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在RH精炼过程中,最重要的行为之—是因气体做功而产生的流体循环流动,它是其它各种复杂的物理化学反应的基础和先决条件。循环流量和均混时间是衡量这种循环流动的两个重要参数。要有效地提高RH精炼生产的生产效率,就必须增大循环流量和缩短均混时间,必须对RH内的循环特性进行充分研究。本文在前人已有研究基础上,从改善RH精炼过程的循环流量和均混时间着手,提出对RH浸渍管结构的优化设计。一方面,利用了相似原理的方法,建立了 RH精炼装置的物理模型;另一方面,通过数值模拟的方法得到不同浸渍管结构RH内流体的流场,探究分析了RH精炼过程流体的流动行为。通过上述的研究手段,本文详细研究了不同浸渍管结构RH精炼过程中流体的流动行为,验证了关于浸渍管结构的优化方案,获得的主要研究结果概括如下:首先,建立了与RH真空精炼装置原型1:5.45比例的物理模型,考察了圆形截面、椭圆形截面、弓形截面浸渍管以及多浸渍管结构、套筒式浸渍管在不同提升气流量、浸入深度的条件下,RH的均混时间与循环流量的变化,得到如下结论:(1)与其他类型的浸渍管相比,弓形截面浸渍管以及套筒式浸渍管对循环流量的提高作用显著。在相同的浸入深度或提升气流量的情况下,套筒式浸渍管的循环流量是圆形截面浸渍管的2～4倍,弓形截面浸渍管RH的循环流量是圆形截面浸渍管RH的7.0～13.0倍。(2)与其他类型的浸渍管相比,弓形截面浸渍管对均混时间的降低作用显著。在相同浸入深度或提升气流量的条件下,弓形截面浸渍管RH的均混时间是圆形截面浸渍管RH的0.4～0.8倍。其次,通过Euler-Euler模型建立了 RH装置内气液两相流动的数学模型,考察了不同浸渍管结构RH在相同浸入深度和提升气体流量的情况下,RH钢包内流场的结构及其变化,得到了如下结论:(1)在已考察的所有浸渍管中,弓形截面浸渍管对RH流场优化效果最优。当RH浸渍管采用弓形截面设计时,下降流股的大小和动能显著增大;在钢包横纵截面上,流体平均流速最大,死区比例最小,钢包内的流体能够有效地均匀混合。椭圆形截面浸渍管对RH内流场的优化作用次之;多浸渍管结构对现有的双圆形截面浸渍管RH流场结构无明显的改善作用。(2)在套筒式浸渍管内,在环管与圆管之间形成“短路”流动,使得钢包内存在大面积的死区,通过降低环形管的厚度可减弱“短路”流动的趋势,但是作用有限。因此认为套筒式浸渍管也不能够有效地优化RH内的流场。