要由钢包上升管真空室和下降管组成。图为真空循环脱气原理的示意图钢液循环脱气处理时，把与真空室下部相通的两根环流管即上升管和下降管插入钢包的钢液，靠真空室被抽真空后建立的压差使钢液由环流管进入真空室进行脱气，同时从两根环流管之上升管吹入驱动气体通常为氩气，利用气泡泵原理抽引钢液流过真空室和下降管回入钢包，产生连续的循环流动，在这种循环运动中钢液分批进入真空室并得以精炼。精炼的工艺特点真空脱碳过程具有较强的脱碳功能，在处理周期内生产的超低碳钢真空脱气可生产，的纯净钢液脱硫采用，等处理后可以生产的超低硫钢脱磷经喷粉处理后可生产的超低磷钢升温采用处理，可降低转炉出钢温度法加铝吹氧可使钢液提温，最大升温达均匀钢液温度可保证连铸中间包钢液温度波动不大于均匀钢液成分和去除夹杂物，可生产全氧含量超纯净钢进行合金微调几乎可生产全部钢种，其中包括锻造用钢高强钢结构钢轴承钢工具钢不锈钢电工钢深冲钢等。精炼的冶金功能脱碳真空脱碳是利用气泡泵原理使钢液在真空室和钢包之间产生循环流动主要靠钢液中的氧在低压下进行脱碳脱碳速率可示为等提出脱碳反应的表观速率常数为钢液体积环流量和碳的体积传质系数的函数式中，时刻和初始瞬刻的碳含量脱碳反应的表观速率常数脱碳时间钢液体积环流量钢液体积碳的体积传质系数。由式和可知，主要可从两方面促进行脱碳，即增大环流量和体积传质系数。但是当碳含量降到后存在脱碳滞止现象。此时，通过增大环流量的方式促进脱碳效果并不明显。为获得碳含量的极低碳钢，可以考虑增大体积传质系数，由于增大反应物的传质系数并不容易，更可行的是增大反应界面的面积。真空室为脱碳的主要部位，增大其截面积为最直接的方式。般装置在设备许可的条件下都尽量采用大的真空室，方面增大直径加大反应面积，另方面增加真空室高度可减少钢液喷溅的影响。采用气体喷吹方式是增大体积传质系数础的另种方式。喷吹时期般选择纯脱气的中后期喷吹部位主要有钢包熔池真空室熔池和插入管部位。脱氧控制非金属夹杂物首先是控制钢中含氧量，通常使用与氧亲和力很强的元素来脱氧，使溶于钢液的氧降到极低的水平。但是除碳脱氧产物呈气态可直接从钢液排出外，还有相当数量的脱氧产物会呈分离相状态弥散残留于成品钢内，形成非金属氧化物夹杂，破坏了钢的致密性，对钢的质量产生不良影响。对普遍采用生产纯净钢的工艺流程而言，终脱氧在处理过程中进行，典型的氧含量变化如图所示。研究发现，经处理，钢中的大尺寸夹杂大部分可从钢中被除去，钢中存在的夹杂主要以块状和簇群状形式存在，总体尺寸也在以下。采用此工艺路线，如果能有效地防止钢液的二次氧化，可以生产总氧含量低于的纯净钢。图不同工序钢中含量的变化脱硫对大多数钢种而言，硫都是有害杂质，过量的硫会使钢的加工性能和使用性能变坏。铁水在转炉冶炼过程中，由于原材料中含硫和转炉的氧化性气氛不利于脱硫，往往会发生增硫现象。因此出钢后的炉外脱硫势在必行。从工艺上讲，钢液脱硫主要有钢液渣洗钢包喷粉喂丝处理脱硫等。而脱硫反应包括用金属或稀土元素直接生成硫化物脱硫和渣金置换反应两种。处理脱硫涉及的反应主要是渣金置换反应。与其它脱硫工艺相比较，处理脱硫具有以下优点钢液中氧活度可降至更低的水平，更有利于脱硫顶渣对脱硫的影响较小与大气隔绝而不会因钢液表面裸露而吸氮脱硫的同时可有效地脱气去氢有更好的动力学条件脱硫剂与钢液接触时间长，反应更充分，脱硫剂消耗少。与钢包喷粉脱硫相比，达到同样的脱硫效率，真空顶喷粉脱硫的脱硫剂耗量可以减少钢。根据熔渣的离子理论，脱硫的反应可表示为相应地，硫的分配比为由上式可件下相应的环流量关系式为∝。增大吹气管管径，环流量略有增加。吹气管管径的变化，对钢包内的流态影响不大，大涡位置和数量基本不变，同样存在大量的小涡流。在下降管液流与其周围液体间形成明显的液液两相流。增大吹气管管径，混合时间略有缩短，在的吹气管管径下，混合时问和搅拌能密度关系为∝ε。