氧枪是转炉炼钢中不可缺少的装置,它的性能直接影响钢的产量、质量、品种、原材料消耗及成本等主要经济指标。氧枪喷头的评定标准主要是冶炼过程中的氧射流特性。在氧气顶吹转炉炼钢过程中,氧气经过氧枪喷头喷出,形成氧射流,冲击在熔池表面,并穿入熔池,对熔池起机械搅拌作用。若机械搅拌作用强且均匀,则有利于冶炼过程中的化学反应平稳和快速的发生。因此,研究氧枪射流行为及与熔池相互作用问题,对于了解氧气顶吹转炉工作原理和指导氧气顶吹转炉实际冶炼有重要意义。鉴于此,本文以某钢厂260t转炉5孔氧枪为原型,针对转炉冶炼过程中存在的问题,进一步改进喷头特性。首先重新设计出传统的等流量等角度六孔氧枪和新型的变流量变角度六孔氧枪;其次建立了转炉可压缩氧气射流三维CFD的模型,研究了传统六孔氧枪和新型六孔氧枪的射流特性和聚并行为,并比较了与熔池相互作用的冲击面积;然后建立了顶吹炼钢转炉的1:7水力学模型,考察了不同操作参数下的冲击坑形态及熔池内搅拌能力,为数值模拟提供验证依据;最后建立了二维气液两相流模型,研究了高温条件下的射流与熔池之间相互作用,并探究了射流冲击熔池的气液界面行为,揭示了液滴喷溅的机理,分析了熔池内钢液的流动状态。结果表明,多股射流从喷口刚射出还是沿喷孔轴线流动,随着射流的流动,由于湍流卷吸作用造成靠近喷头轴线一侧和对侧产生压力差,导致射流中心偏离喷孔轴线,向喷头中心靠近,产生聚并行为。新型六孔氧枪的两组喷孔由于流量和倾角不同,交错排列。在未融合前,变角度氧枪倾角相差较大,射流的分布范围大;当流股融合后,变角度氧枪大小孔分步融合,随着流股融合距离增加,流股聚拢慢,使得流股偏移喷头中心线的距离增大,从而对熔池的冲击面积增大。同一枪位下,新型六孔氧枪死区面积小于传统六孔氧枪,并且熔池内速度分布更均匀,熔池的搅拌效果更好。在同一流量下,与传统喷头相比,在不同枪高下,新型喷头的混匀时间平均缩短了10s。