尺寸的变化和电流频率对熔沟内金属液的临界电流强度的影响，应用计算结果对300kW喷流型感应体内金属液的磁热稳定性进行了分析。　　 对400kW喷流型感应体进行了设计计算，初步确定其外形尺寸和工艺参数。在此基础上，着重分析了熔沟矩形横截面面积不变条件下，不同横截面尺寸方案对横截面上感应电流密度、磁感应强度、金属液的临界电流强度和质换速度的影响。考虑到喷流型感应体内多物理场间的复杂耦合性、熔沟横截面尺寸组合的多样性，设计了五种熔沟横截面尺寸方案。针对五种方案，结合磁热稳定性观点和最大金属液质换速度的原则，分析对比感应电流和磁感应强度的分布情况，运用统计类比方法，选择出最佳熔沟横截面尺寸方案。建立了400kW喷流型感应体的数值模拟计算模型，对满负荷状态下感应体内的磁场、焦耳热功率和金属液的温度进行预测;搭建了其实验装置进行了实验测量，对感应体性能进行检验。数值模拟和实验测量的结果表明:优化后的400kW喷流型感应体内具有磁场集中、金属液流动性好、温度场均匀、能量传递效率高、磁热稳定性较佳的特点;锌金属液进出感应体的温差在50℃左右，在所研究的熔沟横截面上的锌金属液温差在30℃左右;400kW喷流型感应体完全能够达到功率输出要求。研究表明:通过喷流型感应体设计计算初步确定其结构尺寸方案，再运用数值模拟对不同方案的感应体内多物理场分布、金属液的磁热稳定性和质换速度进行计算和比较，进而选择出较优方案的方法对高功率喷流型感应体的结构尺寸和物理场的优化设计是一种行之有效的方法。