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钢液中存在的Al2O3等夹杂物对铸坯的质量有极大的危害，而且易在水口壁面聚集，严重时会造成水口堵塞。为了防止水口堵塞，目前广泛应用水口吹氩技术。水口吹氩给钢液中带来了另一种离散相—氩气泡。这项技术不仅可以防止水口堵塞，同时氩气泡还能粘附部分夹杂物促进其上浮。但是，一方面氩气泡从保护渣层中逸出时，会对钢液表面产生扰动，产生不利的表面湍流，造成卷渣形成铸坯表面缺陷。另一方面如果吹入结晶器内的氩气泡不能及时上浮就会滞留在铸坯内成为气孔缺陷。因此，研究板坯结晶器内吹氩条件下离散相的运动行为具有重要意义。 本文以常规板坯连铸结晶器吹氩过程为研究对象，运用物理模拟和数学模拟两种方法对板坯结晶器内吹氩条件下离散相的运动行为进行研究。 本文的主要内容和结论如下： (1)通过水模实验，借助激光片光源将结晶器在厚度方向上进行分层，使用高速摄像仪获取各层的气泡运动信息图片，再应用图像软件进行处理和分析，最终研究得到连铸结晶器内各层内气泡的分布规律。结果表明，水流量较小时气泡尺寸较大，气泡的轨迹和含气量只分布在水口附近;水流量增加，气泡尺寸变小，气泡的轨迹分布和含气率分布的范围都延伸到窄面和宽面附近，有的甚至运动到下回旋区;气量对气泡的轨迹分布和含气率分布影响不大，但会增大气泡的尺寸。 (2)用高速摄像仪通过记录水模中三种金属丝布置方式下的气泡被捕获的过程来模拟气泡被凝固枝晶捕获的现象。气泡被捕获的过程包括气泡靠近并与金属丝发生碰撞、形成液膜、形成新的气固接触界面和稳定附着等几个过程。 (3)在水-空气体系和钢液-氩气体系下建立离散相模型研究结晶器内气泡的运动行为，通过加入气泡的碰撞模型以及气泡的破碎模型综合考虑气泡间的作用，结果表明:在水口浸入深度为108mm、气量0.037 m3·h-1、气泡初始半径为0.5 mm的操作条件下最佳水流量为2.54 m3·h-1;在水口浸入深度为108mm、水流量为2.54 m3·h-1、气泡初始半径为0.5 mm的操作条件下最佳气量为0.074 m3·h-1。 (4)在钢液-氩气体系下建立离散相模型研究了板坯结晶器内吹氩条件下夹杂物的运动行为。通过加入气泡的碰撞模型、气泡的破碎模型、气泡粘附夹杂物模型和夹杂物碰撞聚合模型，综合考虑了气泡间的碰撞弹开、气泡的聚合破碎、气泡对夹杂物的粘附以及夹杂物之间的聚合长大。结果表明:在结晶器水口和整个结晶器内，离散相的密度和半径呈现了大小不同的值，说明在整个流场内，发生了气泡之间的聚合、破碎以及夹杂物的聚合。并通过整体观察，发现在结晶器水口和整个结晶器内，气泡和夹杂物由于半径的不同具有不同的上浮速度，很小的气泡和夹杂物甚至会随着钢液进入下回流区，运动至结晶器深处。通过统计2s内的模拟结果，49.6％的夹杂物留在结晶器内，28.4％的夹杂物被气泡粘附并去除，3％的夹杂物被水口壁面吸附，17％的夹杂物被凝固前沿捕获，2％的夹杂物通过斯托克斯上浮去除，在窄边发现有半径大于0.4 mm的夹杂物，这是通过夹杂物的聚合长大形成的。