连铸保护渣检测技术规范
摘要：连铸保护渣作为连铸工艺的关键功能材料，其理化性能直接决定铸坯表面质量和工艺顺行。本文系统阐述了保护渣的检测项目、检测范围、执行标准及主要检测仪器，旨在为保护渣的质量控制、产品研发及现场应用提供全面的技术参考。
1 检测项目与方法原理
连铸保护渣的检测项目依据其功能特性可分为物理性能、化学成份、高温特性和微观结构四大类。
1.1 物理性能检测
1.1.1 水分含量
采用重量法测定。称取一定质量的试样置于105~110℃的干燥箱中干燥至恒重，通过计算损失质量占总质量的百分比得到水分含量。对于游离水的检测，也可采用甲苯蒸馏法，利用甲苯与水的共沸原理，精确测量水分体积。
1.1.2 粒度分布
采用筛分法或激光衍射法。
筛分法：使用标准试验筛（通常为泰勒筛或ISO筛），通过机械振动或气流喷射将保护渣按粒径分级，称量各级别质量，计算粒度分布参数如D50、小于0.15mm及大于0.5mm的百分比。
激光衍射法：基于光散射原理，将保护渣颗粒分散在气相或液相介质中，通过激光束照射颗粒群，收集并分析衍射光能分布，依据米氏理论反演计算出粒度分布。
1.1.3 堆积密度
将保护渣试样通过标准漏斗自然流入已知容积的容器中，刮平后称量，计算单位体积内的质量。该指标反映保护渣的松散程度，影响绝热性能。
1.2 化学成份检测
1.2.1 主要组分分析
采用X射线荧光光谱法（XRF）。将保护渣样品研磨至一定细度后，在高温下熔融制成玻璃圆片或压制成片，置于X射线荧光光谱仪中。通过测量各元素特征X射线的强度，与标准工作曲线对比，定量分析CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Na₂O、F、C等主要成份的含量。
1.2.2 氟含量测定
除了XRF外，对于氟含量的精确测定，常采用离子选择电极法（ISE）或蒸馏-滴定法。样品经酸熔或碱熔处理后，使氟以离子形式存在于溶液中，用氟离子选择电极测定电位值，根据能斯特方程计算氟离子浓度。
1.2.3 游离碳与总碳测定
采用高频燃烧红外吸收法。将样品在高温氧气流中燃烧，碳元素转化为CO₂，通过红外检测器测量CO₂浓度，计算总碳含量。游离碳的测定则需先用酸处理溶解碳酸盐，过滤得到残渣，再对残渣进行高频燃烧测定。
1.3 高温特性检测
1.3.1 熔化温度与熔化速度
采用热显微镜法（熔点熔速测定仪）。将保护渣压制成规定尺寸的圆柱体试样，置于高温炉内加热。通过光学系统实时观察并记录试样轮廓的变化，测定半球点温度（试样高度降低至原高度一半时的温度）作为熔化温度，同时记录从开始熔化到铺展完毕的时间或温度区间，表征熔化速度。
1.3.2 粘度
采用旋转柱体法。将保护渣样品在高温炉内完全熔化并恒温，将特定材质的转子（通常为铂铑合金）浸入熔渣中，以恒定速度旋转。通过测量转子所受的扭转力矩，根据仪器常数计算熔渣的动力粘度。通常测定1300℃下的粘度值，并绘制粘度-温度曲线。
1.3.3 结晶性能
采用热分析法（DTA/DSC）或单丝热电偶法。通过差示扫描量热仪测定保护渣在升温和降温过程中的热效应，分析其结晶温度和析晶活化能。单丝热电偶法则利用微型热电偶作为加热和测温元件，观察单滴熔渣在快速冷却过程中的结晶行为。
1.3.4 界面张力与润湿性
采用静滴法。将保护渣熔滴置于特定基板（如钢片）上，在高温下通过高速摄像记录液滴轮廓，依据拉普拉斯方程拟合计算熔渣与基板之间的接触角和界面张力。
1.4 微观结构与矿相分析
采用X射线衍射法（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）。
XRD：用于分析保护渣的物相组成，如枪晶石、硅灰石、霞石等矿物的存在形式。
SEM-EDS：用于观察保护渣的微观形貌、颗粒分布、气孔结构，并结合能谱仪进行微区成份分析。
2 检测范围与应用领域
2.1 常规连铸
