炉外精炼是提升钢液质量和钢材品级的基本环节和保障,钢包底吹氩作为应用最广泛的炉外精炼手段,其熔池内底吹所形成的渣眼、破碎渣滴和卷混行为对钢的洁净度和钢产品最终质量影响巨大。鉴于目前由于钢包底吹氩过程引起的渣层破碎机理尚不明确,对熔池内渣滴尺寸及分布规律尚未揭示与掌握,本文通过物理水模型实验和数值模拟相结合的方式,对底吹氩过程中渣层界面破碎和卷渣行为展开研究,揭示底吹钢包中渣的破碎和卷混机理。论文主要研究内容成果如下:（1）根据相似理论,建立模拟底吹钢包精炼过程顶部渣层破碎及卷混行为的物理模拟体系。研制出不同成分属性的钢包顶渣,通过高速摄像机及计算机图象处理等手段,测量和分析不同工艺参数下钢包内的渣层的运动、变形、破碎及渣滴尺寸分布、卷混等行为。研究发现:渣层破碎的主要模式为口袋状破碎和舌状破碎两种行为,其中舌状破碎为渣层破碎的主导行为。随着气量由3 NL/min增大到10 NL/min,渣层破碎频率增加,产生的渣滴数量和尺寸增加,当气量大于10 NL/min时,开始出现直径12 mm的大颗粒渣滴,渣滴直径主要分布在2.3 mm-5.2 mm之间,渣滴的卷混深度从61.63 mm到169.5 mm;随着渣层厚度的增加,渣滴的卷混深度先增加后减少;随着渣层粘度的增加,渣层越难发生破碎;在单孔气量相同时,透气砖左、右对称布置渣层产生的数量增多,渣滴的卷混深度加大。（2）通过建立CFD-DPM-PBM耦合数学模型描述底吹钢包内顶渣运动、破碎和卷混行为。利用物理模拟结果验证数学模型,并揭示液面湍流作用下顶渣发生破碎内在机理,以及所产生微细渣滴的运动、尺寸分布、卷混行为。研究发现:相比于液体湍流漩涡碰撞渣层产生的破碎机制,渣-金界面速度梯度剪切力是造成渣层破碎的主导机制,模拟预测结果与实测结果吻合良好;随着气量增加,顶部渣眼尺寸变大,卷入渣滴的数密度和卷混深度增加;随着厚度的增加,渣眼尺寸减少,渣滴的数密度增加;随着渣层材料粘度变大,渣眼边缘变得清晰,渣眼尺寸变大,渣滴的数密度变小。