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摘要：连铸结晶器保护渣是一种以硅酸盐为基的并含有多种熔剂和骨架材料的功能性材料。保护渣在连铸结晶器内发挥着绝热保温、防止钢液氧化、控制传热、润滑铸坯的作用，是促进连铸技术发展、保证连铸工艺顺行及铸坯质量的关键性材料。基于此，本文就连铸结晶器保护渣研究进展及趋势方面的内容进行了分析探讨，以供参阅。
关键词：连铸结晶器；保护渣；研究进展；趋势
引言
钢铁的制造从模铸生产到连续铸钢，使钢铁的生产更加高效化。在这个过程中连铸结晶器的发明使钢铁生产由间断式生产转变为连续生产。可以说连铸结晶器是整个连铸过程的“心脏”，而连铸保护渣和浸入式水口的配合使用是维持连铸结晶器正常运转的关键之一。
1连铸保护渣的基本功能
①可以防止钢液特别是钢液弯月面的二次氧化。保护渣加入到结晶器内的钢液面上，熔化后形成一定厚度的液渣层，并均匀覆盖钢液面，该液渣层起到了隔绝钢液与空气接触的作用，进而可防止钢液的二次氧化。②绝热保温。在高温钢液面上加入保护渣，由于三层或多层结构的出现，可减少钢液的辐射热损失，降低钢水的过热度。为此，在保护渣操作中，要求液渣层上有一定厚度的粉渣层，即黑渣操作。提高保護渣的保温性，可提高结晶器弯月面温度，可减少渣圈的生成或过分长大。尤其是在浇铸高碳钢时，提高保护渣的绝热保温性能，对改善铸坯润滑是有利的。增加保护渣中的配碳量、改变碳质材料的种类、加入发热元素或降低保护渣的体积密度，均可以提高保护渣保温性。③保护渣吸收夹杂的能力。为防止钢液上浮的夹杂物被卷入凝固壳，造成铸坯表面或皮下缺陷，保护渣熔化形成的液渣层应具有吸收和同化钢液中上浮的非金属夹杂的能力。不同钢种上浮的夹杂不同，对保护渣物性的影响是不同的。④保护渣具有均匀传热的功能。保护渣熔化形成的液渣，若能均匀流入结晶器壁与凝固坯壳间，便能形成均匀的渣膜，可以减小上部的传热速率，加大下部传热速率，从而改善传热的均匀性，提高铸坯质量。近来通过保护渣成分的调整，已可实现控制渣膜的传热速率。在控制渣膜传热上采用的技术主要有提高保护渣碱度，以提高保护渣的凝固温度、析晶温度和析晶率，降低渣膜的有效热传导率。
2连铸结晶器保护渣现状及趋势
2.1熔化过程的挥发问题
现有的研究主要是通过高温质谱仪或热重分析等，方法研究其熔化过程挥发物的生成，这些试验手段可以研究分析熔化过程的挥发物种类及含量，但其升温速度极慢（高温质谱仪的升温速度仅为4-5℃/min，热重分析仪的升温速度也仅为20-30℃/min。然而，实际连铸过程钢液面上的连铸保护渣在高温钢水的作用下易生成挥发物，而且钢液面上的液渣更新速度较快，挥发物的生成情况势必受到影响，现有实验室的条件无法模拟这一熔化过程，也无法研究分析挥发物的生成情况。虽然，Schulz等研究指出当在保护渣中添加AL2O3能够抑制挥发物性氟化物的生成，但在实验室中无法研究是否可以在连铸保护渣中添加这些特殊组分来抑制有害挥发物的生成，解决挥发带来的危害。所以，现有解决氟挥发问题只能依靠减少渣中氟化物开发无氟或低氟保护渣。
2.2现有熔渣的表面张力计算主要是通过组分加和的方法
然而，熔渣的表面张力与其熔渣结构有关，虽然程红艳等指出熔渣的表面张力与熔渣中离子和离子团的静电势有关，也考虑了硅酸根离子团静电势的变化，但未提出新的基于熔渣结构的计算模型，这并不利于表面张力的准确计算。而钢渣界面张力测试比较困难，所采用的X射线座滴法，并无通用设备，往往需要研究者根据需要而改装设备，这也限制了该方法的应用，导致界面张力的研究比较欠缺。
2.3为了解释连铸保护渣的一些现象利于后续的研究开发
