含鈦無(wú)氟連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的基礎(chǔ)研究.pdf

1、連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣中一般都添加了氟化物，這是因?yàn)樗軌蚩刂票Ｗo(hù)渣的粘度、凝固溫度及渣膜的結(jié)晶行為，這些特性會(huì)直接影響連鑄坯的表面質(zhì)量。但是，在使用過程中氟的揮發(fā)和酸化會(huì)危害人的身體健康和造成環(huán)境污染，并且會(huì)加劇對(duì)連鑄機(jī)的腐蝕。隨著綠色冶金浪潮的到來，連鑄無(wú)氟保護(hù)渣的開發(fā)變得具有重要的意義了。研究表明，TiO2在保護(hù)渣中能起到氟化物的作用，因此如何充分發(fā)揮含鈦無(wú)氟結(jié)晶器保護(hù)渣的各種功能和作用，使其能夠代替含氟保護(hù)渣滿足連鑄生產(chǎn)的需要，成為冶

2、金工作者關(guān)注的重要問題。
　　 本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金委、寶鋼集團(tuán)公司及重慶鋼鐵集團(tuán)等相關(guān)企業(yè)的大力支持下，就含鈦無(wú)氟連鑄保護(hù)渣基礎(chǔ)研究中急需解決的重要理論及實(shí)際應(yīng)用問題開展了深入的研究。分別研究了化學(xué)成分對(duì)含鈦無(wú)氟保護(hù)渣物理化學(xué)性能的影響、含鈦無(wú)氟保護(hù)渣結(jié)晶行為、含鈦無(wú)氟保護(hù)渣渣膜傳熱特性與化學(xué)組成的關(guān)系等方面。通過連鑄生產(chǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證了論文課題所開發(fā)的含鈦無(wú)氟結(jié)晶器保護(hù)渣適合現(xiàn)行連鑄生產(chǎn)工藝的要求，取得了良好的應(yīng)用效果。本論

3、文的具體研究工作和結(jié)論如下：
　　 (1)本論文系統(tǒng)的、全面的研究和分析了含鈦無(wú)氟保護(hù)渣中化學(xué)成分對(duì)其熔化和粘度特性的影響及其規(guī)律，并且得到了適用于含鈦無(wú)氟結(jié)晶器保護(hù)渣的粘度計(jì)算模型。這對(duì)于深刻認(rèn)識(shí)保護(hù)渣中各化學(xué)成分的作用規(guī)律，優(yōu)化保護(hù)渣物理化學(xué)性能具有非常重要的理論及實(shí)際意義。
　　 TiO2和MgO可以提高含鈦保護(hù)渣的熔化溫度，而Li2O、Na2O、MnO和B2O3可以降低含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的熔化溫度，其中Li2O和B2

4、O3對(duì)熔化溫度的降低作用最明顯。而堿度R的升高會(huì)使得含鈦保護(hù)渣的熔化溫度升高。
　　 在含鈦無(wú)氟保護(hù)渣中，隨著TiO2含量的增加，熔渣的粘度先降低后增加，并在含量為6％左右時(shí)取得最小值；隨著堿度的升高，粘度逐漸降低；Li2O、Na2O能夠有效降低粘度，其中Li2O降低粘度的作用最大；MgO、MnO雖然能夠降低粘度，但是對(duì)粘度的影響很小；B2O3雖然為網(wǎng)絡(luò)形成體，但是在無(wú)氟保護(hù)渣中卻可以有效的降低粘度，是調(diào)節(jié)粘度的重要成分。

5、>　　 (2)研究發(fā)現(xiàn)含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的化學(xué)成分與其結(jié)晶性能有著重要的聯(lián)系。當(dāng)無(wú)氟保護(hù)渣中TiO2含量大于6.0％時(shí)，其從玻璃體中析晶的所需的活化能和從液態(tài)渣中析晶所需的活化能就都小于含氟工業(yè)渣，其結(jié)晶需要克服的勢(shì)壘小于含氟工業(yè)渣，控制傳熱的能力強(qiáng)，可以有效的降低保護(hù)渣熱流。
　　 TiO2、Li2O、Na2O、MgO和堿度的上升都能提高含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的結(jié)晶溫度；而B2O3卻能降低含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的結(jié)晶溫度；隨著MnO含量的增加，

