结晶器保护渣渣膜结构对传热影响规律研究

论文摘要

结晶器保护渣在提高铸机拉速,稳定连铸工艺、扩大连铸品种、提高铸坯质量和产量方面发挥着重要的作用。在保护渣的五个冶金作用中,其中控制连铸过程传热及润滑的作用对提高拉速、扩大连铸品种起着重要的作用。但目前在评价及控制保护渣传热性能方面无公认的标准,也没有定量的依据,缺乏系统的理论指导。大量实践表明保护渣在结晶器内的传热特性与固态渣膜结构有关,特别是保护渣结晶性能和表面粗糙度。因此,论文在连铸结晶器保护渣传热定量测试的基础上,着重从渣膜结构的角度分析了影响保护渣传热的因素,以实现对保护渣传热性能的良好控制。本文在国家自然基金的支持下,首先,对同一组分保护渣的生产实际渣膜和实验渣室所得渣膜,通过实验室自制结晶器渣膜热流模拟仪定量测试热流和制取渣膜,并对比了二者的晶体种类、形貌、大小和热流密度等,结果表明二者具有较好的对应性,仅实验室渣膜晶粒稍小,热流值不完全等同实际值,但规律是一致的。因此,作为基础理论研究,本方法可较好地模拟实际情况。其次,本文以四元渣系Ca0-SiO2-CaF2-Na2O和五元渣系CaO-SiO2-CaF2-Na2O-Al2O3为研究对象。采用游标卡尺、表面粗糙度轮廓仪、矿相显微镜、X-射线衍射分析仪和扫描电镜等分析方法,研究了设定渣系中的保护渣热流与渣膜结构,即渣膜厚度、表面粗糙度、结晶相、晶粒形貌及大小的关系。研究表明,对于结晶态渣,渣膜表面粗糙度是影响传热大小的主要因素。对表面粗糙度的影响因素为结晶率、晶粒尺寸等。随结晶率、晶粒尺寸的增加,表面粗糙度增大,传热热流降低。对于不同成分的玻璃态保护渣,由于自身的凝固收缩特性不同,同样引起表面粗糙度的变化,对控制传热起着重要的作用。论文系统地建立了研究渣系碱度R、[F-]含量、Na2O及微量组分Li2O、MnO、B2O3和MgO含量与保护渣渣膜结构及传热的关系。综上所述,本研究方法可以较好的反映保护渣自身的传热特性,所得结论可为今后保护渣的合理配置提供理论依据,并最终通过改善渣膜结构实现对保护渣传热的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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构成
• 1.1.2 连铸结晶器保护渣的冶金作用
• 1.1.3 连铸结晶器保护渣对连铸坯表面质量的影响
• 1.2 结晶器保护渣渣膜对传热影响的研究方法
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 结晶器保护渣渣膜结构对传热的影响
• 1.3.1 保护渣结晶性能及厚度对传热的影响
• 1.3.2 保护渣渣膜表面粗糙度对传热的影响
• 1.4 本课题研究目的、意义与主要内容
• 2 实验室渣膜模拟方法研究
• 2.1 实验室渣膜模拟研究原理与实验装置
• 2.2 研究方法可行性分析
• 2.2.1 生产实际渣膜结构与传热热流的关系
• 2.2.2 实验室渣膜结构与生产实际渣膜结构对比分析
• 2.2.3 实验条件对渣膜结构的影响
• 2.3 本章小结
• 3 保护渣渣膜结构与传热关系研究方案
• 3.1 研究保护渣成分设计
• 3.1.1 保护渣基本渣系的选择原则
• 3.1.2 保护渣助熔剂的选择
• 3.1.3 保护渣成分设计
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 熔点测定方法
• 3.2.2 粘度测试方法
• 3.2.3 渣膜厚度测试方法
• 3.2.4 结晶率测试方法
• 3.2.5 渣膜表面粗糙度测试方法
• 3.2.6 渣膜中结晶矿物鉴定方法
• 4 四元渣系理化性能对渣膜结构及传热的影响
• 4.1 物理性能对渣膜结构的影响规律
• 4.1.1 保护渣熔点对渣膜结构的影响
• 4.1.2 保护渣粘度对渣膜结构的影响
• 4.2 化学成分对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 4.2.1 碱度R 对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• -]含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>4.2.2 [F^-]含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 2O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>4.2.3 Na₂O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 4.3 渣膜结构与传热热流的关系
• 4.4 渣膜结构对传热影响对比分析
• 4.5 本章小结
• 5 五元渣系理化性能对渣膜结构及传热的影响
• 5.1 物理性能对渣膜结构的影响规律
• 5.1.1 保护渣熔点对渣膜结构的影响
• 5.1.2 保护渣粘度对渣膜结构的影响
• 5.2 化学成分对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 5.2.1 碱度R 对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• -]含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>5.2.2 [F^-]含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 2O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>5.2.3 Na₂O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 2O₃含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>5.2.4 Al₂O₃含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 2O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>5.2.5 Li₂O含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 5.2.6 MnO含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 2O₃含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析'>5.2.7 B₂O₃含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 5.2.8 MgO含量对渣膜结构和传热的影响规律及原因分析
• 5.3 渣膜结构与传热热流的关系
• 5.4 渣膜结构对传热影响对比分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录