本课题运用物理模拟和数学模拟的方法,用NH4Cl溶液模拟钢液,以空气模拟氩气,研究了模铸底吹氩钢液在浇铸凝固过程中不同条件下的气泡直径、气泡运动、NH4Cl晶粒的形核及生长行为、不同条件下温度场的变化情况等。研究发现,当底吹气量为q=166ml/min时气泡的平均直径最大,为0.559mm～0.570mm;当底吹气量为q=76ml/min时气泡的平均直径最小,为0.516mm～0.521mm。对枝晶间距进行测量后发现,在不进行底部吹气时,枝晶的一次晶间距与二次晶间距都较大,一次晶间距的平均值为1.037mm、二次晶间距的平均值为0.188mm,枝晶结构较为稀疏,同时也会产生疏松的现象。在进行底部吹气时,随着气量由q=76ml/min增大到q=166ml/min,一次晶与二次晶的间距呈现出逐步减小的趋势,在实验冷却条件下,当砖心距为L=60mm、底吹气量为q=166ml/min时的一次晶间距与二次晶间距最小,分别为0.555mm与0.136mm。表明进行底部吹气能有效的改善枝晶的组织结构,且随着气量的增加,枝晶间的结构会由稀疏变的致密,同时枝晶间产生的疏松现象也会减弱。在不进行底部吹气时,柱状晶较为发达,等轴晶的比例较小,仅为18.11%。在进行底部吹气的条件下,当吹气时间为t=15min,底吹气量达到q=166ml/min时等轴晶的比例达到了 37.80%。当吹气流量为q=76ml/min,吹气时间为t=25min时等轴晶的比例达到了 40.16%。凝固壳的厚度会因吹气条件的不同而发生改变,适当的增加砖心距与底吹气量可以有效的改善凝固壳上部较薄下部较厚的不均匀情况。在不进行底部吹气时,凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度相差为4.1mm;当底吹气量为q=76ml/min、吹气时间为t=25min时凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度差仅为1.5mm;当底吹气量为q=166ml/min、吹气时间为t=15min时凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度差仅为1.4mm。数学模拟中,在无底部吹气时,在钢锭模模型底部角部区域内流场会出现的小流速区。在进行底部吹气时,由于气泡对钢液的搅动作用,流场的流速会随着底吹气量的增大而增大,减小甚至消除了流场底部角部区域内的小流速区。通过比较数学模拟与物理模拟钢锭模模型内不同位置的温度变化曲线,两者的模拟结果较为一致。在数学模拟气泡运动时发现:在进行底部吹气时,液体上升流股对小气泡的吸引作用会使气泡柱呈现偏移或弧形弯曲的趋势,在近液面处由于上升流股对小气泡的控制能力减弱,会出现弥散的现象,随着底吹气量的增加,大气泡的上浮速度较快,气泡柱的弯曲程度降低。用温度云图的形式展现出了钢锭模模型内的温度场变化情况,在无底部吹气时,当凝固时间达到995s时等温线呈“U”型,且随着凝固时间的推移“U”型等温线的底部自下向上运动,两侧由外向内运动。在底部吹气时,当凝固时间达到1995s时,在模型底部及四周的区域才出现明显的温降现象,随着凝固时间推进温降越来越明显,“U”型等温线的下部相较于无底部吹气时宽且运动较为缓慢,说明了在吹气情况下的模内温度梯度要小于不吹气情况下的模内温度梯度。