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在连铸工艺中,保护渣发挥着绝热保温、防止钢水氧化、吸收非金属夹杂、润滑坯壳、控制传热等作用。传统保护渣中氟含量较高,对环境和设备产生较大损害,因此保护渣无氟和低氟化成为连铸保护渣研究的重点。由于氟在保护渣中能促进枪晶石的形成、降低熔点和黏度,因此,具有粘结敏感性和裂纹敏感性的中碳钢,其低氟保护渣要具有较高碱度、较强结晶能力和较低黏度以保证润滑、控制传热,以达到防止粘结漏钢和纵裂纹的目的。本论文创新点在于：(1)在以热丝法为实验手段的基础上利用JMA模型和Arrhenius公式联用的方法,研究了Na2O对中碳钢保护渣等温结晶机理的影响,确定了等温结晶活化能；(2)采用DHTT技术,可视化观察保护渣在不同温度范围内的等温结晶形貌；并结合SHTT和红外发射技术,综合研究B2O3和碱度对低氟渣结晶、传热及二者之间联系的影响规律；(3)实现红外发射模拟温度场下原位直接观察,研究了低氟渣在温场中结晶、熔化、再结晶的动态相变过程；(4)结合SEM和EDS检测手段,可视化观察保护渣片结晶微观结构和物相组成,发现了B2O3和碱度对结晶晶相的影响规律；(5)建立以中碳钢高氟渣为标准的参数体系,综合比较低氟渣与标准渣的各项性能。首先,Na2O对中碳钢标准渣熔化、结晶和动力学特征的影响在于：随着Na2O增加,渣样结晶温度逐渐升高；同时,等温结晶孕育时间逐渐减少,Na2O促进保护渣结晶能力较强；保护渣结晶活化能降低;主要晶相为枪晶石(Ca4Si2F2O7)、Na4Al2Si2O9和Ca2Si2Na2O7,Na2O含量增加超过7.5%时将抑制枪晶石的生成。碱度增加,临界冷却速率增加；结晶温度下降；等温结晶孕育时间大大减小；然而随着碱度不断增加,其促进结晶的能力将逐渐变小,在本文低氟渣的研究中,碱度1.25为中碳钢低氟渣开发的最优设计。而B2O3增加时,临界冷却速率减小；结晶温度降低；等温结晶孕育时间大大增加。红外辐射热流实验中,低氟渣在高温区域和低温区域生成的结晶相不同,在结晶层与底端玻璃层的过渡区域,或直接接触铜模的结晶区域,晶粒极为细小；而结晶层与液相层的过渡区域的晶体较大呈块状或板状,主要晶相为枪晶石(Ca4Si2F2O7)和黄长石,其中黄长石是以铝黄长石、镁黄长石和钠黄长石为主的固溶体。碱度增加在促进枪晶石和黄长石晶体形核的同时,在一定程度上抑制硅灰石类晶体的形成和长大；B203在一定程度上将抑制枪晶石的生长,而有利于黄长石晶体的生长。1-9和S2号渣样稳定态热流值分别为522、565、592、470、530、550、430、510、563和462KW/m2。碱度增加稳定态热流值逐渐减小,但碱度在促进结晶的同时,B203发挥着抑制结晶的作用。与中碳钢标准高氟渣各项理化性能最为接近的低氟渣为4号保护渣,二者的临界冷却速率、结晶温度、结晶时间、熔化温度以及稳态热流值都极为接近,结晶相均为枪晶石和黄长石的混合相。可根据本文研究适度调整各组分含量,协调各组分对低氟渣熔融、结晶、传热性能的作用,得到能广泛应用于工业生产中的环境友好型中碳钢低氟渣。本文包含图34幅,表11个,参考文献69篇。