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连铸保护渣析晶行为研究

胡斌  
【摘要】:连铸过程中,结晶器内液态渣膜的析晶行为可以控制铸坯与结晶器之间的传热和润滑,从而防止铸坯表面缺陷的发生。许多国内外学者对保护渣的析晶行为进行了研究,但是大多是基于纯化学试剂配制的试验渣样,与现场使用的保护渣存在一定的差异,而且保护渣析晶行为的现有认知也存在很多亟待解决的矛盾。因此,对保护渣的析晶行为进行了动力学和热力学分析,并且设计单因素实验运用热丝法和X射线衍射仪研究了MgO、TiO2、Al2O3和碱度对现场用保护渣析晶性能的影响。建立铸坯与结晶器之间渣膜结构的数学模型,研究了保护渣性能、成分和浇铸参数对渣膜结构和液渣润滑行为的作用规律。得出如下主要结论: 1)保护渣析晶的热力学原理为,液渣温度降低到一个临界点,其自由能的焓效应大于熵效应,通过析晶方式释放内能达到稳定状态;动力学原理为,液渣温度降低到满足形核的过冷度,黏度不影响晶核生长的条件下,晶体才能顺利析出; 2)保护渣中,3.28%MgO4.29%,2%TiO25%时,随着二者含量的升高,析晶行为受到抑制;4.29%MgO7.25%,5%TiO210%时,随着二者含量的增加,保护渣的析晶温度,析晶率,临界冷却速率均得到提高;渣中碱度(R)=0.85~1.13时,碱度每升高0.1,结晶温度上限平均提高52℃,临界冷却速率增加4℃/s。与此同时,结晶率不断变大,析晶活化能不断减小,以上均说明碱度提高会促进保护渣的析晶行为; 3)对于Al2O3=5.21%~10%的保护渣,Al2O3的含量每提高1%,结晶温度上限平均降低15℃,临界冷却速率下降1.7%。与此同时,结晶率不断减小,析晶活化能不断变大,保护渣的析晶行为受到了抑制; 4)选用低熔点的保护渣,高拉速、高浇铸温度的条件下,会增加液渣膜的长度和厚度,减小结晶层的长度和厚度;选用黏度,熔点均偏低的保护渣,结晶器在低振频、低振幅的条件下高温浇铸将会增强保护渣的润滑效果; 5)MgO、Na2O、CaF2能在保证铸坯与结晶器之间润滑效果的前提下促进保护渣的析晶;碱度可以促进保护渣的析晶行为,但同时会恶化铸坯与结晶器之间的润滑;Al2O3不仅抑制保护渣的析晶行为还将增加铸坯与结晶器之间的液态摩擦力。


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