为了研究气幕挡墙中间包技术运用于洁净钢生产的优势和特点,综合分析了气幕挡墙中间包内钢水的流动特性和夹杂物颗粒在中间包钢水中的运动和去除行为。首先建立了合理的数学模型,基于Euler-Euler方法的k-ε双方程模型对气幕挡墙气中间包内的流场进行数学模拟,主要控制变量有吹气位置、吹气流量、气泡直径和拉坯速度。根据模拟得出了中间包内的速度场、钢水流动轨迹、湍动能和湍动能耗散率的分布状态,以及中间包RTD曲线,并分析出包内钢水的最短响应时间、平均停留时间、死区体积比、活塞区和混合区体积比等重要数据。结果表明,中间包底吹氩气会使得钢水在气幕两侧形成两个大的环形流场,改善包内钢水的流动情况,延长钢水的停留时间,当气幕位置距离水口中心1800 mm,吹气量为1.2 m3/h时流场达到最佳状态。与常规中间包相比,在气幕挡墙中间包内,钢水的平均停留时间延长了 10.4%,死区体积减小了 41%,效果十分明显。通过对比各参数对钢水流场的影响程度发现,气幕位置和吹气量对钢水流动的影响很大,而气泡直径和拉坯速度对于流场的影响很小。本课题使用DPM离散相模型模拟夹杂物的上浮去除,结果表明,和流场相同,吹气量和气幕位置仍然是影响夹杂物上浮去除的最主要因素,当气幕距离水口中心1800 mm,吹气量为1.2m3/h时夹杂物的上浮去除率最高,比常规中间包提高了 26.2%,主要体现在对60 μm以下的中小尺寸夹杂物去除率的提高,对60μm以上的夹杂物去除率增加并不明显。钢水中气泡的运动以及气泡去除夹杂物是一个比较大的课题,小气泡在钢液中受到的浮力较小,上浮速度低,易受到钢液湍流影响而扩散,使气相分布范围更广,能够提高气泡捕获夹杂物的概率,计算结果显示,当气泡直径为2 mm时,夹杂物被气泡粘附去除率为11.4%。利用Euler方法耦合PBM群体平衡模型,研究钢水中夹杂物在湍流流场作用下的碰撞聚合长大行为以及不同拉坯速度下夹杂物数量密度的变化情况,拉坯速度对于前中期夹杂物的碰撞聚合有一定影响,但对最终结果的影响不大。通过对最佳条件下夹杂物碰撞去除率计算,结果显示,气幕挡墙中间包夹杂物碰撞聚合的去除率比常规中间包提高了约73%,达到8.9%。综合中间包内夹杂物的所有去除方式,气幕挡墙中间包夹杂物的去除率比常规中间包提高了 28.4%。