稀土及其氧化物對(duì)連鑄保護(hù)渣理化性能影響的研究.pdf

1、本論文在研究了稀土與保護(hù)渣之間的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上，探討了稀土氧化物對(duì)保護(hù)渣熔化溫度、粘度、凝固溫度、結(jié)晶溫度以及結(jié)晶率的影響規(guī)律，并給出了相應(yīng)的作用機(jī)制。通過在保護(hù)渣中配入BaO、Li2O和B2O3，以提高保護(hù)渣容納稀土氧化物的能力并削弱稀土氧化物對(duì)保護(hù)渣理化性能的不良影響。通過二次回歸正交設(shè)計(jì)，探討了稀土氧化物(CeO2)在保護(hù)渣中溶解度與溫度和保護(hù)渣組成之間的關(guān)系。使用巖相分析手段，研究了稀土氧化物在保護(hù)渣中的存在狀態(tài)以及對(duì)保護(hù)渣結(jié)晶

2、礦物組成的影響。 熱力學(xué)計(jì)算表明，稀土可以將保護(hù)渣中的SiO2和Na2O還原，生成稀土氧化物，而不與保護(hù)渣中的CaO、CaF2、MgO和Al2O3等物質(zhì)反應(yīng)。在高溫熔渣內(nèi)，稀土氧化物是以Ce2O3和CeO形式或者離子形式存在，即使有四價(jià)Ce氧化物產(chǎn)生，也會(huì)被Ce、Si和C還原。在高溫條件下，稀土與不同堿度以及不同Na2O含量的保護(hù)渣反應(yīng)程度不同，低堿度保護(hù)渣和高Na2O含量的保護(hù)渣，具有與稀土更強(qiáng)的反應(yīng)能力。 稀土氧化物

3、可以顯著改變保護(hù)渣熔化溫度。低堿度(0.6)條件下，稀土氧化物含量增加，熔化溫度隨之下降，當(dāng)含量大于8％后，熔化溫度又顯著升高。堿度為1.0時(shí)，隨稀土氧化物含量增加，熔化溫度先稍有下降而后上升；堿度為14時(shí)，隨著稀土氧化物含量增加，熔化溫度一直升高：BaO、Li2O和B2O3可以在不同程度上降低保護(hù)渣初始熔化溫度，并在一定程度上提高保護(hù)渣熔化溫度的穩(wěn)定性。 粘度曲線表明，稀土氧化物導(dǎo)致保護(hù)渣溫度-粘度曲線的高溫線性區(qū)域減小，粘度

4、曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的溫度大大提前，粘度不穩(wěn)定性增大；XRD表明，稀土氧化物可以與保護(hù)渣反應(yīng)生成高熔點(diǎn)復(fù)合物相，如Ce4.67(SiO4)O和Ca3La6(SiO4)6等，這些物相隨溫度降低而析出是導(dǎo)致保護(hù)渣粘度升高的原因之一：Li2O、B2O3、和BaO可以降低液態(tài)保護(hù)渣粘度，同時(shí)可以提高保護(hù)渣溶解吸收稀土氧化物的能力，其作用能力大小依次為Li2O＞B2O3＞BaO＞CaF2。稀土氧化物可以顯著提高保護(hù)渣凝固溫度和結(jié)晶溫度。保護(hù)渣中添加不同熔

5、劑，可以削弱稀土氧化物導(dǎo)致保護(hù)渣結(jié)晶溫度上升趨勢(shì)：堿度對(duì)于保護(hù)渣結(jié)晶率影響較大，Li2O、B2O3、和BaO可以提高保護(hù)渣的玻璃化傾向，增強(qiáng)熔渣溶解和吸收稀土氧化物的能力。 在本實(shí)驗(yàn)條件下，稀土氧化物(以CeO2為代表)在保護(hù)渣中溶解度數(shù)值大約在5～20％：提高熔渣溫度，可以顯著提高稀土氧化物的溶解度：在一定渣系組成條件下，隨堿度的增加，稀土氧化物溶解度先增加而后稍有降低；BaO、Li2O和B2O3對(duì)稀土氧化物溶解度影響顯著，但

6、作用程度有一定差異；溫度和保護(hù)渣組成是稀土氧化物溶解度變化的最主要原因之一。 無論是工業(yè)保護(hù)渣還是實(shí)驗(yàn)室自配渣，其結(jié)晶礦相組成為槍晶石、硅灰石、少量黃長石、霞石以及少量玻璃相；稀土氧化物進(jìn)入保護(hù)渣中，抑制了硅灰石形成，促進(jìn)了槍晶石長大。少量稀土氧化物在保護(hù)渣中不能獨(dú)立形成結(jié)晶礦物，而是存在于槍晶石或者玻璃相當(dāng)中；當(dāng)稀土氧化物含量大于10％，其在保護(hù)渣中的存在狀態(tài)為稀土硅酸鈣，個(gè)別形成了稀土的氟氧化物。稀土硅酸鈣為細(xì)針狀晶體或者雛