随着炼钢技术的不断发展,对连铸钢的洁净度以及用户对高质量产品的要求也越来越高。近年来冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能,其作为炼钢流程中重要的冶金反应器,除具有储存、分配钢液的作用外,还具有净化钢液、去除钢中非金属夹杂物的作用;其重要措施之一就是在中间包内设置适当形式的控流装置,使之形成合理的流场,一方面促进夹杂物充分上浮,同时也为钢液温度和成分的均匀化创造有利条件。特别是较小容量的中间包,更需要对其内腔及结构进行优化,如设置挡渣墙、控流装置及坝等对延长平均停留时间和促进夹杂物上浮有明显的冶金效果。本课题以临钢炼钢厂板坯连铸中间包的实际情况为研究对象,采用水力学物理模拟和数值计算相结合的研究方法,确定中间包内控流装置设置的最佳方案。根据相似理论,按照弗鲁德准数相似选择试验模型与原型的几何相似比为0.5建立试验模型并进行水力学模拟试验;同时根据连续性方程和动量方程建立描述中间包内流体流动的数学模型,利用商业软件FLUENT进行数值计算,对中间包流场进行数值模拟,对中间包的内腔结构进行合理优化。研究表明:通过对中间包内钢液流动行为、夹杂物运动轨迹及钢液流线等的模拟,发现物理模拟与数值模拟的试验结果基本吻合。优化后的中间包内采用“稳流器+导流挡墙+坝”控流装置冶金效果明显,钢水流动状况较优化前得到较好改善,钢液流场合理,液面平稳且钢液温度变得更加均匀。其钢液的平均停留时间延长,活塞流体积率增加,夹杂物上浮指数提高。因此,更加有利于钢水的净化,从而实现提高连铸坯质量的目的。