随着工业化的快速发展,对钢铁产品的质量要求不断提高,对钢液洁净度的要求也越来越高。在连铸过程中,中间包是最重要的去除夹杂物的装置,所以国内外的冶金研究者开展了大量的研究工作,充分发挥中间包的冶金功能,以此来提高连铸坯质量。其主要措施是给中间包配置合适的控流装置,尽可能增加钢液在中间包内的停留时间,减少死区体积,使钢液流场更有利于钢液中夹杂物的上浮,从而改善钢液质量。通过物理和数学模拟方法对不同控流方式的两流板坯连铸中间包内钢液流动及传热进行了研究,分析了新型的通道式过滤器对中间包钢液流动的影响,并确定了最佳的中间包控流方式,最后将最佳方案中间包应用到现场生产后进行应用效果分析。对中间包进行物理模拟时,综合考虑实验室条件,按照0.29:1的相似比建立了物理模型,然后又保证修正的Froude(Fr’)准数相等对各方案卷渣情况进行模拟。通过结果可知,原方案中间包采用湍流控制器+挡墙、挡坝的控流方式,钢液的实际平均停留时间较短,死区体积分数大,使中间包内的有效容积减小,这种流场不利于钢液中夹杂物上浮被保护渣吸收,拉速为0.8m/min时,死区体积高达29.53%。方案2、3、4采用挡坝和过滤器组合作为该中间包的控流装置,冲击区流场更有利于夹杂物碰撞上浮,浇注区流场钢液流动轨迹较长,保证钢液在中间包内的停留时间足够长,更利于夹杂物上浮被保护渣吸收而去除。研究结果表明,长水口中心线距离挡墙的远近和长水口的插入深度大小都会对中间包流场产生较大影响,最后分析得出,方案2(长水口中心线距离挡墙1100mm)长水口插入中间包钢液液面下200mm为最佳方案,当拉速为0.8m/min、1.0m/min和1.2m/min时,死区体积可分别减小至13.52%、11.69%和7.37%。数值模拟是通过创建描述中间包内钢液流动状态和热量传递的数学模型,并采用计算流体力学的软件FLUENT对各个方案中间包在不同拉速、不同长水口插入深度条件下对称面、过滤器通道截面和中间包整体的流场和温度场进行研究。结果表明,数值模拟的结论和物理模拟的结论是相同的。原方案中间包钢液流速大小分布不均匀,在挡墙挡坝后方和中间包顶端形成死区,温度梯度较大,优化方案的中间包流场和温度场均明显改善,钢液速度分布较均匀,低温区显著减少,温度分布更加合理。工业实验证明,优化后的中间包钢液浇注区夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包的冶金效果达到要求。