本论文研究了钢液中与非金属夹杂物相关的几个界面现象,包括夹杂物与夹杂物之间界面现象、夹杂物在钢-渣界面的行为、夹杂物与气泡之间的界面现象,并研究了这些界面现象影响下的夹杂物在吹氩钢水中的运动和去除。夹杂物与夹杂物之间界面现象:通过分析夹杂物粒子间空腔的自由能研究了钢水中固体夹杂物粒子的聚合过程。讨论了夹杂物粒子聚合机理,以及空腔形成过程的活化态、稳定态、平衡态和临界聚合距离等。结果表明:平衡能与夹杂物粒子半径的平方成正比而临界距离距离与夹杂物粒子半径成正比;在炼钢生产实践中,湍流不能将微米尺寸的夹杂物聚合物破碎。夹杂物在钢-渣界面的行为:通过理论分析研究了固体夹杂物粒子在钢-渣界面分离的过程,提出了分别在受力控制和位移控制下的分离条件,考虑了夹杂物粒子周围的弯液面,计算推导了分离功和临界速度的解析表达式。通过与局部流场相耦合,建立了分离概率与时均速度和湍动能的函数关系。结果表明,夹杂物粒子在钢-渣界面处的三相接触角应尽可能大,以获得最有利夹杂物去除条件;大尺寸夹杂物粒子比小尺寸夹杂物粒子更容易从钢-渣界面分离。夹杂物与气泡之间的界面现象:采用数值模拟研究了湍流条件下气泡浮选去除夹杂物过程。开发了夹杂物-气泡相互作用的微观模型,用于预测在湍流钢液中单个气泡对夹杂物的捕获概率。该模型基于夹杂物粒子在气泡周围湍流场中的运动轨迹来研究气泡表面捕获夹杂物和气泡尾流捕获夹杂物。通过用户自定义程序判断夹杂物捕获标准,同时记录捕获信息,从而计算得到捕获概率。为了便于应用,开发了用户可视化界面模型用于预测气泡捕获夹杂物概率。钢包吹氩精炼是二次精炼过程中最常用的技术。采用欧拉-拉格朗日两相法模拟了吹氩钢包内的多相流流场。由于气泡运动而引起钢液相的动量源项和湍动能源项通过用户自定义函数来考虑。氩气泡被视为离散相粒子,并且考虑了气泡和钢液间的相互作用力,温度和静压对气体密度和气泡直径的影响以及气泡的尺寸分布。当钢包内流场达到准稳态时,模拟了合金的熔化和混合现象。采用用户自定义函数记录每个合金粒子的熔化时间和运动轨迹长度。通过对每个网格的混匀标准进行判断,预测了整个计算域中局部混匀时间。结果表明:随着吹氩流量的增加,钢液的流动增强,混匀时间缩短;采用单孔吹氩时,最佳吹氩孔的径向位置为0.50R,以获得最佳混匀条件;采用双孔吹氩时,建议吹氩孔夹角为90°,以改善流场和混匀现象。最后,采用组分传输方程建立了钢包吹氩过程中的夹杂物去除模型,通过加入源项的方式考虑了气泡浮选去除夹杂物,采用Stokes去除条件来模拟精炼渣吸附去除夹杂物过程。当仅考虑气泡浮选去除夹杂物时,夹杂物去除率与吹氩时间近似于正比例关系,并且不同尺寸夹杂物的去除速率相差不大。由于Stokes去除条件主要是夹杂物粒子Stokes上浮速度的函数,不能准确反映精炼渣吸附去除夹杂物过程,因此关于吹氩过程中夹杂物去除的模拟还需要进一步研究。