浇铸过程中保持低过热度恒温浇铸,是一种有效提高连铸效率和铸坯质量的方法。中间包内钢液在浇铸过程中不可避免发生温降现象,无法稳定保持低过热度恒温浇铸。等离子加热作为一种控制中间包内钢液温度的有效方法,它通过电极通电将工质气体充分电离,形成高能量的电弧等离子体对中间包内钢液进行加热。因此,若能高效利用等离子加热方法,将有助于实现低过热度恒温浇铸。本论文围绕大方坯连铸中间包等离子加热技术研究与应用,获得如下结论:实现了等离子加热中间包过程的模拟研究,水力学试验利用高温水蒸气来模拟等离子加热过程。结果表明等离子加热后,中间包内钢液温度场均匀性提高,弥补了无等离子加热条件下的钢液温降,有效改善中间包内钢液的温度场和流场,促进了钢液之间的热量传递。数值模拟采用VOF模型,假设等离子弧为简单热源,比较无等离子加热和加热功率在300 KW、500 KW、1000 KW条件下中间包内钢液温度场和流场的变化。建立了 45钢连铸坯的微观组织生长模型,并通过耦合宏观温度场模型,计算了等离子加热条件下不同过热度对铸坯凝固组织的影响。分析了过热度从20℃增加至60℃范围内结晶器、足辊、二冷一段、二冷二段内的坯壳厚度。随着钢液过热度从60℃降低至20℃,铸坯横截面上晶粒数增加约26.05%,晶粒平均半径减小约20.75%,等轴晶率提高约16.52%。在保证连铸顺行的条件下,通过采用等离子加热工艺控制钢液过热度维持在20～30℃的温度区间能获得均匀的凝固组织。将三中空石墨电极等离子加热设备应用于大方坯(370mm × 480mm)连铸工艺,针对无等离子加热和9炉典型的等离子加热热试试验,分析等离子加热对钢液升温情况、钢液成分变化和夹杂物的影响。其中无等离子加热条件下,钢液温降速度能达到1.06℃/min。等离子加热后,温度呈上升趋势并保持稳定,升温速率最高能达到0.8℃/min。等离子加热后[O]含量明显下降,并对等离子加热前后中间包内钢中夹杂物特征进行统计,加热后夹杂物的数密度降低,主要是由于等离子加热改变了中间包内流场变化,促进小尺寸氧化物夹杂的碰撞上浮行为,表明等离子加热改善了钢液的洁净度。[N]含量变化不大;[C]含量略有升高是由于石墨电极的损耗导致。首次研究了等离子加热对中间包覆盖剂的影响,分析了加热前后覆盖剂成分、形貌、结晶特性、物相和液相区成分的变化。等离子加热后的中间包覆盖剂宏观形貌由疏松多孔变为致密的玻璃态,XRD结果表明其结晶率变低,玻璃性能变好。通过扫描电镜观察试样微观形貌以及成分分析发现,加热前的试样中存在较多不规则的矿相,加热后的试样析出物相明显减少,结构均匀且致密,仅有少数形状不规则的矿物相和一些游离的氧化物嵌布于浅灰色基体上。通过FactSage热力学软件分析等离子加热对中间包覆盖剂液相区成分无明显影响。