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摘要
钢水与炉渣之间的界面接触面积是影响化学反应效率的关键因素之一。通过搭建水-油体系物理模型，结合图像处理技术，重现气泡穿越渣-金界面现象，研究气泡大小、渣层密度、黏度及界面张力对气泡携带金属量及渣-金界面面积的影响。结果发现，气泡尺寸增加，气泡夹带金属液滴体积及体积增长速率均增大，气泡初始直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时，夹带量分别增加733.33%及3611.11%。随着炉渣黏度增加和密度减少，夹带量增加，但在所研究的炉渣厚度范围内对其影响程度低。气泡穿越过程引起渣-金界面面积的变化是关注的重点。值得注意的是，渣-金界面面积随气泡尺寸增加呈先增加后减少的趋势，气泡直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时，界面面积分别增加312.97%及113.44%。当气泡尺寸为15 mm时，油相密度由0.76 kg/m3增加到 0.84 kg/m3，界面面积增长率增加67.44%；黏度由 8.9 mPa·s增加到193.5 mPa·s，界面面积增长率减少31.39%。另外，通过数值模拟表明油表面张力、水表面张力或者水-油界面张力由0.03 N/m增加至0.06 N/m，液-液界面面积最大值分别增加2.96%、减少6.05%及减少9.14%，影响程度从高到低分别为，油-空气、水-空气及水-油界面张力。结合钢液二次精炼，选择合适的底吹气量和炉渣物性参数对精炼效率有重要作用，但由于试验材料物性参数的限制，未来建议通过数值模拟的手段，进行单参数对夹带量与渣-金界面面积的影响程度分析，提供更有效的现场指导。
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