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基于热丝法保护渣结晶性能的研究

2020-12-06阅读(760)

基于热丝法保护渣结晶性能的研究

论文摘要

在连铸生产过程中,结晶器保护渣在控制传热和润滑铸坯方面起着非常重要的作用,提高保护渣的结晶性能可以降低结晶器和铸坯之间的传热,这是目前国内外控制裂纹敏感性钢种铸坯表面裂纹的常用方法,但提高结晶性能容易恶化铸坯润滑状况。因此,对保护渣结晶性能的调控非常关键。本文重点研究了保护渣组成对其结晶性能的影响,以期为保护渣能够更好的应用于连铸生产提供理论基础。本文采用热丝法（Single Hot Thermocouple Technique,简称SHTT）、差热分析仪和旋转粘度计,探索保护渣析晶行为的研究方法。实验结果表明测量同一种保护渣的析晶温度,热丝法测量的结果居中,且热丝法的最大冷却速率可达150℃/s,能在线观测保护渣的析晶过程,这为模拟保护渣在结晶器内的凝固行为提供了有效而直接的方法。采用热丝法研究冷却速率对保护渣结晶温度的影响,构建保护渣的连续冷却转变（Continuous Cooling Transformation,简称CCT）曲线,探讨保护渣组成对临界冷却速度的影响。随碱度、F-、Li2O、MgO含量增加,保护渣临界冷却速度增加,但Na2O、Al2O3、B2O3和MnO等组成减小保护渣的临界冷却速度,抑制保护渣的结晶性能。采用热丝法构建保护渣的等温转变（Temperature Time Transformation,简称TTT）曲线,研究组成对保护渣结晶孕育时间的影响规律。随碱度、F-、Na2O、Li2O和MgO增加,保护渣的TTT曲线向温度升高、孕育时间减少的方向移动。Al2O3、B2O3和MnO等组成延长保护渣的晶体孕育时间,抑制保护渣的结晶速度。X衍射和扫描电镜（SEM）结果表明试样析出的晶体相主要为枪晶石（Ca4Si2O7F2）和硅酸一钙（CaO-SiO2）或硅酸二钙（Ca2（SiO4））,当碱度达1.5或F-含量达10mass%的渣样只有枪晶石一种晶体的析出。高MgO含量试样析出Ca2Mg（Si2O7）,表明MgO抑制枪晶石的析出。结晶动力学分析表明随碱度的增加,保护渣结晶速率常数k和结晶指数n均增加,Tnose/TLiquidus≈0.80接近,说明保护渣是在一定过冷度下结晶的;保护渣临界冷却速度直线增加,平均孕育时间减小,结晶层厚度显著增加,结晶器和渣膜界面热阻增加,从而导致通过渣膜的热流减小。临界冷却速度和平均孕育时间对应保护渣的结晶特性和渣膜厚度,可反应保护渣控制传热的能力。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  • 1.1 结晶器保护渣概述
  • 1.1.1 国内外保护渣的发展概况
  • 1.1.2 连铸结晶器保护渣的冶金功能
  • 1.1.3 连铸结晶器保护渣对连铸坯表面质量的影响
  • 1.2 保护渣结晶性能对传热的影响
  • 1.3 保护渣结晶性能国内外研究现状
  • 1.3.1 保护渣结晶温度、结晶率研究现状
  • 1.3.2 保护渣结晶矿相研究现状
  • 1.3.3 保护渣结晶过程研究现状
  • 1.4 保护渣熔体结晶机制
  • 1.4.1 保护渣熔体结晶过程
  • 1.4.2 保护渣结晶条件分析
  • 1.5 课题研究意义及主要内容
  • 2 保护渣结晶方法研究
  • 2.1 差热分析法
  • 2.2 粘度－温度曲线法
  • 2.3 热丝法
  • 2.4 结晶方法的比较
  • 3 热丝法保护渣结晶性能测试
  • 3.1 研究方案及渣样制备
  • 3.2 实验过程
  • 2-Al2O3-CaF2-Na2O 保护渣结晶性能的研究'>4 CaO-SiO2-Al2O3-CaF2-Na2O 保护渣结晶性能的研究
  • 4.1 碱度R 对保护渣结晶性能的影响
  • 4.1.1 CCT 曲线
  • 4.1.2 TTT 曲线
  • 4.2 F-对保护渣结晶性能的影响
  • 4.2.1 CCT 曲线
  • 4.2.2 TTT 曲线
  • 2O 对保护渣结晶性能的影响'>4.3 Na2O 对保护渣结晶性能的影响
  • 2O 对保护渣临界冷却速度的影响'>4.3.1 Na2O 对保护渣临界冷却速度的影响
  • 2O 对保护渣孕育时间的影响'>4.3.2 Na2O 对保护渣孕育时间的影响
  • 2O3 对保护渣结晶性能的影响'>4.4 Al2O3对保护渣结晶性能的影响
  • 4.4.1 CCT 曲线
  • 4.4.2 TTT 曲线
  • 4.5 本章小结
  • 5 微量组分对保护渣结晶性能的影响
  • 2O 对保护渣结晶性能的影响'>5.1 Li2O 对保护渣结晶性能的影响
  • 2O 渣系'>5.1.1 含有Na2O 渣系
  • 2O 渣系'>5.1.2 高Li2O 渣系
  • 2O3 对保护渣结晶性能的影响'>5.2 B2O3对保护渣结晶性能的影响
  • 2O3 对保护渣临界冷却速度的影响'>5.2.1 B2O3对保护渣临界冷却速度的影响
  • 2O3 对保护渣孕育时间的影响'>5.2.2 B2O3对保护渣孕育时间的影响
  • 5.2.3 晶体相及其微观结构
  • 5.3 MnO 对保护渣结晶性能的影响
  • 5.3.1 非透明渣样结晶方法的判断
  • 5.3.2 MnO 对保护渣临界冷却速度的影响
  • 5.4 MgO 对保护渣结晶性能的影响
  • 5.4.1 MgO 对保护渣临界冷却速度的影响
  • 5.4.2 MgO 对保护渣孕育时间的影响
  • 5.4.3 晶体相的微观结构
  • 5.5 本章小结
  • 6 保护渣结晶动力学分析
  • 6.1 结晶动力学分析
  • 6.2 保护渣结晶行为与热流的关系
  • 6.2.1 临界冷却速度与热流的关系
  • 6.2.2 孕育时间与渣膜厚度的关系
  • 6.3 本章小结
  • 7 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 攻读硕士期间发表的论文

    • 相关论文文献

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