传统保护渣大多属于牛顿流体,其黏度往往是一个恒定的值,在连铸结晶器的滞留区域由于其黏度相对较低,易造成铸坯卷渣;而在结晶器的润滑区域,由于其黏度相对较高,不易于润滑和传热,提高了漏钢的频率。针对这一问题急需研制一种具有在低剪切速率下黏度相对较高,在高剪切速率下黏度相对较低的非牛顿流体特性连铸结晶器保护渣,以满足高拉速连铸生产对保护渣性能的需求。本课题通过向CaO-SiO₂-CaF₂系传统保护渣中加入不同含量的B₂O₃或Si₃N₄使其具有非牛顿流体特性,采用Fact Sage热力学软件对非牛顿流体保护渣进行热力学分析,确立了最优反应以及最佳反应温度,并对保护渣中生成的主要矿相进行了分析。同时采用旋转式黏度计对其进行剪切变稀性质的研究,结果发现与传统保护渣相比,CaO-SiO₂-CaF₂-B₂O₃系非牛顿流体保护渣和CaO-SiO₂-CaF₂-Si₃N₄系非牛顿流体保护渣均具有较强的剪切变稀性质,且随着添加剂含量的增加,保护渣剪切变稀的性质先增强后减弱。结论是,当渣中的B₂O₃的浓度为9.71%时,或Si₃N₄的浓度为0.83%时,保护渣剪切变稀的性质最强。采用拉曼光谱、XPS和红外光谱对其微结构进行研究,分析其在不同成分环境下保护渣微结构的变化,并对其作用机理进行分析。结果发现,在一定范围内这种剪切变稀性质的强弱与分子聚合度的大小正相关,并且产生这种剪切变稀性质的机理属于一种由于施加单向剪切应力造成的临时黏度损失。对上述两种非牛顿流体保护渣的冶金性能分别进行了检测分析,结果发现两种保护渣各项冶金性能均在合理范围之内,能较好的满足高拉速连铸生产需求。最后对其进行实验室拉坯试验,结果是与传统保护渣相比,采用非牛顿流体保护渣浇注出的铸坯卷渣、粘渣现象明显改善,同时降低了发生漏钢的频率,对优化连铸工艺,提高企业效益具有积极影响。