摘要
结晶器保护渣是连铸过程中重要的功能材料，通过形成固态和液态渣膜，起到了控制传热和润滑坯壳两大功能，对提高铸坯表面质量和确保连铸顺行有着关键作用。但是，保护渣会在弯月面上方的结晶器壁上粘结形成渣圈，当渣圈过厚或从结晶器壁上掉落时，会阻碍渣膜的形成，影响铸坯表面质量，甚至造成漏钢。因此，明确地描述渣圈形成过程，进而有效控制渣圈的厚度和掉落几率，可以使保护渣更好地发挥作用，对连铸生产有积极的帮助。 本文通过形貌特点对不同钢种、断面、拉速下形成的渣圈进行了分类，并对代表性渣圈进行了微观结构观察，完善了对渣圈形成过程的描述。在此基础上，结合单向加热烧结实验和颗粒渣微观结构表征，探究了保护渣烧结对渣圈长大的影响及控制方法。此外，还通过渣膜剥离性实验模拟研究了液渣结晶性能对渣圈掉落及长大的影响，并提出了控制措施。主要研究成果叙述如下： ①渣圈的形成过程可分为初始渣圈形成、渣圈长大和渣圈消亡三个阶段。初始渣圈由液渣在结晶器壁上快速凝固形成，为玻璃态，后因再结晶而产生晶体。渣圈的长大有不同的方式，液渣凝固结晶形成柱状晶和等轴晶是不同渣圈长大过程中的必经阶段，除此之外，还可能发生烧结产物被粘结、渣圈掉落后被新形成的渣圈再次粘结等行为，长大行为的差异使渣圈呈现不同形貌。渣圈长大后，存在因为自身重力而掉落、被钢液面捕获以及被人工挑出等结局，渣圈消亡，新的渣圈开始形成。 ②烧结产物被粘结是渣圈长大的重要方式之一，炭黑种类影响Na2CO3析出物的形貌和分布，进而影响保护渣烧结程度，为了控制渣圈因粘结烧结产物长大，应选择能使Na2CO3以较小尺寸均匀析出的炭黑。在保护渣生产中，低熔点原料苏打（Na2CO3）在制浆时先溶于水，之后在喷雾造粒时重新析出。当保护渣中加入不同种类的炭黑时，Na2CO3析出物出现针状、块状等不同形貌，尺寸在1-300μm范围内，分布均匀性差异较大。Na2CO3析出物尺寸较大、局部偏聚的保护渣，在烧结过程中的分熔严重，烧结发达，对应的渣圈较厚。 ③渣圈掉落后被再次粘结也是渣圈的长大方式，当液渣结晶性能较强时，渣圈更易从结晶器壁上掉落，为了降低渣圈掉落后被再次粘结的几率，应在满足保护渣控热功能的前提下降低结晶性能。渣膜剥离性实验表明，液渣在低温端的结晶性能较强时，形成的渣膜更容易从铜探头上掉落。初始渣圈形成与渣膜的形成类似，说明液渣在结晶器壁处的结晶性能较强时，渣圈更容易掉落，更易再次粘结形成尺寸较大的渣圈。
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