涵盖碳钢、低合金钢的板坯、方坯、圆坯及异型坯连铸。检测重点在于保护渣的绝热保温性能（堆积密度、碳含量）和润滑性能（粘度、熔化特性），以控制铸坯表面纵裂纹和粘结漏钢风险。
2.2 特殊钢连铸
针对高合金钢、硅钢、不锈钢等钢种。由于钢种对增碳敏感或钢液洁净度要求高，检测需重点关注保护渣的增碳控制能力（游离碳的活性与粒度）、吸收夹杂物能力（Al₂O₃吸收速率、粘度稳定性）以及结晶器内传热均匀性（结晶温度、热流密度）。对于包晶钢，重点检测保护渣的碱度与结晶温度以控制相变应力。
2.3 高速连铸
拉速的提高对保护渣的消耗量和润滑性能提出更高要求。检测范围侧重于低粘度、低熔化温度的渣系设计，以及熔化速度的精确控制，确保在高拉速下液渣层厚度稳定。
2.4 异钢种连浇
在浇次更换钢种时，要求保护渣具有较宽的适应性。检测重点在于保护渣对不同钢种成份变化的耐受性，以及化学成分的稳定性，避免混浇坯产生缺陷。
3 检测标准
连铸保护渣的检测严格遵循国内外相关标准体系。
3.1 中国国家标准
GB/T 24213-2009 冶金辅助原料矿产 取样方法
GB/T 3286 石灰石、白云石化学分析方法
GB/T 6730 铁矿石化学分析方法
GB/T 16555-2017 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析方法
YB/T 185-2017 连铸保护渣粘度试验方法
YB/T 186-2017 连铸保护渣熔化温度试验方法
YB/T 187-2017 连铸保护渣堆积密度试验方法
YB/T 188-2017 连铸保护渣粒度分布试验方法（筛分法）
YB/T 189-2017 连铸保护渣水分的测定
YB/T 190.1-.11 连铸保护渣化学分析方法（系列标准，涵盖氟、氧化钾、氧化钠等成份的测定）
YB/T 4372-2014 连铸保护渣 游离碳的测定 高频燃烧红外吸收法
3.2 国际标准与国外标准
ISO 565:1990 试验筛 金属丝编织网、穿孔板和电成型薄板 孔的公称尺寸
ISO 2591-1:1988 筛分试验
ASTM C573 含碳耐火材料的化学分析
JIS M 8716 铁矿石 粒度分布测定方法
部分大型钢铁企业也制定有内部严苛的企业标准，用于特定钢种保护渣的入场检验。
4 主要检测仪器及功能
4.1 物性检测设备
标准筛振筛机：用于保护渣的干法或湿法筛分，通过机械振动方式实现颗粒分离。
激光粒度分析仪：采用湿法或干法分散系统，快速测量保护渣的粒度分布，精度高，重复性好。
堆积密度测定仪：通常由漏斗、支架和已知容积的受料器组成，符合YB/T 187标准。
电热鼓风干燥箱：用于水分测定及样品前处理。
4.2 成份分析设备
X射线荧光光谱仪（XRF）：定性定量分析保护渣中主次量元素，分析速度快，是成分控制的核心设备。
高频红外碳硫分析仪：专门用于测定保护渣中的总碳和游离碳，灵敏度高。
氟离子计/离子计：配合氟离子选择电极，用于化学法定量分析氟含量。
电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）：用于分析特定微量元素或仲裁分析，精度极高。
4.3 高温特性分析设备
熔点熔速测定仪：集成了高温炉、摄像系统及图像分析软件，自动判断半球点温度和特征熔化区间。
高温旋转粘度计：配备铂铑合金转子与坩埚、精密扭矩传感器及高温炉，可测试最高温度达1550℃的熔渣粘度，绘制粘度-温度曲线。
差热分析仪/热重分析仪：用于研究保护渣的相变、结晶、分解及熔化过程中的热效应。
高温界面张力仪：基于静滴法原理，配备超高温加热单元和高速成像系统，用于测量熔渣对金属基板的润湿角。
4.4 辅助与制样设备
密封式制样粉碎机：将块状或粒状保护渣研磨至分析细度（通常-200目）。
全自动熔样机：用于XRF分析所需的玻璃熔片制备，通过高频或电加热，配合铂金模具，将样品与熔剂（如四硼酸锂）混熔，保证样品均质化。
压片机：用于将粉末样品压制成表面光滑的圆片，供XRF分析。
