随着用户对钢材质量要求的不断提高,钢质洁净化成为冶金工作者关心的课题。中间包是连铸过程的重要环节,中间包冶金效果直接影响铸坯的洁净度和质量。长期的生产实践和研究证明,中间包容量和结构对钢液洁净度有重要影响,但是,由于对中间包内钢液流动模式、流线行为等问题的认识仍不清楚,导致目前普遍采用的混合模型无法评价短路流对钢液流动模式的影响。例如,用混合模型不能准确评价停留时间分布曲线(Residence Time Distribution,RTD)呈双峰形状所反映的中间包内钢液流动模式。基于上述问题,以八钢30t单流板坯连铸中间包为研究对象,采用物理和数学模拟方法,研究了中间包内钢液的停留时间分布,分析了呈双峰形状的RTD曲线反映的钢液流动模式。在此基础上,依据现有的混合模型(Mixed-model),提出采用有效区和死区进行钢液流动模式评价,并采用这种方法计算了包含短路流的钢液流动模式的特征参数,进一步阐述了中间包内钢液流动机理。在上述机理研究的基础上,设计了正交实验方案(L25(54)),采用极差分析法获得以实际平均停留时间和活塞区体积分数为指标的优化方案。本文的主要结论如下:(1)研究发现,中间包内钢液流动的RTD曲线呈现双峰形状,主要原因是中间包内钢液存在一定程度的短路流,而现有的混合模型没有考虑短路流的影响,为了更加切合实际地描述钢液在中间包内的流动模式,应将现有混合模型对活塞区、死区和全混区流动模式的描述修改为对有效区和死区流动模式的描述。(2)前人的研究表明,入口流量、长水口深度、入口到出口的距离、导流坝高度、出口流动控制装置等参数不会影响RTD曲线的形状。本文研究发现,中间包底面宽长比是控制中间包内钢液短路流的最主要因素。随着宽长比的增加,宽边墙的切应力逐渐增加,对从中间包入口直接流向出口的钢液的阻碍作用增大,中间包内钢液短路流逐渐消失,RTD曲线逐渐由双峰变单峰。当中间包底面的宽长比为0.30时,中间包内钢液短路流完全消失。(3)在确定的中间包底面宽长比为0.30的无短路流条件下,通过正交实验,极差分析得到的两组优化方案分别为:①以实际平均停留时间为指标,钢包长水口到堰的距离为1090mm,堰到中间包底的距离为350mm,堰到坝的距离为640mm,坝的高度为410mm;②以活塞区体积分数为指标,钢包长水口到堰的距离为1090mm,堰到坝的距离为440mm,坝的高度为360mm,堰到中间包底的距离为150mm。