本文以某钢厂单流薄板坯中间包为原型,应用针对微米级夹杂物去除而新开发的双层多孔挡墙及旋流型湍流抑制器二级控流装置,探索新型中间包结构。通过数学模拟与物理模拟相结合的方法,对不同结构的新型中间包对钢液流场及≤10μm夹杂物去除效果进行分析评估;采用数学模拟方法,应用离散相模型和湍流模型,对双层填料挡墙局部区域建模,探究了双层挡墙的内部流场与小颗粒夹杂物运动规律,并对采用多级控流装置的新型中间包整体进行模拟优化;采用物理模拟方法,建立了1:2.5的中间包有机玻璃水模型,完成了流场显示实验、RTD曲线测定和微米级夹杂物去除模拟,对数学模型进行验证与对比,主要结论如下:夹杂物模拟结果表明:微米级夹杂物的运动轨迹与钢液的流动轨迹基本一致,表明小颗粒夹杂物的运动受流场影响显著,而控流装置对中间包流场的精细化调整能力为有效地提升≤10μm夹杂物的去除提供了可行方法。双层填料挡墙局部模拟结果表明:填料层对微米级夹杂物的捕捉、过滤能力使带填料双层挡墙的整体去除率显著高于无填料双层挡墙,最高去除率高达88.64%,为无填料挡墙中最低去除率的2倍以上。RTD曲线分析表明:新型中间包各方案的活塞区体积分数均高于原型中间包,最大升幅超过68%,同时大多数设计方案的死区体积分数也低于原型中间包,钢液混匀效果较好。流场模拟结果表明:挡墙开孔方式与斜向上30°倾角导流孔设计能直接改变钢液流场,减少短路流发生,提升中间包下游区钢液顶面流动的延伸距离,从而显著提高夹杂物的去除;月牙形湍流抑制器在注流区能形成更高强度向上旋流,利于钢液混匀和向中心聚集,促进夹杂物碰撞长大,同时不易造成卷渣、钢液裸露。导流孔牵引效应导致导流孔外部出现明显的高速流区域,而钢液或夹杂物一旦进入该区域会出现速度突变现象,很难再次脱离,研究表明速度突变位置在距离挡墙30~100mm以内,其中月牙形湍流抑制器能削弱该效应。数学模拟与物理模拟的结果基本吻合,其中≤10μm夹杂物去除效果较好的方案为采用“月牙形湍流抑制器+X型开孔方式挡墙+47.5mm直径填料球”的中间包,去除率约为87.84%,超过原型中间包相应去除率18.35%。