保护渣是提高连铸效率和铸坯质量的关键功能材料,起着控制传热、润滑、同化夹杂、防止钢液二次氧化、绝热保温等作用。其中润滑作用主要是通过在铸坯和结晶器之间的渣膜来实现的。随着连铸拉速的不断提高,结晶器振频加快,当振动方式一定时,将导致保护渣的消耗量减少,铸坯与结晶器间的摩擦力增大,增大了拉裂漏钢的危险。据报道,在连铸生产中65%以上的漏钢,主要是由于润滑不良引起的。因此,改善保护渣的润滑性能显得尤为突出。深入研究渣膜结构及其性质,分析渣膜润滑作用机理,探讨改善保护渣润滑性能的途径,对于优化保护渣组成和性能,开发高质量保护渣具有重要意义。连铸结晶器保护渣渣膜作为铸坯与结晶器间的润滑和调控传热的介质,其厚度、结构、温度分布、流动特性等直接影响到保护渣功效的发挥,对连铸工艺的顺行和铸坯表面质量有重要作用。实践表明,铸坯与结晶器间液渣膜有较好的润滑性能,是改善连铸润滑的主要途径之一。深入研究保护渣的渣膜形成机理和作用行为,是现代保护渣研究的重要内容。本文在研究保护渣的基本物化性能粘度和熔化温度的基础上,基于对渣膜作用和存在状态的认识,采用自行设计的实验装置,对不同组成的保护渣渣膜结构进行了模拟研究。实验模拟获得的渣膜结构特征与实际相一致,是保护渣渣膜结构研究方法中新的方法。本文利用软件FLUENT模拟了保护渣在结晶器内的流动行为,研究了水口插入深度和倾角对弯月面处钢-渣界面温度的影响,讨论熔渣粘度和拉坯速度对保护渣流入到结晶器与铸坯间的影响,这为系统分析弯月面区域影响保护渣流入的因素,提供了一定的基础。论文通过上述方法和手段,通过对组成和含量变化的实验用渣性能、渣膜结构的测试,研究了保护渣组成对渣膜结晶率和结晶矿相的影响;通过建立渣膜存在条件下结晶器摩擦力计算数学模型,讨论了保护渣组成、性能(粘度和熔化温度)和渣膜结构对润滑的影响。研究结果表明:随着冷却强度的增大,渣膜中玻璃层厚度增加,结晶率降低;熔渣的粘度、熔化温度、碱度及其组成对渣膜的结构、液渣层厚度有很大影响;温度梯度越大,渣膜的结晶率就越高;通过建立的摩擦力模型计算可知,保护渣的熔化温度或粘度越低,液渣膜越厚,铸坯与结晶器间的摩擦力越小,对保护渣润滑有利;保护渣的碱度及其组分对渣膜摩擦力也有一定的影响。随着结晶器振动频率的增加,保护渣对弯月面根部的负压力增大,结晶器所受到的摩擦力增大,这将抑制保护渣的向下流入,不利于润滑;熔渣粘度越大,熔渣流入速度越小,造成供渣不足,形成的渣膜过薄不均匀,导致润滑不良;浸入式水口在同一插入深度下,随着水口倾角角度的增大,结晶器弯月面处的温度是下降的;在水口倾角相同的情况下,随着水口插入深度的增加,结晶器弯月面处的温度也是降低的,不利于保护渣的均匀熔化,形成均匀渣膜,保证其良好润滑作用。拉速增大,熔渣消耗量减少,熔渣流入速度减小,使得形成的渣膜过薄和分布不均匀,不利于润滑。