随着对钢材质量要求的不断提高,钢液中非金属夹杂物需要控制在极低水平。利用钢包长水口内湍急的钢流将吹入的氩气打碎成小气泡,并使其弥散分布于中间包内,是去除钢液中微小夹杂物的一种很值得研究的方法。目前,冶金领域对钢包长水口内小气泡的形成机理尚不清晰,且通过水模实验得出的控制钢包长水口内小气泡形成的最佳操作参数为很小吹气量和小孔径,这就导致了在中间包内虽然能得到小气泡,但形成的气泡数量少,达不到较好的去除微小夹杂物的目的。因此,深入研究钢包长水口内小气泡的形成过程,对中间包小气泡精炼技术的实现具有重要的理论意义和应用价值。本文通过借鉴化工领域对湍流液体中小气泡形成机理的研究,并将其用于分析钢包长水口内小气泡的形成机理。在此基础上,设计了一种新型钢包长水口。通过物理模拟并辅以数值模拟的方法,采用对比的方式,比较了使用新型钢包长水口和传统直通型钢包长水口对小气泡的形成及中间包内钢液流动特性的影响。通过分析钢包长水口内小气泡的形成机理发现:为了使长水口内氩气泡破碎,在中间包内形成弥散分布的小气泡,应该增大长水口内气泡破碎程度,减少气泡合并。气泡在长水口内的破碎需要满足两个条件:一是具有超过气泡破碎所需的湍动能,二是具有一定的气泡破碎过程所需的湍流液体中停留时间。传统直通型钢包长水口内具有较高湍动能,但是气泡在其内的停留时间很短(约0.02-0.04s),达不到将吹入的氩气破碎为大量小气泡的要求。因此,延长吹入的氩气泡在长水口内湍流区的停留时间,是破碎氩气泡,在中间包内得到大量小气泡的关键。为了避免破碎后的小气泡重新合并为大气泡,应使中间包内气泡尽可能的分散。不同钢包长水口对小气泡形成影响的实验结果表明:使用新型钢包长水口,吹气量为1.5L/min时,气泡在湍流区的停留时间为0.4s,达到了气泡破碎的要求。此时,中间包内气泡尺寸小于0.3mm。该条件下,在中间包内形成的小气泡数量是前人使用传统直通型长水口在中间包内形成小气泡数量的18倍,且气泡尺寸更小。相同条件下,使用新型钢包长水口后比使用直通型钢包长水口,在中间包形成的小气泡更分散,避免了气泡合并。从而,在中间包内得到气泡尺寸更小,数量更多,分布更加弥散,这种小气泡更有利于钢液中微小夹杂物的去除。钢包长水口对中间包内钢液流动特性影响的实验结果表明:无论在中间包液位上升还是同一中间包液位情况下,使用新型钢包长水口能延长开始响应时间及中间包内钢液停留时间,中包内流动模式更加合理,因而更有利于中间包内夹杂物的上浮去除,保证钢液质量。