近年来冶金工作者开始了连铸保护渣熔渣结构的探究。Mills阐述了连铸保护渣的熔渣结构，但其对结构的描述是引用了硅酸盐璃结构的观点。而常规的硅酸盐玻璃组成相对比较简单，玻璃中的SiO2为主要组成其质量分数往往大于70%，仅含有少量的Ca0、Na2O等来调节玻璃的性能。但在连铸保护渣中SiO2的质量分数往往小于50%，除了Ca0、Na2O等组分之外还含有CaF2和AL2O3等特殊组分，硅酸盐玻璃和CaO-SiO2基连铸保护渣的结构上势必会存在一定的差异，这些结构的存在势必对熔渣的结构和性能产生影响，但却缺乏系统的研究。
2.4高铝钢连铸问题和渣中氟造成的危害问题
不管高铝钢浇铸采用哪种策略势必要增加渣中的AL2O3含量，而本团队的研究表明增加渣中AL2O3的含量有助于抑制渣中氟释放造成的危害，这就表明当改变CaO-SiO2渣系中的AL2O3含量开发CaO-AL2O3-SiO2渣系和CaO-AL2O3渣系保护渣，有可能有助于同时解决保护渣面临的两大难题。然而将CaO-SiO2渣系转变为CaO-AL2O3-SiO2基和CaO-AL2O3以基保护渣之后，渣中各组分对各渣系保护渣的结构和性能的影响尚缺乏系统的研究。
2.5熔渣的流变行为与其结构相关
然而现有的大部分研究主要考虑了组分变化对流变性能的影响，但欠缺从结构层面系统的研究熔渣的流变行为。此外，随着渣系的转变，熔渣的结构势必发生改变，这些结构上的变化会对熔渣的流变性能产生何种影响尚缺乏系统的研究。
2.6连铸保护渣的结晶特性主要通过CCT和TTT曲线来研究
然而，在实际结晶器内的熔渣是在非等温条件下凝固结晶，CCT和TTT曲线无法表征这一凝固结晶过程。DHTT试验可以用于研究连铸保护渣在非等温条件下的凝固结晶特性，但这种方法尚处于研究阶段，建立合适的试验方法及选择合适的评估参数尚需要进一步的研究。
结束语
综上分析连铸保护渣作为一种须满足多种行为要求的功能材料，几十年的发展己从经验逐渐转化为科学，从宏观的理化性能控制到微观的熔渣结构控制，但对熔渣成分、性能与结构间的关系还缺乏系统的研究，这将是今后研究的重点。
参考文献：
[1]王谦.含钛不锈钢连铸结晶器保护渣的研究[C].全国连铸技术研讨会论文集，北京：中国金属学会.2013
[2]董金刚，王谦，刘蘅.高碱性高玻璃化连铸保护渣组成与性能关系及其应用[C].第五届全国连铸学术年会，北京：中国金属学会，2014
[3]万恩同.连铸稀土处理钢的专用保护渣[J].世界金属导报，2012（03）
关键词：连铸结晶器；保护渣；研究进展；趋势
引言
钢铁的制造从模铸生产到连续铸钢，使钢铁的生产更加高效化。在这个过程中连铸结晶器的发明使钢铁生产由间断式生产转变为连续生产。可以说连铸结晶器是整个连铸过程的“心脏”，而连铸保护渣和浸入式水口的配合使用是维持连铸结晶器正常运转的关键之一。
1连铸保护渣的基本功能
①可以防止钢液特别是钢液弯月面的二次氧化。保护渣加入到结晶器内的钢液面上，熔化后形成一定厚度的液渣层，并均匀覆盖钢液面，该液渣层起到了隔绝钢液与空气接触的作用，进而可防止钢液的二次氧化。②绝热保温。在高温钢液面上加入保护渣，由于三层或多层结构的出现，可减少钢液的辐射热损失，降低钢水的过热度。为此，在保护渣操作中，要求液渣层上有一定厚度的粉渣层，即黑渣操作。提高保護渣的保温性，可提高结晶器弯月面温度，可减少渣圈的生成或过分长大。尤其是在浇铸高碳钢时，提高保护渣的绝热保温性能，对改善铸坯润滑是有利的。增加保护渣中的配碳量、改变碳质材料的种类、加入发热元素或降低保护渣的体积密度，均可以提高保护渣保温性。③保护渣吸收夹杂的能力。为防止钢液上浮的夹杂物被卷入凝固壳，造成铸坯表面或皮下缺陷，保护渣熔化形成的液渣层应具有吸收和同化钢液中上浮的非金属夹杂的能力。不同钢种上浮的夹杂不同，对保护渣物性的影响是不同的。④保护渣具有均匀传热的功能。保护渣熔化形成的液渣，若能均匀流入结晶器壁与凝固坯壳间，便能形成均匀的渣膜，可以减小上部的传热速率，加大下部传热速率，从而改善传热的均匀性，提高铸坯质量。近来通过保护渣成分的调整，已可实现控制渣膜的传热速率。在控制渣膜传热上采用的技术主要有提高保护渣碱度，以提高保护渣的凝固温度、析晶温度和析晶率，降低渣膜的有效热传导率。
