随着对钢产品质量要求的日益提高,许多高性能钢种的洁净度要求也越来越高,降低钢中的有害夹杂物,特别是5~20μm的微小夹杂物已成为炼钢过程中急待解决的重要问题之一。目前通过对中间包设置控流装置、采用透气砖以及长水口控制合理的吹氩参数等方式可以比较容易的去除尺寸50μm以上的夹杂物,甚至对尺寸20~50μm的夹杂也能较好的去除,但是对于微小夹杂还难以去除。通过前人的研究分析发现利用气泡法碰撞粘附去除微小夹杂是比较可行的方法,而该种方法的关键问题是要在中间包内得到尺寸微小且分布弥散的气泡,提高气泡与微小夹杂的碰撞概率,同时还须防止长水口注流区液面气泡聚集而出现裸眼。因此对中间包内气泡的大小及分布情况的研究具有重要意义。本文首先分析了气泡碰撞粘附去除夹杂物的机理,得出了去除微小夹杂所需气泡的合适尺寸范围,研究结果表明:对于尺寸为5~20μm的微小夹杂物,气泡碰撞粘附去除的限制性条件是气泡与夹杂物的碰撞概率,而提高两者之间的碰撞概率的关键因素是气泡的尺寸大小。当气泡尺寸mm DB?2.0时,5~20μm的夹杂物的去除效果幅度明显增加。运用DPM离散相模型数值模拟研究了中间包内气泡的尺寸大小与其在包内的分布以及完全上浮的关系,研究表明:当包内的气泡尺寸大于0.3mm时,气泡可以靠自身的浮力完全上浮,且只分布在中间包注流区附近,当包内气泡尺寸小于0.1mm时,气泡的运动轨迹受钢液流动的影响比较大,此时气泡在中间包内分布较为弥散。在分析研究气泡的破碎聚并机理及气泡在中间包内上浮的基础上,通过PBM模型模拟了从长水口上部注入不同尺寸大小的气泡对中间包内气泡大小及分布的影响,数值模拟结果表明,包内气泡的大小及分布与注入的气泡尺寸有很大关系,长水口注入的气泡尺寸越小,气泡在长水口内长大的幅度越大,且随钢液流股冲击中间包的冲击深度越来越大,注流区外沿的气泡尺寸要大于流股内部的气泡。气泡的体积率随着离注流区域距离的增加,呈指数倍降低。当中间包的气泡尺寸较大时,气泡在中间包注流区附近呈倒伞状分布,其受钢液流股运动影响的作用减弱,不会随着钢液流入中间包深处,中间包的其他区域(除注流区)气泡的的体积率越来越低,在中间包上浮区域体积率一般为5e?以上,在钢液出口处体积率降到了?9e,气泡基本不会随钢液进入到结晶器。湍流器结构对中间包内气泡大小及分布影响的数值模拟研究表明,中间包内的湍流器能起到束缚钢液涡体湍动能的作用,改变气泡在中间包各个区域的尺寸大小和体积分布率。当长水口出口处的气泡的尺寸很小时,湍流器能束缚涡体的湍动能,减缓气泡在注流区的长大幅度;湍流器的顶橼长度不易过长,也不易过短,当顶橼过长时,气泡随钢液注流被挡在湍流器外,造成湍流器上方分布大量的尺寸比较大的气泡,易使钢液裸露,污染钢水。过短时,湍流器起不到束缚湍动能减缓气泡长大的作用,且降低了气泡在注流区的体积分布;湍流器的边部导流孔不易过大,孔径过大时,湍流器底部释放了湍动能,同样起不到束缚湍动能减缓气泡长大的作用,一部分气泡随钢液流,从导流孔逸出,使中间包上浮区气泡的体积分布增大。