6、結(jié)晶溫度先升高后降低，在4％時(shí)，取得最大值。
　　 (3)論文研制及建立了保護(hù)渣熱流測(cè)試設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置可靠、穩(wěn)定，是對(duì)保護(hù)渣傳熱檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置的重要改進(jìn)及創(chuàng)新。
　　 含TiO2無(wú)氟保護(hù)渣的熱流密度(0.40～0.53MW·m-2)小于用于中碳鋼連鑄含氟工業(yè)渣的熱流密度(0.45～0.51 MW·m-2)，其控制傳熱的能力與含氟工業(yè)渣相當(dāng)，可以用來代替含氟工業(yè)渣。
　　 TiO2含量為0～6.7％

7、之間時(shí)，隨TiO2含量的增加，無(wú)氟渣的熱流密度減小，在TiO2含量為6.7％取得最小值；當(dāng)TiO2含量大于6.7％后，熱流密度的變化不大。隨著TiO2含量增加，渣膜析晶率增加，析晶速率增加。當(dāng)TiO2含量在1％～6％時(shí)，析出的晶體為鎂黃長(zhǎng)石；當(dāng)TiO2含量大于6％時(shí)，析出物發(fā)展為十字狀結(jié)晶礦物；在TiO2含量大于8％時(shí)，渣膜中析出的晶相主要為鈣鈦礦。
　　 堿度對(duì)渣膜析晶率的影響較大，隨著堿度的增加，渣膜析晶率增加。當(dāng)堿度＜1時(shí)

8、渣膜礦相主要為鎂黃長(zhǎng)石；當(dāng)堿度=1時(shí)，礦相轉(zhuǎn)變?yōu)殒V黃長(zhǎng)石與鈣鈦礦共存，當(dāng)堿度＞1時(shí)，初生渣膜中就有晶體析出，有利于控制結(jié)晶器彎月面處的傳熱。
　　 保護(hù)渣中其它化學(xué)成分對(duì)通過渣膜的熱流密度和渣膜礦相的影響及其規(guī)律也得到了研究。
　　 (4)對(duì)于Al2O3夾雜，無(wú)氟渣的化學(xué)穩(wěn)定性和粘度熱穩(wěn)定性與有氟熔渣接近。而對(duì)于TiO2夾雜，無(wú)氟渣的化學(xué)穩(wěn)定性和粘度的熱穩(wěn)定性都較含氟渣差，但是含鈦無(wú)氟保護(hù)渣在實(shí)際使用中在水口上易形成附著

9、層，對(duì)水口起到了一定的保護(hù)作用。
　　 碳質(zhì)材料的粒度與其控制含鈦無(wú)氟保護(hù)渣熔化速度的能力成反比，炭黑與石墨的復(fù)合配碳模式可以使含鈦無(wú)氟保護(hù)渣得到合適的熔化速度，并且可以使添加的碳更好的起到骨架隔離的作用。現(xiàn)場(chǎng)取出的含鈦保護(hù)渣渣膜中沒有TiC的存在，添加了碳質(zhì)材料的含鈦無(wú)氟保護(hù)渣析出的晶體主要有三種，分別是：鈣鈦礦，黃長(zhǎng)石和硅灰石這三種。
　　 本論文主要有以下三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：
　　 ①提出用含鈦無(wú)氟結(jié)晶器保護(hù)渣代替

10、含氟保護(hù)渣，研究了這種保護(hù)渣的熔融與流變性能，使含鈦無(wú)氟保護(hù)渣在潤(rùn)滑作用的方面能夠滿足連鑄生產(chǎn)的要求，并在此基礎(chǔ)上得到了適用于含鈦無(wú)氟保護(hù)渣粘度預(yù)測(cè)的粘度計(jì)算模型。
　　 ②提出用升降溫過程中結(jié)晶活化能來表征保護(hù)渣的晶體析出能力，并且對(duì)含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的結(jié)晶行為進(jìn)行了研究。
　　 ③建立了測(cè)試保護(hù)渣渣膜熱流的物理裝置，測(cè)試通過保護(hù)渣固態(tài)渣膜的熱流密度，并取得了保護(hù)渣的固態(tài)渣膜，在此基礎(chǔ)上對(duì)含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的傳熱性能進(jìn)行了研究