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钢的纯净度对其产品性能、强度、耐蚀性以及抗脆断能力有着直接的影响，非金属夹杂物控制技术作为提高钢液纯净度的重要措施之一，与炼钢、炉外精炼、连铸工艺等过程密切相关。中间包作为连铸过程控制钢液清洁度的关键环节，最大程度上去除夹杂，提高浇铸钢液的纯净度，已经越来越受到人们的关注。传统方法上对中间包内夹杂物行为的研究多是在相似理论指导下的流体流动水模拟、基础数学指导下的数值模拟以及成本高、难度大的现场取样分析，对夹杂物行为的认识仍处于半定量甚至定性的状态，还远没有达到期望的程度。本文在分析总结前人工作的基础上，建立了比例为1：5的物理模型，对连铸中间包内夹杂物的去除行为进行了定量和深入的研究，旨在揭示夹杂物去除机理，探索夹杂物(尤其是小粒径夹杂物)去除的主要影响因素。
本文首先确立了模拟夹杂物选择的理论标准，以保证模型与原型夹杂物的运动相似，即找出模型与原型夹杂物尺寸、模型与原型夹杂物密度、几何相似比及本体密度的定量关系，R<,inc,m>/R<,inc,p>=λ<0.25>(1-ρ<,inc,p>/ρ<,st>)<0.5>/(1-ρ<,inc,m>/ρ<,w>)<0.5>。在此基础上选择一种可以模拟夹杂物碰撞聚合这一重要物理行为的模拟介质，从而更真实地再现夹杂物在钢液中的行为。
考虑到中间包流体流动对夹杂物去除行为的重要影响，实验采用带色示踪剂对典型工艺过程中流体的流动特征进行了演示分析，研究发现：加入挡墙-挡坝控流装置后，高湍动被限制在注流区范围内，对挡坝后侧的活塞区扰动较小；流体通过控流装置后，形成了上凸的弧形流线；在底吹气条件下，吹气位置对流体的流动影响较大。当流体注入后，主流股并没有迅速通过控流装置(挡墙-挡坝或多孔挡墙)，而是沿周围包壁向上运动，然后才缓慢通过控流装置；在吹气区域内，底吹气体带动周围流体向上运动，在液面下方形成回旋流，该回旋使得流体在包内停留时间增加，促进了夹杂物的充分上浮；但较大的回旋也会使得即将上浮到表面的夹杂物重新卷入，同时对出口区域的流体产生强烈的扰动，不利于夹杂物的上浮去除。
加入控流装置以后，流体的流动得到明显改善，同时促进了夹杂物的去除。其中挡墙-挡坝控流条件下夹杂物的去除效果明显优于无任何控流装置和加入冲击槽后的效果，去除率比无任何控流装置条件下约高出10.5％。研究还发现：中间包内夹杂物主要通过以下三种方式去除：直接上浮到渣层去除、碰撞聚合为夹杂物簇再上浮到渣层去除、黏附于中间包内壁。本文还重点考察了中间包底吹气条件下挡墙-挡坝、多空挡墙分别与条形透气梁组合控流时底吹气量、吹气位置对夹杂物去除行为的影响。研究表明：
(1)挡墙-挡坝-透气梁组合控流条件下，随着吹气量的增加，去除率呈递减趋势。每个底吹方案都对应着一个相对最优气量：方案1：0.6L/min；方案2：0.4L/min；方案3：0.2L/min；方案4：0.2L/min。其中方案2在(0.2-1.4L/min)气量范围内，去夹杂效果最佳；在(1.0-1.4 L/min)气量范围内，方案4夹杂物的去除率比方案3有所回升，这主要是因为气量增大，气幕更加致密，包内流体被抑制通过，流体停留时间延长，夹杂物上浮更充分。
(2)多孔挡墙-条形透气梁组合控流条件下，随着吹气量的增加，夹杂物去除率先减小后增大再减小。各方案对应的相对最优气量分别为：方案1：0.8L/min；方案2：02L/min；方案3：08L/min。在较小的气量范围内(02-06L/min)，方案3控流条件下夹杂物的去除率相对最高，方案2效果次之：当气量升至(0.8-1.0L/min)范围，方案1的去夹杂效果变为最佳，而方案3降到了最低。
综上，本文利用水模型，研究得出不同工艺条件所对应的最优吹气方案和吹气制度，阐述了夹杂物去除机理，为连铸工艺改进提供理论参考和依据。