精炼过程中钢液流动特性的水模型从宏观上说，精炼反应的关键性限制环节在于钢液的循环流动。对此，国内外已作过很多研究，但大多集中于功能较单的过程。针对多功能装置的研究尚不多见本工作利用水力学模拟研究了多功能装置内钢液的流动特性，考察了有关因素的影响。以期为确定合理的工艺和操作参数提供必要依据。模型设计与模型装置模型的相似性所建的模型除与原型几何相似外还保持两者液流的数相等，以达到两者液流的相似根据具体条件，设计和建立了线尺寸为原型的真空顶吹氧脱气循环脱气喷粉装置及钢包模型。这样，模型与原型下降管内液体的体积流量及速度的关系为式中，液体的体积流量，下降管内液体速度，下标，代表模型和原型。当钢液环流量为及下降管内径为时，模型和原型下降管液流主要参数列于表。表模型与原型的主要参数参数原型模型体积流量下降管内径㎝下降管液流平均速度模型装置模型装置及主要尺寸示于表。上升管及下降管内径各有㎝三种。上升管进气孔分两排。每排均布有四个孔，孔径为。管脚浸入钢包液深㎝。模弛总水量。相当于处理钢液。按相似准则，模型真空室内真空度应为，为保证在高环流量下，气泡不致被直接带进下降管而造成真空室内的短路。全部实验均保持真空度为。测试方法环流量的测定采用图所示的系统直接测定环流量。在模型钢包内下降管下方设置有机玻璃筒，待真空度及吹气量稳定后，调节阀门以调整水流揖。当该筒内的液面与模型钢包内液面相平时，转子流量计显示的流量即为该工况下的环流量。这种测定方法比包括溢流法在内的其它方法更为可靠精确。包流态的显示钢包内流态的显示是通过示踪摄影实现的。所用光源为红外片光源，以聚苯乙烯塑料粒径，密度为示踪剂。利用扫频可调激光测速仪得到钢包两个纵断面的流态及液体的分速度。为消除圆形钢包内的流态因折光面引起的观察变形，在模型钢包外套以长方体有机玻璃水箱，其内液面高度与钢包液面相齐平。结论钢液环流量随着吹气量增加而增大，但吹气量增至定值时，环流量将达饱和值。对实际装置，管径为时，其极限环流量约为，此时吹气量为。精炼过程中存在主回流和大量小涡流，在下降管液流与其周围液体间形成明显的液液两相流，这种流动状态对钢包内的混合及传质起着决定性的作用。参考文献郁能文，多功能精炼过程的数学和物理模拟，上海大学博士学位论文，远藤公，多功能二次精炼技术喷粉法的开发。制铁研究，。。，张春霞，刘浏，杜挺及其真空精炼方法。炼钢刘建功，张钊，刘良田。武钢多功能真空精炼技术的开发。钢铁。梁爱生聿阿铁生产新技术。北京冶金工业出版社，。，，，，。朱苗勇，沙骏，黄宗则真空精炼装置内钢液流动行为的数值模拟金属学报贾兵，陈义胜，贺友多，张胤真空室熔池和钢包内钢液整体流场的数学模拟钢铁研究学报增刊，。蔡志鹏，魏伟胜底吹过程喷射区含气率分布及气液上升速度模型钢铁樊世川，李宝宽，赫冀成，多管真空循环脱气系统循环流动模型金属学报魏季和，胡汉涛。真空循环精炼过程中钢液流动的数学模拟流动的数学模型。过程工程学报增刊舒宏福，宋超，张晓峰等，真空精炼过程中循环流量的物理模拟研究。材料与冶金学报樊世川，熊果元。新结构真空脱气装置水模拟实验观察。真空徐匿迪，樊养颐，李维平。特殊钢。致谢四年的学习时光很快就要过去，这在我的人生长河中只是小部分，但它对我的思想和发展却会有深远影响。在武汉这座城市里生活了短暂的四年，马上就要离开，心中依依不舍。感谢这座城市给我的震撼，她的文化内涵和现代活力，她的艺术氛围和时尚气息。至今仍旧怀念在这里看展览逛书店。感谢武汉科技大学给我的学习平台，这是所令人尊敬的学校。尽管只有四年时光，但已经融入了这所学校，为成为个武科大人而自豪。感谢我的导师王炜教授，他们严谨细致丝不苟的作风直是我工作学习中的榜样他们循循善诱的教导和不拘格的思路给予我无尽的启迪。感谢他对我的悉心指导。