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本文创新性地提出以CO2气体取代传统N2气源作为溅渣气源的转炉溅渣护炉新工艺，实现转炉炼钢车间内循环利用CO2气体的目的。根据计算流体动力学(CFD)提出了二维单孔自由射流模型和三维多孔自由射流模型，描述了天钢120吨转炉现有氧枪喷头操作CO2气源的射流特性，分析了CO2气源在转炉溅渣护炉工艺上的应用前景。
CO2气体从未在转炉氧枪中进行过项吹操作，且氧枪顶吹气源包括O2和N2，为了分析CO2单孔自由射流特性并比较出其与N2、O2射流特性的差别，本文在CFD软件基础上建立了单个拉瓦尔喷嘴的二维自由射流数值模型。模型计算结果表明同N2、O2自由射流特性相比，CO2自由射流也遵循自模性，CO2射流的核心区长度为1.14m，而N2和O2射流核心区长度为1.33m，得出CO2射流核心区长度略短；在射流冲击熔池液面的正常位置附近(1～1.5m)，CO2射流轴向马赫数也比前两种射流的轴向马赫数要稍小。因此，在实际的溅渣护炉操作过程中，要特别注意从压力和枪位的操作上进行探索。
在CFD软件基础上创建了三维多孔可压缩射流模型，研究120吨转炉四孔均布氧枪喷头的CO2射流特性，得出采用标准k-ω湍流模型得到的多孔射流计算结果比采用可实现化k-ε湍流模型得到的计算结果更精确。可以得到氧枪顶吹CO2自由射流各参数的详细流场分布图，多孔自由射流具有汇聚结构。氧枪喷孔倾角越小，此汇聚特性越强，喷孔夹角θ1=10°时多孔射流之间几乎达到完全聚合状态。CO2多孔自由射流湍流边界层具有核心不对称性，分为射流内部伴随流区和外部自由流区。模型还得出CO2射流动能头的分布变化图和各单股射流核心汇聚路径，并在此基础上推导建立了相关数学模型Y=f1exp(H1/f2)+f3阐释了射流有效冲击半径re和单股射流核心偏离直线路径的径向距离△r随着喷孔倾角θ减小和枪位H1降低而减小。
热态实验模拟了CO2作为溅渣气源的转炉溅渣护炉过程，分析了溅渣过程影响CO2转化率的因素。CO2质热转换的实验研究，为转炉减排并循环利用CO2提供了有效途径和理论依据。