结晶器保护渣渣膜传热表征方法及传热性能研究

论文摘要

保护渣是连铸过程中使用的一种关键性的功能材料,其对铸坯向结晶器的传热具有很重要的控制作用。通过调整保护渣的化学成分来改变保护渣的传热特性,从而减少裂纹敏感性钢种的纵裂纹被证实十分有效。但是由于目前对保护渣传热性能的测试方法不完善,导致了对保护渣传热性能的研究不够系统。结晶器渣膜热流模拟仪综合考虑了液渣的传热、固态渣膜的传热、以及固态渣膜与模拟铜结晶器之间的界面传热这一综合传热现象,同时具有方便、可靠、测试费用低的优点,具有被广泛应用的前景,然而其结晶器保护渣渣膜传热的表征方法没有实现完善的建立。本文利用现场获取渣膜与热流模拟仪获得的渣膜进行对比研究得出:模拟仪45s获得渣膜与实际结晶器弯月面附近45s的渣膜结构相近,而且45s时刻以后的热流密度变化缓慢,从而确定了模拟仪的渣膜热流测试结束的时间及取渣膜时间为45s。通过分析热流密度随时间变化的特征曲线,建立了基于模拟仪的表征方法,表征参数分别为:①最大热流密度表征液态保护渣的传热;②稳定气隙形成时间表征保护渣在弯月面传热热流降低的速度;③t1-t2之间的平均热流密度反映保护渣在弯月面区域的传热能力;④t2-45s表征气隙稳定形成后渣膜的传热能力;⑤t1-45s表征保护渣总的传热能力,这对应于生产实际现场反映的传热热流数据。并通过对比分析同一机型生产实际应用的中碳钢（MC）和低碳钢（LC）保护渣的测试参数,验证了表征方法的合理性。在建立了基于模拟仪的保护渣渣膜传热表征方法的基础上,研究了保护渣化学成分（R、CaF2、Na2O、Al2O3、MgO、Li2O、MnO、以及用NaF代替CaF2提供F-,并代替Na2O提供Na+）对保护渣渣膜结构和传热性能的影响,获得了本渣系条件下的碱度及化学成分对保护渣稳定气隙形成时间、各类热流密度的影响规律。也由此得出:稳定气隙形成时间与渣膜厚度和结晶率相关,渣膜厚度越厚或者结晶率越高越有利于在弯月面区域形成稳定气隙,即有利于在弯月面传热热流降低速度的提高,渣膜厚度的影响高于结晶率的影响;影响各类热流密度最主要因素为渣膜厚度和结晶率,其中渣膜厚度的影响高于结晶率的影响;影响渣膜厚度的主要因素为熔点和粘度,其次为结晶能力,熔点越低、粘度越低越倾向于形成薄的渣膜,结晶能力提高促进渣膜厚度的增加。本文还研究保护渣物理性能（熔点和粘度）对其渣膜结构以及传热性能的影响,研究表明:①增加保护渣的熔点和粘度都有利于减小保护渣的传热能力,这是由于熔点和粘度的增加会导致渣膜厚度增加,②熔点对结晶率没有明显的影响规律,增加粘度有降低结晶率的趋势。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 连铸结晶器保护渣概述
• 1.1.1 连铸结晶器保护渣的组成
• 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铸坯质量的影响
• 1.2 结晶器与铸坯之间保护渣传热特性的研究现状
• 1.2.1 结晶器与铸坯之间的传热概述
• 1.2.2 保护渣对结晶器传热的影响
• 1.3 研究保护渣传热的方法及评价
• 1.3.1 一维稳态平板法
• 1.3.2 一维非稳态热线法
• 1.3.3 一维非稳态激光脉冲法
• 1.3.4 一维非稳态渣柱法
• 1.3.5 浸入法
• 1.3.6 研究辐射传热的方法
• 1.4 课题研究的目的、意义及主要内容
• 2 结晶器渣膜传热表征方法的建立
• 2.1 实验装置及原理
• 2.2 实验测试时间的确定
• 2.2.1 实验材料及方法
• 2.2.2 实验室获得的渣膜与现场渣膜结构对比
• 2.2.3 实验测试时间的确定
• 2.3 传热性能表征参数的建立
• 2.3.1 表征保护渣传热特性参数的建立
• 2.3.2 渣膜传热表征方法的验证
• 2.4 本章小结
• 3 保护渣化学成分对传热性能影响
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 粘度的测试方法
• 3.1.2 熔化温度的测试方法
• 3.1.3 传热性能的测试方法
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 碱度对保护渣传热性能的影响
• 3.3.2 F-对保护渣传热的影响
• 20 对保护渣传热的影响'>3.3.3 Na₂0 对保护渣传热的影响
• 20 对保护渣传热的影响'>3.3.4 Li₂0 对保护渣传热的影响
• 3.3.5 NaF 对保护渣传热的影响
• 20₃ 对保护渣传热的影响'>3.3.6 Al₂0₃对保护渣传热的影响
• 3.3.7 MgO 对保护渣传热的影响
• 3.3.8 MnO 对保护渣传热的影响
• 3.3.9 本章小结
• 4 保护渣物理性能对渣膜结构及传热性能的影响
• 4.1 熔点对保护渣传热性能的影响
• 4.2 粘度对保护渣传热性能的影响
• 4.3 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录