過(guò)渡族金屬氧化物對(duì)連鑄保護(hù)渣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響研究.pdf

1、保護(hù)渣潤(rùn)滑鑄坯和控制鑄坯凝固傳熱的功能主要是通過(guò)填充于鑄坯與結(jié)晶器壁間的渣膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。提高渣膜的結(jié)晶性能可以降低渣膜中玻璃體的輻射傳熱和晶體的傳導(dǎo)傳熱，但渣膜結(jié)晶性能的提高也容易惡化鑄坯潤(rùn)滑狀況。
　　 本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《低紅外輻射非晶態(tài)保護(hù)渣生成機(jī)理的研究》(項(xiàng)目編號(hào)為50474024)和重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目《過(guò)渡族金屬氧化物對(duì)連鑄保護(hù)渣析晶及紅外透射性能的影響研究》(項(xiàng)目編號(hào)為2006BB4200)的資助下，利用實(shí)

2、驗(yàn)室條件，研究結(jié)果如下：
　　 過(guò)渡族金屬氧化物對(duì)保護(hù)渣物化性能的影響表明：①少量(2wt％)的MnO、TiO2、NiO和ZnO能使保護(hù)渣熔化溫度降低的能力大小為TiO2＞MnO＞ZnO＞NiO：②加入少量的MnO、TiO2、NiO和ZnO均能使保護(hù)渣的粘度和結(jié)晶溫度降低；③當(dāng)過(guò)渡族氧化物組分含量為0～8％時(shí)，MnO和ZnO含量越高，粘度越低；隨著TiO2和NiO含量的增加，保護(hù)渣的粘度先降低后增加；④在相同的過(guò)渡族組分條件下，

3、保護(hù)渣的結(jié)晶溫度隨著堿度的增加而提高。
　　 TiO2和MnO對(duì)保護(hù)渣結(jié)晶性能的影響表明：①兩者均能使保護(hù)渣的結(jié)晶率顯著降低；②XRD衍射結(jié)果表明，TiO2和MnO均能抑制保護(hù)渣晶體的析出；③由礦相分析可知，TiO2和MnO含量的增加均能使保護(hù)渣析出的槍晶石晶粒數(shù)量逐漸變少，形態(tài)由最初典型的矛頭狀變得更加纖細(xì)。
　　 本文利用熱絲法研究TiO2對(duì)保護(hù)渣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響：①在等溫條件下時(shí)，TiO2能使保護(hù)渣的最佳形核速率和

4、結(jié)晶速率隨TiO2含量的增加而降低；②在非等溫條件下，且降溫速率相同時(shí)，當(dāng)TiO2=0～4wt％，保護(hù)渣的結(jié)晶速率逐漸降低，到TiO2=6wt％時(shí)略微升高，當(dāng)TiO2=8wt％時(shí)，保護(hù)渣析出鈣鈦礦，結(jié)晶速率在鈣鈦礦析出的高溫區(qū)域比較慢，而在槍晶石的析出低溫區(qū)域比較快；③保護(hù)渣晶體析出的機(jī)理是非均勻形核，槍晶石呈球團(tuán)狀向三維空間長(zhǎng)大，而鈣鈦礦呈十字形或枝狀向二維空間長(zhǎng)大；④當(dāng)TiO2=8wt％，且溫度在1200℃以上時(shí)，雖然析出高熔點(diǎn)鈣鈦

5、礦，但由于其生長(zhǎng)速度很慢，與基礎(chǔ)渣相比，還是降低了保護(hù)渣的結(jié)晶速率，從而表現(xiàn)為抑制保護(hù)渣的析晶。
　　 本文利用DSC研究MnO對(duì)保護(hù)渣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響，結(jié)果表明：①在相同的降溫速率條件下，隨著MnO含量的增加，保護(hù)渣的結(jié)晶速率逐漸降低；②由Jeziorny模型分析可知，含MnO保護(hù)渣的形核及長(zhǎng)大機(jī)理是先非均勻形核，隨后晶核向二維或三維空間長(zhǎng)大，隨著MnO含量的增加，結(jié)晶速率變得越來(lái)越低；由Liu模型可知，在相同的轉(zhuǎn)化率下，結(jié)晶

6、能力的強(qiáng)弱順序?yàn)镴4＞M3-1＞M3-2＞M3-3；③在相同的轉(zhuǎn)化率條件下，保護(hù)渣的MnO含量越高，其結(jié)晶活化能也越高，結(jié)晶變得困難。
　　 綜上所述，少量過(guò)渡族金屬氧化物對(duì)保護(hù)渣一般起著降低其熔化溫度、粘度和結(jié)晶溫度的作用，但隨著其含量的增加，有可能導(dǎo)致熔化溫度、粘度和結(jié)晶溫度的回升。加入少量MnO和TiO2就能使保護(hù)渣的結(jié)晶率大大降低，結(jié)合相關(guān)動(dòng)力學(xué)分析，MnO和TiO2對(duì)保護(hù)渣起著抑制其結(jié)晶的作用。雖然當(dāng)TiO2=8wt％