本论文以钢包炉（Ladle Furnace—LF）精炼过程钢液中非金属夹杂物为研究对象,通过工业试验研究了 LF精炼过程中钢液成分、精炼渣成分以及夹杂物成分、数量和尺寸的演变;建立了精炼过程钢液中夹杂物成分演变的热力学模型、动力学模型以及夹杂物数量和尺寸演变的模型;最后建立了夹杂物成分、数量和尺寸耦合演变的模型。首先对焊瓶钢HP295的LF精炼过程进行了工业试验,取样分析了精炼过程中钢液成分、精炼渣成分以及夹杂物成分、数量和尺寸的演变。钢液中夹杂物初始成分为Al2O3,随精炼进行,夹杂物中Al2O3含量逐渐降低,MgO含量逐渐升高,精炼结束时夹杂物的成分接近MgO·Al2O3尖晶石。小尺寸夹杂物中Al2O3含量高于大尺寸夹杂物中Al2O3含量,MgO含量低于大尺寸夹杂物中MgO含量。夹杂物数密度从精炼5 min开始一直到精炼35 min期间持续下降。直径大于10μm的夹杂物多为精炼渣卷入钢液导致,CaO-Al2O3卷渣类夹杂物和钢液之间发生反应,引起夹杂物中MgO·Al2O3相的生成。为揭示钢液、渣和夹杂物成分演变的热力学原理,基于统一相互作用系数模型（UIPF）和缔合物模型（AM）建立了计算钢液组元活度的UIPF-AM模型;基于离子分子共存理论（IMCT）建立了渣相和液态夹杂物相组元活度的计算模型;基于平衡常数法建立了钢液-渣相（或液态夹杂物）的热力学平衡模型。通过耦合钢-渣-夹杂物之间的反应,建立了精炼过程钢-渣-夹杂物反应的热力学模型。自主编写程序求解了上述热力学模型,结果表明:随着渣/钢质量比的增加,钢液中的[Si]和[S]含量持续下降;高CaO含量、低Al2O3含量和低MgO含量的精炼渣系有利于降低钢液中溶解氧[O]含量,减少钢液中夹杂物生成量,同时这一渣系具有较高的脱硫能力。基于耦合反应模型建立了 LF精炼过程多相多元反应动力学模型,综合考虑了钢-渣反应、钢-夹杂物反应、钢-耐火材料反应、渣-耐火材料反应以及精炼过程加入的合金和辅料的影响,并提出了一个表征渣改质剂中铝粒作用的模型。自主编写程序求解了该动力学模型,结果表明:随着精炼渣CaO/Al2O3的增大,夹杂物中Al2O3含量逐渐下降,MgO和CaO含量逐渐升高;吹氩流量从0.001 Nm3/s增加到0.05 Nm3/s时,30min内夹杂物中Al2O3含量由降低42wt%变化为降低52wt%;与钢液反应30min后CaO-A12O3卷渣类夹杂物成分接近平衡,成分转变为28wt%CaO-30wt%A12O3-30wt%CaS-9wt%MgO-3 wt%其他。基于空腔理论建立了钢液中两个不同尺寸固体球形非金属夹杂物之间聚合的理论模型并求解,得到了夹杂物的临界聚合间距与夹杂物半径之间的关系式。当钢液湍动能大于夹杂物聚合的临界湍动能时,夹杂物不能自发聚合。夹杂物半径越小,临界湍动能越大。半径为1μm的Al2O3夹杂物聚合过程的临界湍动能约为25 m2/s2;半径为30 μm的Al2O3夹杂物聚合过程的临界湍动能约为0.8 m2/s2。基于颗粒尺寸分组法（PSG法）求解了钢液中夹杂物的碰撞长大模型。采用标准k-ε双方程湍流模型、VOF钢-渣-空气多相流模型和DPM气泡运动模型计算了底吹氩钢包内的流体流动。把夹杂物碰撞长大的浓度方程设计成用户自定义子程序和三维流体流动耦合求解,结果表明,在靠近两个吹氩点和钢包侧壁区域内夹杂物数密度最大,距离这一区域越远的位置,夹杂物数密度越低,在钢-渣界面处达到最低。夹杂物在钢-渣界面处的总去除率与时间存在近似线性关系,3000 s时夹杂物的总去除率约为60%,钢液中总氧T.O含量由 0.0047wt%下降到 0.0019wt%。最后,建立了钢液精炼过程钢中非金属夹杂物成分、数量和尺寸相耦合演变的模型并求解。对某一尺寸组别夹杂物成分影响最大的是临近尺寸组别夹杂物的成分;碰撞40 min后夹杂物成分趋于稳定。小尺寸夹杂物成分的转变速率显著快于大尺寸夹杂物。直径大于40μm的夹杂物中Al2O3含量约为80wt%,MgO 含量约为 15wt%。