在钢包浇注末期,当钢包内的钢液面下降到一定高度时,会产生不同程度的钢包漩涡下渣现象。钢包漩涡下渣直接影响中间包冶金功能的发挥,给钢材质量以及浇注工艺带来一系列不良影响。本文通过理论分析,数值与物理模拟,研究了钢包漩涡下渣的产生原因及规律,揭示了其流动机理、特性以及影响因素,探讨了对其控制的有效方法。理论分析表明,在钢包浇注过程中,流体漩涡产生于自由表面,并且按照ω1’=(r/r’)2ω1的关系逐渐演化和发展,由于粘度的存在,最终表现为漏斗状。在地球自转所产生的科氏力的作用下,漩涡流动方向为逆时针。物理模拟验证实验结果表明,钢包内流体的初始运动状态对漩涡的流动方向有着一定的影响,当静置时间较短,各工况条件下钢包内漩涡的方向存在着不确定性。在静置时间较长,将外界干扰降低到一定程度时,偏心率ε较小的水口其出流所形成的漩涡方向为逆时针。随着偏心率的增大,由于水口出流受到包壁的影响,漩涡产生位置偏于水口正上方,且其方向不具规律性。采用电容式液位传感器测定漩涡产生的临界高度,通过物理模拟研究了钢包漩涡的发展演化过程以及影响因素。结果表明,钢包漩涡发展演化过程分为流体表面旋转、出现涡芯、涡芯下凹和贯通水口四个阶段。漩涡产生的临界高度随水口直径的增大而增加,随水口偏心率的增大而减小；在钢包熔池高度范围内,初始液位对漩涡临界高度的影响不大；钢液表面的熔渣在一定程度上可抑制漩涡的产生和发展,但其厚度变化对漩涡产生临界高度的影响不明显。漩涡产生临界高度h与水口直径d及水口位置ε呈h=65.276+1.427d-76.778ε的线性关系。对钢包静置期间非稳态散热和钢包浇注过程钢液流动行为进行了数值模拟。非稳态散热过程数值模拟结果表明,钢包静置期间由于钢液内部存在温度梯度,导致其循环流动；钢包底部散热损失最大,该区域钢液存在数个小的循环流动。钢包浇注过程的数值模拟结果表明,在浇注过程中,由于流体运动过程中位能和动能的相互转化,通过水口的流体流速由一个很小值,迅速增加到最大值,然后再慢慢减小；浇注后期水口处的流体产生了漩涡,出现切向速度,导致流量-时间曲线产生下降的拐点。斜面包底的钢包浇注过程数值模拟结果表明,斜面包底结构导致钢液沿斜面流向水口,在靠近斜面侧壁附近存在数个小漩涡,分散了水口上方流体速度,抑制了水口上方漩涡的形成。通过物理模拟对钢包水口结构进行了优化设计。结果表明,采用上大下小的阶梯型水口,当水口上段高度为10～30mm时,对漩涡的抑制效果较明显,其中上段高度为20mm时效果最好。对于上段截面分别为圆形、四边形和六边形的阶梯型水口,四边形截面的水口抑漩效果最好。采用适宜结构的阶梯型水口,其抑漩效果非常明显,产生漩涡的临界高度和钢包内残钢量较普通常规水口有大幅度降低。包底结构及阻漩模块对钢包漩涡影响的物理模拟结果表明,适宜的包底结构及阻漩模块布置抑漩效果显著。改变模块高度、长度和距水口距离,均能改变流场,其中模块高度对于漩涡影响显著,随模块高度的增加,漩涡产生临界高度降低,当模块高度为未加抑漩装置钢包漩涡产生的临界高度时,效果最佳,其漩涡临界高度可降低1/3。采用斜面包底结构并设置适宜的阻漩模块,漩涡产生临界高度可降低50%左右。浮游阻漩装置与塞棒对钢包漩涡影响的物理实验表明,浮游阻漩装置可以有效阻止漩涡涡芯的产生,进而阻止漩涡的形成。多边形浮游装置相比球形浮游装置,更能抑制流体旋转的产生及发展,而且使液面更加稳定,减少钢液乳化下渣。塞棒的存在对漩涡具有抑制作用,当其位于水口正上方时,可以消除汇流漩涡的产生,最大程度的优化了钢包浇注,使得下渣量最少。