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。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。保护渣润滑性能的研究,目前主要有直接测量法和理论分析法。直接测量法是通过对结晶器摩擦力的在线监测来评价保护渣润滑性能,直观、有效,针对性强,但无预见性,试验费用高、风险大,保护渣开发周期长,不能从根本上阐述润滑特性;理论分析法是依据保护渣润滑机理的分析,通过建立模型来研究保护渣组成、结构与润滑性能的关系,是保护渣设计开发的有效手段。本文在建立渣膜润滑理论分析模型的基础上,通过对渣膜结构和性能的测试分析,研究了保护渣组成——熔渣性能——渣膜结构——渣膜润滑之间的依存关系。通过对保护渣润滑机理进行理论分析,综合考虑渣膜的温度场、流动特征、熔渣性质,在建立保护渣渣膜温度分布等模型的基础上,构建了渣膜介质作用下的结晶器摩擦力理论分析模型,可用于研究保护渣润滑性能的研究和评判。基于对渣膜作用和存在状态的认识,本文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。模拟获得的渣膜结构特征与实际相吻合,是保护渣渣膜结构研究方法的新的手段。论文应用上述方法和手段,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与润滑相关的高温物化性能、渣膜结构的影响,并以实验渣为对象,以摩擦力为指标,分析了在一定条件下保护渣润滑性能及其影响因素。研究表明:随着渣膜总厚度的增加,结晶率减小,而冷却能力增加,渣膜中玻璃层厚度增加。当熔渣碱度及Na₂O、F含量的增加,结晶率增加;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;随着碱度和渣中Al₂O₃含量的增加,铸坯与结晶器间摩擦力增加,对保护渣润滑不利;但随着MnO增加,铸坯与结晶器间摩擦力减小,有利于保护渣润滑。而F、Na₂O存在最佳点,过低和过高的含量都不利于提高保护渣的润滑性能。