化工冶金设备的主要研究方法有理论研究和实验研究，以及近些年发展起来的数值模拟研究方法。本论文主要利用水模型实验的方法，对“富氧底吹熔炼炉”进行研究。　　 作者采用高速摄影仪拍摄多相流动行为，以寻求最短混匀时间的方法优化操作工艺参数的方法进行实验研究。基于这种思想，本文采用理论分析—实验验证相结合的方法，以底吹炉水模型为研究对象，以流动相似理论和自模化理论为理论基础，主要完成了以下工作:　　 (1)根据流动相似原理和自模化理论，选取修正的弗劳德数作为准则数，搭建了水模型实验平台，选择照相法和图像处理法相结合的方法对实验数据进行后处理。　　 (2)研究了在不同工况下气泡形成过程及气泡直径的计算方法，连续气体射流条件下的临界速度计算，气泡直径随修正的Fr的变化规律，气泡上升速度及生成频率。分析了影响气泡直径的因素，超过临界速度后的喷射锥的形成及运动状态，喷嘴角度对气泡形成及脱离喷嘴后运动的影响。利用因次分析法确定了影响气泡尺寸的准数方程关系式。　　 (3)实验结果表明，影响混匀时间的因素包括喷气量，喷枪角度，喷枪深入熔池深度，喷枪间距，且这些因素均有相应的影响规律。通过正交试验，得出最佳喷吹工艺参数为:喷吹流量为931Nm3/h-1063 Nm3/h，喷枪角度为17～22度，喷枪深入长度为0。通过重要性分析，得出影响因素的重要性为:喷枪角度＞喷气量＞喷枪深入长度。　　 (4)研究了喷枪喷嘴添加十字栅格、网状栅格之后气泡的形成、脱离喷嘴、破碎与运动情况，并与未添加栅格的情况进行对比，进行水模型实验验证栅格对气泡破碎及混匀效率的影响。实验结果表明，在喷嘴处添加栅格有助于气泡的破碎，从而提高了气含率，使得混匀时间缩短。