摇包是电炉-摇包法生产中低碳锰铁的主要设备之一,在铁合金企业中有广泛应用。目前,生产企业的摇包设计与操作主要依赖经验,相关的理论研究不多,不能适应实际生产的需要。本论文通过冷态模拟实验,对摇包内流体运动特征尤其是两相流的混合与分相行为进行了研究,旨在为铁合金企业提供必要的可供借鉴的理论指导,并对流体在摇包这一特殊工况条件下两相流体运动产生的若干科学问题进行了分析。使用高频动态压力传感器测量了摇包摇动过程中包底的压力变化规律,得到了不同工况条件下包底的压力分布图。压力测试结果显示,摇包的轨迹为圆周的匀速平动引起了包内液体的旋转,其旋转中心为摇包的中心轴线。随着转速的增大,摇包内的流体运动状态从波动旋转转变为流动旋转,运动状态转变后,包底中心压力与转速的关系曲线的斜率会发生突变,此变化可以作为摇包内流体波动旋转与流动旋转转变的判据。采用电导率法测量了摇包内单相介质的混合时间。提出了混合强度判据判定混合终点的时间,改进了目前常用的95%判据存在的不足。基于混合时间的测量,重新定义了混合时间临界转速,并研究了各种工况对混合时间临界转速的影响,发现混合时间临界转速随着熔池深度的增大而增大,随着偏心距的增大而减小,基于实验结果对石井临界转速经验公式进行了修正。根据摇包内不同转速下两相液体流型的分析,阐述了界面平摆流型、界面荷叶状流型和界面卷混流型三种流型的特点。实验证明,摇包运动时包内两相流体之间有速度剪切存在,并且速度剪切随着转速的增大而增大,用Kelvin-Helmholtz不稳定理论解释了界面荷叶状流型和卷混流型发生的原因。荷叶状流型中,自由表面波的周期与摇包转动的周期相同,界面波动的周期为摇包转动周期的两倍；不同直径的摇包中,荷叶状流型的结构是相同的。使用豆油-水、机油-水两种体系进行的冷态模拟实验发现,荷叶状临界转速与卷混临界转速都随着摇包直径摇包直径、偏心距和重相密度的增大而减小,随着重相高度、两相高度差、轻相粘度、重相粘度和两相密度差的增大而增大。在乳化液分相实验中发现,两相乳化完成后,通过摇包的低速摇动,可以促进渣相中金属液滴的聚集长大,加快两相的分相,从而比静置更快实现“相分离”。采用量纲分析的方法,得出两相发生卷混的临界转速的经验公式。该经验公式可用于小型摇包操作参数放大到大型摇包上的参考。采用P204+煤油/硫酸钴溶液萃取体系,验证了萃取与反萃过程中传质对两相混合的影响,证明相际传质引起的马拉格尼效应在一定程度上可以加快液液两相流体混合。但同时马拉格尼效应对乳化液分相可能也会产生较大影响,由此认为生产中渣金分相不好的原因是渣金反应未平衡。