含鈦無氟連鑄結晶器保護渣的基礎研究.pdf

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

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

3、文的具體研究工作和結論如下：
　　 (1)本論文系統(tǒng)的、全面的研究和分析了含鈦無氟保護渣中化學成分對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氟結晶器保護渣的粘度計算模型。這對于深刻認識保護渣中各化學成分的作用規(guī)律，優(yōu)化保護渣物理化學性能具有非常重要的理論及實際意義。
　　 TiO2和MgO可以提高含鈦保護渣的熔化溫度，而Li2O、Na2O、MnO和B2O3可以降低含鈦無氟保護渣的熔化溫度，其中Li2O和B2

4、O3對熔化溫度的降低作用最明顯。而堿度R的升高會使得含鈦保護渣的熔化溫度升高。
　　 在含鈦無氟保護渣中，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，但是對粘度的影響很??；B2O3雖然為網絡形成體，但是在無氟保護渣中卻可以有效的降低粘度，是調節(jié)粘度的重要成分。

5、>　　 (2)研究發(fā)現(xiàn)含鈦無氟保護渣的化學成分與其結晶性能有著重要的聯(lián)系。當無氟保護渣中TiO2含量大于6.0％時，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，其結晶需要克服的勢壘小于含氟工業(yè)渣，控制傳熱的能力強，可以有效的降低保護渣熱流。
　　 TiO2、Li2O、Na2O、MgO和堿度的上升都能提高含鈦無氟保護渣的結晶溫度；而B2O3卻能降低含鈦無氟保護渣的結晶溫度；隨著MnO含量的增加，

6、結晶溫度先升高后降低，在4％時，取得最大值。
　　 (3)論文研制及建立了保護渣熱流測試設備，實驗結果表明，該裝置可靠、穩(wěn)定，是對保護渣傳熱檢測方法及檢測裝置的重要改進及創(chuàng)新。
　　 含TiO2無氟保護渣的熱流密度(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，可以用來代替含氟工業(yè)渣。
　　 TiO2含量為0～6.7％

7、之間時，隨TiO2含量的增加，無氟渣的熱流密度減小，在TiO2含量為6.7％取得最小值；當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TiO2含量在1％～6％時，析出的晶體為鎂黃長石；當TiO2含量大于6％時，析出物發(fā)展為十字狀結晶礦物；在TiO2含量大于8％時，渣膜中析出的晶相主要為鈣鈦礦。
　　 堿度對渣膜析晶率的影響較大，隨著堿度的增加，渣膜析晶率增加。當堿度＜1時

8、渣膜礦相主要為鎂黃長石；當堿度=1時，礦相轉變?yōu)殒V黃長石與鈣鈦礦共存，當堿度＞1時，初生渣膜中就有晶體析出，有利于控制結晶器彎月面處的傳熱。
　　 保護渣中其它化學成分對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)對于Al2O3夾雜，無氟渣的化學穩(wěn)定性和粘度熱穩(wěn)定性與有氟熔渣接近。而對于TiO2夾雜，無氟渣的化學穩(wěn)定性和粘度的熱穩(wěn)定性都較含氟渣差，但是含鈦無氟保護渣在實際使用中在水口上易形成附著

9、層，對水口起到了一定的保護作用。
　　 碳質材料的粒度與其控制含鈦無氟保護渣熔化速度的能力成反比，炭黑與石墨的復合配碳模式可以使含鈦無氟保護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?，F(xiàn)場取出的含鈦保護渣渣膜中沒有TiC的存在，添加了碳質材料的含鈦無氟保護渣析出的晶體主要有三種，分別是：鈣鈦礦，黃長石和硅灰石這三種。
　　 本論文主要有以下三個創(chuàng)新點：
　　 ①提出用含鈦無氟結晶器保護渣代替

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