连铸结晶器保护渣具有重要的冶金功能,尤其是对铸坯的润滑和调节铸坯向结晶器的传热,对维持连铸工艺的顺行和提高铸坯表面质量具有重要作用。由于氟化物具有调节保护渣高温物理性能的作用,尤其是能协调保护渣传热和润滑两大功能,所以传统保护渣中通常会加入含氟为6％~10%的氟化物。然而,保护渣中的氟含量过高不仅会加剧浸入式水口和连铸设备的侵蚀,还会增大环境污染。为此,需要开发无氟和低氟保护渣。本文对国内外无氟保护渣的发展状况进行了综述,分析了保护渣无氟化后面临的主要难题(尤其是针对包晶钢板坯连铸),即如何将无氟化后的保护渣的润滑性能与传热性能间的关系协调起来。本次研究基于前人对无氟保护渣研究的基础之上,利用TiO2作为析晶替代物,通过与传统中碳钢板坯连铸用高氟保护渣的各物理性能进行对比研究,寻求与高氟保护渣性能相近的无氟、低氟保护渣成分组成区域。　　本文在国家自然科学基金和宝钢集团的大力支持下,就无氟和低氟含钛保护渣的重要理论及亟需解决的实际应用问题展开了深入的研究:即化学成分对无氟和低氟含钛保护渣环保性能(只针对低氟含钛保护渣)、熔化特性、润滑性能以及渣膜结构和传热特性的影响。通过工业试验,验证了本次研究开发的无氟和低氟含钛保护渣适合工厂板坯连铸生产工艺的要求,并取得了良好的应用效果。具体研究工作和结论如下:　　①对无氟含钛保护渣物理性能的研究。　　1)随着碱度提高,无氟含钛保护渣的熔化温度、转折温度升高,粘度和渣膜的传热能力均有所下降;2)无氟含钛保护渣在转折温度前的粘度增幅较大,但其1300℃时对应的粘度与拉坯速度的乘积η1300℃νc值在0.10~0.35范围内(假定板坯连铸机的拉坯速度为1.30m.min-1),有合理的润滑性能。　　②对低氟含钛保护渣物理性能的研究。　　1)含氟小于4%的低氟含钛保护渣水中F-浓度不足工厂用的高氟保护渣3D的20%,水也从3D渣的酸性变为中性;2)碱度和TiO2含量增加,低氟含钛保护渣的熔化温度升高,而Li2O、Na2O和MnO等熔剂均能起到降低保护渣熔化温度的作用,其对低氟含钛保护渣熔化温度影响大小顺序为:Li2O>TiO2>Na2O>MnO;3)碱度提高,低氟含钛保护渣的粘度降低,转折温度升高;4)TiO2含量增加时,低氟保护渣粘度和转折温度均先减小后增大,当TiO2=6%时,粘度和转折温度均取最小值,且在温度降低过程粘度的增幅较小;5)当TiO2含量(0~12%)增加时,钙钛矿的析出增强,且晶粒尺寸逐渐增大,渣膜热阻增大,平均热流密度降低;6)碱度升高,低氟含钛保护渣渣膜厚度逐渐增厚,且结晶性能增强,渣膜热阻增大,平均热流密度变小;7)而随着TiO2含量增加,保护渣固渣膜厚度先增厚再变薄,且当TiO2=8%固渣膜最薄;8)MnO有降低低氟含钛保护渣渣膜热流密度的作用,添加1.2%的MnO后,渣膜平均热流密度降低率为6%,但MnO添加量超过2%后对降低热流密度的作用会很小。　　③无氟和低氟保护渣在工业试验中的应用。　　1)工业试验中,无氟和低氟含钛保护渣在结晶器内行为正常,消耗量合理,无粘结现象发生;2)但在浇注碳含量为0.10%~0.14%的包晶钢时铸坯质量差别明显,BCX-1浇注的铸坯表面裂纹发生率高达91.67%,而BCX-2与3D渣浇注铸坯表面裂纹发生率相当,均低于10%;3)浇注碳含量为0.07%~0.10%的中碳钢时,WF-1、BCX-3和BCX-4铸坯表面均未发现纵裂纹;4)BSE(EDS)与XRD分析结果表明实验室渣膜在结构上与实际结晶器中的渣膜很相似,并且在实际结晶器内低氟含钛保护渣渣膜中并未发现会恶化保护渣润滑作用的高熔点物质TiN或Ti(C,N)。