2连铸结晶器保护渣现状及趋势
2.1熔化过程的挥发问题
现有的研究主要是通过高温质谱仪或热重分析等，方法研究其熔化过程挥发物的生成，这些试验手段可以研究分析熔化过程的挥发物种类及含量，但其升温速度极慢（高温质谱仪的升温速度仅为4-5℃/min，热重分析仪的升温速度也仅为20-30℃/min。然而，实际连铸过程钢液面上的连铸保护渣在高温钢水的作用下易生成挥发物，而且钢液面上的液渣更新速度较快，挥发物的生成情况势必受到影响，现有实验室的条件无法模拟这一熔化过程，也无法研究分析挥发物的生成情况。虽然，Schulz等研究指出当在保护渣中添加AL2O3能够抑制挥发物性氟化物的生成，但在实验室中无法研究是否可以在连铸保护渣中添加这些特殊组分来抑制有害挥发物的生成，解决挥发带来的危害。所以，现有解决氟挥发问题只能依靠减少渣中氟化物开发无氟或低氟保护渣。
2.2现有熔渣的表面张力计算主要是通过组分加和的方法
然而，熔渣的表面张力与其熔渣结构有关，虽然程红艳等指出熔渣的表面张力与熔渣中离子和离子团的静电势有关，也考虑了硅酸根离子团静电势的变化，但未提出新的基于熔渣结构的计算模型，这并不利于表面张力的准确计算。而钢渣界面张力测试比较困难，所采用的X射线座滴法，并无通用设备，往往需要研究者根据需要而改装设备，这也限制了该方法的应用，导致界面张力的研究比较欠缺。
2.3为了解释连铸保护渣的一些现象利于后续的研究开发
近年来冶金工作者开始了连铸保护渣熔渣结构的探究。Mills阐述了连铸保护渣的熔渣结构，但其对结构的描述是引用了硅酸盐璃结构的观点。而常规的硅酸盐玻璃组成相对比较简单，玻璃中的SiO2为主要组成其质量分数往往大于70%，仅含有少量的Ca0、Na2O等来调节玻璃的性能。但在连铸保护渣中SiO2的质量分数往往小于50%，除了Ca0、Na2O等组分之外还含有CaF2和AL2O3等特殊组分，硅酸盐玻璃和CaO-SiO2基连铸保护渣的结构上势必会存在一定的差异，这些结构的存在势必对熔渣的结构和性能产生影响，但却缺乏系统的研究。
2.4高铝钢连铸问题和渣中氟造成的危害问题
不管高铝钢浇铸采用哪种策略势必要增加渣中的AL2O3含量，而本团队的研究表明增加渣中AL2O3的含量有助于抑制渣中氟释放造成的危害，这就表明当改变CaO-SiO2渣系中的AL2O3含量开发CaO-AL2O3-SiO2渣系和CaO-AL2O3渣系保护渣，有可能有助于同时解决保护渣面临的两大难题。然而将CaO-SiO2渣系转变为CaO-AL2O3-SiO2基和CaO-AL2O3以基保护渣之后，渣中各组分对各渣系保护渣的结构和性能的影响尚缺乏系统的研究。
2.5熔渣的流变行为与其结构相关
然而现有的大部分研究主要考虑了组分变化对流变性能的影响，但欠缺从结构层面系统的研究熔渣的流变行为。此外，随着渣系的转变，熔渣的结构势必发生改变，这些结构上的变化会对熔渣的流变性能产生何种影响尚缺乏系统的研究。
2.6连铸保护渣的结晶特性主要通过CCT和TTT曲线来研究
然而，在实际结晶器内的熔渣是在非等温条件下凝固结晶，CCT和TTT曲线无法表征这一凝固结晶过程。DHTT试验可以用于研究连铸保护渣在非等温条件下的凝固结晶特性，但这种方法尚处于研究阶段，建立合适的试验方法及选择合适的评估参数尚需要进一步的研究。
结束语
综上分析连铸保护渣作为一种须满足多种行为要求的功能材料，几十年的发展己从经验逐渐转化为科学，从宏观的理化性能控制到微观的熔渣结构控制，但对熔渣成分、性能与结构间的关系还缺乏系统的研究，这将是今后研究的重点。
参考文献：
[1]王谦.含钛不锈钢连铸结晶器保护渣的研究[C].全国连铸技术研讨会论文集，北京：中国金属学会.2013
[2]董金刚，王谦，刘蘅.高碱性高玻璃化连铸保护渣组成与性能关系及其应用[C].第五届全国连铸学术年会，北京：中国金属学会，2014
[3]万恩同.连铸稀土处理钢的专用保护渣[J].世界金属导报，2012（03）