近年来我国的汽车行业发展迅速,现已成为世界第一大生产和消费国,但在PM2.5的效应下,环境保护成为21世纪最重要的方向。因此,急需开发生产节能环保汽车板的新技术。RH是生产高质量低碳纯净汽车板的核心设备,但目前国内基础理论研究水平与引进技术水平不均衡。亟需从化学反应器的角度,透彻解析大型RH气升式环流反应器内的流体行为及流动过程中气液两相流流型的转变与影响机制,进而控制脱碳与脱气反应进程,为半黑箱操作的RH精炼技术提供定量指标和参考依据,对钢铁工业的节能降耗意义重大。本文以国内某钢厂300t RH及其生产工艺为原型,通过采用实验室水模拟研究流动行为、CO2-NaOH溶液模拟研究脱碳过程和高速摄像机研究两相流流体行为,并采用理论研究与工业试验相结合的方式对以下四个方面的内容进行了详细研究：RH反应器内流体行为及评价指标研究；RH真空室液面高度及气液两相流行为研究；气泡行为和上升管气液两相流研究；脱碳反应机制及快速脱碳技术研究。对RH反应器内流体行为及评价指标的研究结果表明：RH内钢液流动行为的主要影响因素为真空室液面高度和气泡行为。钢包内流体混匀程度随真空室液面高度的增大而减小。当真空室液面随时间增加至一定高度后,循环流量和混匀时间已经不能全面反映RH脱碳过程,需增加真空室内钢液停留时间来反映RH脱碳全过程的变化。RH真空室液面高度及气液两相流行为模拟研究结果表明：对300t大型RH而言,当真空室液面高度为300-480mm时,真空室内气液两相流处于过渡流型,流体在真空室内的停留时间达到最大值,喷溅较少,且脱碳反应区域发生在整个真空室内。分析认为实际RH生产过程中,最有利于RH快速脱碳的真空室钢液状态为：随着脱碳时间的增加钢液由沸腾流动形态快速转变为过渡流动形态,且钢液在到达极限真空前尽量处于过渡流动形态,并将真空室最大液面高度控制在过渡流动形态与波动流动形态的临界点附近。通过对气泡行为和上升管气液两相流流体行为进行试验研究可得：在300tRH的实际生产过程中,当吹入气体量小于100m3.h-1时,气体采用集中入射方式可提高上升管内平均含气率,气泡停留时间大于5.0s；当吹气量大于100m3.h-1且小于260m3.h-1时,气体采用集中均匀方式优于其它入射方式,且气泡停留时间大于CO气泡形核并长大的理论所需时间,含气率接近饱和值。分析认为利于加快流体传质速率和反应速率的条件为：表观气速在7.50×10"2-1.20×10-1m.s-1之间,真空室液面高度为240-360mm。脱碳反应机制研究结果表明：当300t RH浸渍管长度为1.65m,浸入深度为0.45m时,脱碳前2min,氩气泡提供的界面是主要脱碳场所,喷溅液滴也为碳氧反应提供了反应场所；脱碳2-8mmin时,碳氧反应及CO气泡是快速脱碳的关键；脱碳8min后,碳氧反应主要发生在真空室表面。分析认为脱碳前6min,真空室压力为脱碳速率的主要影响因素；6min后主要影响因素逐渐转变为反应深度,8mmin之后反应深度和气量共同影响了RH结束碳含量。通过实验室试验研究、工业试验研究和理论分析研究相结合可获得适用于某厂300t大型RH设备的快速脱碳技术,并在现场取得较好的应用效果：气体采用均匀入射方式,脱碳开始后的前3min最大气量不能超过160m3.h-1,并控制前4min内吹入的气体总量在10m3以内；在脱碳开始后6min内应尽量不实施加废钢或合金等操作,真空室内压力必须在8.5min内到达极限深真空,真空室液面高度应较快达到300-360mm,最大液面高度不超过480mm,表观气速控制在7.50×10-2-1.20×10-1m.s-1范围内。