RH真空循环精炼自诞生以来，其冶金功能日益得以完善和发展。近50年的生产实践证明，RH法是提高产品质量、扩大品种、降低成本和提高生产率的重要手段之一。如今，由于人们质量意识和成本意识的增强使得高效精炼得以重视，RH真空循环精炼已经朝功能多元化和过程高效化的方向发展。显然，RH精炼反应速率与动力学条件密切相关，受到反应器内钢水流动、混合与传质的影响，这些动力学参数对脱碳、脱氧、脱氢、去夹杂及钢水混合效率起着重要作用。因此，开展研究RH过程流体流动、混合和传质特性具有重要意义。本课题采用物理模拟研究的方法系统研究了某冶金企业具体的RH-MFB设备内钢液的流动、混合与传质特性，以期对设备潜力的发挥和工艺优化提供指导。 本研究在120t多功能RH-MFB装置1：5.45的水模型中进行，主要内容有：1)用皮托管测定下降管内液体流速，从而测定循环流量的方法，研究真空循环精炼中钢液的环流特性；2)以电导法测定了钢包内流体的混合时间；用脉冲响应法获得了RH真空室内的停留时间分布；进而研究RH-MFB体系钢液流动的混合特性；3)采用NaOH稀溶液吸收CO2气体实验模拟研究了RH-MFB顶吹氧条件下真空脱碳反应过程的传质现象，用PH值法测定了容量传质系数。考察了该冶金反应器主要结构参数和工艺操作因素，包括插入管内径、喷嘴个数与位置(气泡行程)、驱动气体流量、浸入深度、钢水处理量以及顶吹气体流量和枪位对循环流量、均混时间、停留时间分布和容量传质系数的影响。研究所获得的主要结论如下。 (1)循环流量的影响因素大致可归结为驱动气体流量、插入管内径、浸入深度、驱动气体引入点(气泡行程)、钢水处理量、喷嘴个数及其布置等。循环流量随气体流量、浸入深度、气泡行程和喷嘴个数的增加而增大。当循环流量随提升气体流量增大而达到“饱和”时，可通过增加喷嘴个数和气泡行程来解决。 (2)在水模型条件下，得出循环流量与提升气体流量之间的关系为Q=154.8Vg0.321。 (3)根据相似原理推算，在实机状态下，采用12个喷嘴工况布置、浸入深度400mm和驱动气体流量为110m3·h-1的工艺参数组合来处理120t钢水时，其循环流量为84.37t·min-1，接近于设计规程中驱动气体流量为120m3·h-1条件下的87t·min-1的最大循环流量。可以预见，该套RH-MEB设备能够实现87t·min-1的循环流量。 (4)RH-MFB精炼过程中流体混合的主要动能来源于经下降管流出真空室的钢液的动能，也就是循环流量。所以一切有利于改善流动、提高循环流量的措施对混合行为的作用也应该是有效的。 均混时间随喷嘴个数与位置(气泡行程)、提升气量、插入管浸入深度及其内径的增大而减小。这种影响，尤以提升气体流量的影响为最，并且有τ=95.95-20.7149Vg的关系。至于钢水处理量，在提升气体流量1.0～1.6m3/h范围内，物理模拟110～130t钢水处理量时的均混时间都在60～80s之间，说明该套设备是能够满足处理110～120t钢水生产需要的，并且具有一定的扩容条件。 实验还得到了在水模型条件下均混时间与搅拌功率密度之间的关系为τ=131.8ε-0.287。 (5)RH真空室内钢液的平均停留时间随气泡行程、提升气量、插入管内径的增大而减小。但是，钢水处理量、喷嘴个数与浸入深度对钢液平均停留时间的影响规律不是简单的线性关系，而是这些参数引起循环流量的变化对体系搅拌程度与它们所引起的真空室内钢液熔池深度变化而造成理论空时的变化综合作用的结果。 (6)根据实验所测定的E(t)曲线的形态，对RH-MFB冶金反应器真空室内的流体流动可采用“全混流+活塞流+死区”的组合模型来分析，并且理论推导了各区体积比例的计算式。提高提升气体流量、增加喷嘴个数及气泡行程、扩大插入管内径和浸入深度都有利于扩大全混流体积比例，减小死区。 (7)该实验体系下的停留时间分布函数的方差在0.3～0.5范围内。说明RH真空室内的流体处于全混流与活塞流之间。运用槽列模型计算串联槽数N为2～3，可进一步说明RH钢包内液体经过2～3次循环能够实现较好混合。 (8)表观吸气速率(AkL/V)和容量传质系数(ak值)随提升气体流量、顶吹流量、气相分压浸入深度的增大而增大。提升气体流量、插入管浸入深度和枪位对传质的影响是通过改变循环流量和流动状态来实现的；而顶吹气体流量对流动状态改变甚微，其对传质的影响则是通过改变气相分压实现的。并且通过改变流体流动状态来改变传质的途径效果更加明显。容量传质系数ak与提升气体流量和气体分压之间有如下关系ak=0.054Vg0.85PCO20.11。 (9)插入管内径、喷嘴位置(气泡行程)、喷嘴个数等反应器的结构特性参数对其内流体动力学和传质有影响，且不同结构参数下的容量传质系数随气量变化的趋势大体相似。就该实验模拟的这套设备而言，12个喷嘴按原型工艺布置时的传质动力学条件较好。 (10)顶枪枪位对脱碳速度有很大影响。适当地降低枪位可以加强对真空室内气体流动形态和钢液的流动状态的扰动，促进气流分布的均匀化和钢液的搅拌，增加气液接触面积，改善传质动力学条件从而利于传质。实际RH-MFB操作中，为了有效地给熔池供氧和实现吹氧二次燃烧对钢液的热补偿，应注意探讨既可以实现CO二次燃烧对钢液加热，又能适度给钢液传递加速脱碳的供氧，同时又能避免钢液过氧化和剧烈喷溅的枪位。