保护渣渣膜结构模拟及其润滑性能的研究

论文摘要

保护渣是提高连铸效率和铸坯质量的关键功能材料,起着控制传热、润滑、同化夹杂、防止钢液二次氧化、绝热保温等作用。其中润滑作用主要是通过在铸坯和结晶器之间的渣膜来实现的。随着连铸拉速的不断提高,结晶器振频加快,当振动方式一定时,将导致保护渣的消耗量减少,铸坯与结晶器间的摩擦力增大。因此,改善保护渣的润滑性能显得尤为突出。深入研究渣膜结构及其性质,分析渣膜润滑作用机理,探讨改善保护渣润滑性能的途径,对于优化保护渣组成和性能,开发高质量保护渣具有重要意义。保护渣润滑性能的研究,目前主要有直接测量法和理论分析法。直接测量法是通过对结晶器摩擦力的在线监测来评价保护渣润滑性能,直观、有效,针对性强,但无预见性,试验费用高、风险大,保护渣开发周期长,不能从根本上阐述润滑特性;理论分析法是依据保护渣润滑机理的分析,通过建立模型来研究保护渣组成、结构与润滑性能的关系,是保护渣设计开发的有效手段。本文在建立渣膜润滑理论分析模型的基础上,通过对渣膜结构和性能的测试分析,研究了保护渣组成——熔渣性能——渣膜结构——渣膜润滑之间的依存关系。通过对保护渣润滑机理进行理论分析,综合考虑渣膜的温度场、流动特征、熔渣性质,在建立保护渣渣膜温度分布等模型的基础上,构建了渣膜介质作用下的结晶器摩擦力理论分析模型,可用于研究保护渣润滑性能的研究和评判。基于对渣膜作用和存在状态的认识,本文采用自行设计的实验装置,对不同组成的保护渣渣膜结构进行了模拟研究。模拟获得的渣膜结构特征与实际相吻合,是保护渣渣膜结构研究方法的新的手段。论文应用上述方法和手段,通过对组成和含量变化的实验用渣性能、渣膜结构的测试,研究了保护渣组成对与润滑相关的高温物化性能、渣膜结构的影响,并以实验渣为对象,以摩擦力为指标,分析了在一定条件下保护渣润滑性能及其影响因素。研究表明:随着渣膜总厚度的增加,结晶率减小,而冷却能力增加,渣膜中玻璃层厚度增加。当熔渣碱度及Na2O、F含量的增加,结晶率增加;保护渣的熔化温度或粘度越低,液渣膜越厚,铸坯与结晶器间的摩擦力越小;随着碱度和渣中Al2O3含量的增加,铸坯与结晶器间摩擦力增加,对保护渣润滑不利;但随着MnO增加,铸坯与结晶器间摩擦力减小,有利于保护渣润滑。而F、Na2O存在最佳点,过低和过高的含量都不利于提高保护渣的润滑性能。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 前言

2 文献综述

2.1 连铸保护渣概述

2.1.1 连铸保护渣的发展与现状

2.1.2 连铸保护渣的组成

2.1.3 连铸保护渣的作用

2.1.4 连铸保护渣的物化性能

2.2 保护渣渣膜润滑性能的研究

2.2.1 保护渣润滑作用与表征

2.2.2 保护渣润滑性能的直接测评

2.2.3 保护渣润滑性能的理论分析

2.2.4 保护渣物化性能对渣膜润滑性能的影响

2.3 保护渣渣膜结构及其对润滑性能的影响

2.3.1 连铸保护渣渣膜的形成机理

2.3.2 连铸保护渣渣膜结构特征研究

2.3.3 渣膜结构对保护渣润滑作用的影响

2.4 本课题研究目的和研究内容

3 课题研究方案及试验方法

3.1 研究思路与方案

3.2 保护渣润滑性能的理论模型建立

3.2.1 渣膜温度分布模型

3.2.2 渣膜速度分布模型

3.2.3 结晶器摩擦力模型

3.3 实验用保护渣组成确定与物化性能测试方法

3.3.1 实验用保护渣的配制

3.3.2 物化性能测试方法

3.4 本章小结

4 与润滑相关的保护渣物化性能测试结果与分析

4.1 熔化温度测试与分析

4.2 熔渣粘度和粘流活化能的测试与分析

4.3 本章小结

5 渣膜结构模拟实验研究

5.1 渣膜结构模拟研究装置与方法

5.1.1 渣膜热模拟研究方案

5.1.2 模拟装置与实验方法

5.2 渣膜结构的模拟结果与分析

5.2.1 冷却条件对渣膜结晶率的影响

5.2.2 渣膜厚度对渣膜结晶率的影响

5.2.3 化学组成对渣膜结晶率的影响

5.3 本章小结

6 保护渣润滑性能计算分析与影响因素研究

6.1 保护渣物化性能对渣膜润滑的影响

6.1.1 熔化温度对渣膜润滑作用的影响

6.1.2 熔渣粘度对渣膜润滑作用的影响

6.1.3 渣膜结构对保护渣润滑的影响

6.2 保护渣化学组成对润滑性能的影响

6.2.1 碱度对保护渣润滑的影响

2O₃ 对保护渣润滑的影响'>6.2.2 Al₂O₃对保护渣润滑的影响

6.2.3 MnO 对保护渣润滑的影响

6.2.4 F 对保护渣润滑的影响

2O 对保护渣润滑的影响'>6.2.5 Na₂O 对保护渣润滑的影响

6.3 小结

7 结论

致谢

参考文献

附录

保护渣渣膜结构模拟及其润滑性能的研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