概述了不锈钢AOD精炼的工艺及进展，综述了现有关于不锈钢AOD精炼过程的一些物理模拟和数学模型的研究。以宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司120 t侧顶复吹AOD炉为对象，研究了该装置内精炼过程中不同工艺和结构参数下熔池内流体的流动和混合特性、侧吹气体射流的反冲现象及其对炉衬的蚀损作用；分析了侧顶复吹条件下不锈钢AOD精炼过程的实际情况，提出了一个不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程的数学模型。 设计和建造了一几何尺寸为该120 t侧顶复吹AOD炉1/4的模型。针对304型不锈钢冶炼主脱碳期的吹炼过程，合理确定了原型和模型用套管式等截面喷枪对气流的摩擦系数，计算了侧吹用套管式等截面喷枪和顶吹用拉瓦尔(Laval)型喷枪的气流特性参数，并由此较合理地确定了模型用侧枪和顶枪的气量，从而保证了模型和原型间足够充分的运动相似性。对不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程中熔池内气体射流的搅拌和流体的流动状态及熔池液面的稳定性、流体的流动和混合特性、侧吹气体射流的反冲现象及其对炉衬的蚀损作用等作了较系统的物理模拟研究。考察了侧吹气量、侧枪支数和相邻两侧枪间的夹角，以及顶吹气量等的影响。由实验测定的顶吹气流的冲击深度，基于wakelin的能量衡算法估算了本实验条件下顶吹气体射流对熔池的搅拌强度和对气体射流总搅拌功率密度的贡献。 结果表明，吹炼过程中熔池内流体处于激烈的搅拌和循环运动状态，熔池内不存在明显的死区，混合效果极好，混合时间短。侧吹主枪的吹气量对熔池内流体的流动和混合有决定性的影响，．侧吹副枪气体射流对侧吹主枪气体射流有显著的物理屏蔽效应。适当提高侧吹副枪吹气量可提高混合效率。顶吹气体射流会改变熔池内气体搅拌和流体流动的状态，使紊流强度增大，混合效率降低，混合时间延长，顶吹气量越大越明显。在给定的侧枪支数和吹气量下，增大相邻两枪间夹角，有利于提高气体射流对熔池的搅拌效率，缩短混合时间；在给定的侧枪枪位和吹气量下，增加侧枪支数未必会有类似的效果，而且会使单枪的吹气量减少，侧吹气体射流的水平渗透距离变短，熔池内的高温(反应)区会移向甚至贴近炉壁，影响炉衬寿命。就熔池混合效果而言，对应于工艺规定的6600 Nm<3>/h的顶吹氧量，采用6枪、27°的侧枪配置，在各精炼期均可达到良好的熔池混合效果。对现行工艺中采用的18°的侧枪间夹角，无论是7枪，还是6枪或5枪，均不能达到理想的混合效果。 与纯侧吹和底吹过程中气体射流的反冲现象相比，侧顶复吹条件下水平侧吹气体射流的反冲现象具有自己的特征。在侧顶复吹条件下，采用套管式侧枪时，主枪气流对水平侧吹气体射流的反冲现象具有决定性的作用；副枪气体射流对之有明显的抑制和缓解效应；顶枪气体射流使水平侧吹气体射流的反冲变得较均匀，同时使反冲强度(压力)增大。与纯侧吹过程一样，在侧顶复吹条件下，熔池内液体的循环运动也是引起水平侧吹气体射流反冲现象的另一个重要原因。在侧顶复吹条件下，浮力对水平侧吹气体射流的反冲作用有相当大的影响，它不仅使水平侧吹气体射流的反冲强度增大，而且使炉衬蚀损区域扩大。与纯侧吹下的情况相比，在侧顶复吹条件下，浮力使水平侧吹气体射流反冲强度增大的幅度相对要小，但使反冲力的作用区域，即炉衬受损区域更大。在本工作给定的侧枪支数和侧吹与顶吹气量下，侧顶复吹过程中，在18°～27°的相邻两侧枪夹角范围内，合宜地增大相邻两侧枪间的夹角有利于缓解侧吹气体射流反冲的影响。相对而言，在给定的侧吹和顶吹气量下，采用7枪22.5°和6枪、27°的侧枪配置时，无论是纯侧吹还是侧顶复吹过程，炉衬的受损程度都比采用其它枪位和枪数时要轻。针对该AOD炉内的精炼过程，考察了侧顶复吹条件下120 t AOD炉的传热特性和炉壁内的温度分布；分析了侧顶复吹条件下不锈钢AOD精炼过程的实际情况，包括钢液中各元素的竞争性氧化、熔池成分的变化以及不等温特性，提出了一个不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程的数学模型。该模型假设经顶枪吹入的氧气，一部分与逸出熔池的CO在熔池上方气相内发生反应生成CO<,2>，一部分使从熔池喷溅出的金属液滴内的各元素氧化，其余部分经射流冲击熔池而形成的凹坑(一次反应区)向熔池内部渗透和溶解；进入熔池的氧气使溶于钢液中的碳、铬、硅和锰，以及作为基体的铁同时发生氧化，生成的FeO也会氧化其它元素，基本上是精炼过程的一个中间产物。在复吹操作期间，所有可能的氧化一还原反应分别在钢液/气泡界面以及钢液/熔渣界面同时发生，并在竞争中分别达到各自的综合平衡；在顶吹操作停止后的侧吹精炼过程中，各精炼反应主要在钢液/气泡界面同时发生，并在竞争中达到一综合平衡，精炼过程中总的脱碳速率为侧吹过程和顶吹过程两者的贡献之和。同时还假设在高的碳含量水平下，各元素的氧化速率主要与供氧速率有关；在碳浓度低时，脱碳速率主要取决于钢液中碳的传质。进而假设吹入钢液未被吸收的氧气将逸出熔池，在熔池上方的气相内参与生成CO<,2>的反应，不在钢液中溶解和积聚。以二维导热数学模型处理了整个AOD炉的导热损失，并对整个精炼过程作了体系的质量和热量衡算，考虑了添加合金料和造渣料等操作因素，精炼过程的不等温特性，钢液质量和熔渣质量的变化等因素，提出了一个不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程的数学模型。基于PHOENICS计算软件，对该模型进行了数值求解，将该模型应用于120 t侧顶复吹AOD炉内304型不锈钢的精炼过程，以28炉数据对该模型作了检验。 结果表明，由该模型估计的吹炼各期终点钢液内碳、铬、硅、锰的浓度和熔池温度与实测值相吻合。无论是氧化精炼过程中各元素间的竞争性氧化和相应的氧气分配率，还是氩气搅拌和还原精炼过程中各氧化物的竞争性还原和对应的供氧率，均可用氧化和还原反应的Gibbs自由能来表征和确定。对120 t侧顶复吹AOD炉内304型不锈钢的精炼，对应于顶吹，侧吹和总脱碳过程，脱碳的临界碳浓度(在该浓度后，脱碳变为由钢液内碳的传质控制)分别在0.942～0.895，0.078～0.224，0.14～0.245 mass％的范围。顶吹氧量和侧吹气量及氧气与惰性气体的比率，对精炼过程有重要影响。对于该侧顶复吹精炼过程，合宜地减少顶吹氧量，增大侧吹氧量，可加速脱碳进程；在临界点后适当减少侧吹氧量，增大氮气流量降低氧氮比，可进一步促进脱碳反应；适当加大还原期氩气流量，也可进一步促进脱碳及铬的还原，提高降碳保铬效果。该模型可为侧项复吹条件下不锈钢AOD精炼工艺的优化和实时在线控制提供有用的信息和可靠的依据。