發(fā)布時間：2020-03-31 10:18

【摘要】：本文主要針對高鋁鋼連鑄過程所面臨的由傳統(tǒng)CaO-SiO2基連鑄保護渣引起的強烈渣金反應(yīng),使保護渣成分發(fā)生劇烈變化,導(dǎo)致連鑄順行困難的難題,對高鋁鋼保護渣的物理化學(xué)展開研究,旨在為解決高鋁鋼連鑄難題提供理論參考。本工作首先對高鋁鋼基礎(chǔ)渣系CaO-Al2O3-SiO2-CaF2的物理化學(xué)進行了詳細(xì)的研究,觀察了渣金反應(yīng)所帶來的保護渣化學(xué)成分變化對渣物理化學(xué)的影響：其次針對非反應(yīng)性新型CaO-Al2O3基高鋁鋼連鑄保護渣進行了研究,旨在為開發(fā)適合高鋁鋼連鑄過程的新型連鑄保護渣提供更多的途徑。本工作主要得出如下結(jié)論：(1)對高鋁鋼連鑄保護渣基礎(chǔ)渣系CaO-SiO2-Al2O3-CaF2相平衡關(guān)系的研究,確立了在T=1523K、堿度在0.80-1.25及A1203的含量低于25%(mass%)的成分區(qū)域內(nèi)的等溫截面圖,確立了該區(qū)域的液相區(qū)及7個固液共存區(qū)的相界線。研究了Al2O3/SiO2比的變化對四元渣系CaO-Al2O3-SiO2-CaF2粘度的影響得出：Al2O3/SiO2比從0.22增加到1.75的范圍內(nèi),粘度先減小后增加,在Al2O3/SiO2比為0.83時,粘度出現(xiàn)極小值,且在Al2O3/SiO2大幅度的變化過程中,沒有引起粘度的大范圍變化。采用29Si-NMR、19F-NMR、27A1-NMR 及 Raman光譜研究了四元系的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：F-主要是形成F-Ca(n)鍵,A13+主要形成了[A104]四面體結(jié)構(gòu)單元,分析了[A104]不斷取代[Si04]的過程中渣的微觀結(jié)構(gòu)的變化。通過結(jié)構(gòu)和粘度隨著Al2O3/SiO2比變化的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)粘度不僅受渣聚合度的影響,還與渣主要化學(xué)鍵的鍵強有關(guān)。(2)采用旋轉(zhuǎn)柱體法研究了A1203棒在新型高鋁鋼連鑄保護渣基礎(chǔ)渣系CaO-Al2O3-CaF2渣的溶解行為發(fā)現(xiàn)：隨著溫度和轉(zhuǎn)速的增加,溶解速度增加;CaO/Al2O3比增加,A1203溶解速度小幅度增加；溶解過程的限制性環(huán)節(jié)為渣中溶質(zhì)A1203向渣和A1203界面的擴散,且A1203在渣中的溶解與中間化合物的形成也相關(guān)。(3)對CaO-Al2O3基基礎(chǔ)渣系CaO-Al2O3-CaF2 和 CaO-Al2O3-B2O3結(jié)晶行為的研究表明：堿金屬氧化物和酸性氧化物的加入將會改變CaO-Al2O3-CaF2基渣中生成的鋁酸鈣的種類,且酸性氧化物可以促進CaF2的結(jié)晶；對于CaO-Al2O3-B2O3系,B203增加改變了生成的鋁酸鈣的類型,抑制了CaAl407的結(jié)晶,同時促進了Ca3B2O6的結(jié)晶；堿金屬氧化物促進了CaAl2O4的結(jié)晶。用光學(xué)堿度關(guān)聯(lián)了CaO-A1203-CaF2基渣和CaO-A1203-B203基渣的結(jié)晶行為,發(fā)現(xiàn)隨著光學(xué)堿度的增加,生成的鋁酸鈣晶體的Ca/Al比增加,鋁酸鈣的類型由CaAl4O7向CaAl2O4.Ca12Al14O33和Ca3A1206依次轉(zhuǎn)變。(4)對CaO-A12O3-TiO2基保護渣物理化學(xué)的研究表明：隨著TiO2的增加,渣的粘度降低,渣系的轉(zhuǎn)折溫度先降低后增加。隨著TiO2的增加,體系的聚合度降低,這也與渣系粘度的降低相對應(yīng)。結(jié)晶行為的研究發(fā)現(xiàn)：降溫過程中,對于0%TiO2的樣品,MgO首先析出,接著析出Ca12Al14O33晶體；對于添加TiO2的樣品,CaTi03首先析出,接著析出MgO晶體,最后析出的是Ca12Al14O33晶體：CaO-A12O3基連鑄保護渣的結(jié)晶溫度隨著TiO2含量增加而增加,結(jié)晶能力隨著TiO2含量增加而增強, 隨著TiO2含量增加,CaTi03結(jié)晶能力增強,而MgO和Ca12Al14033結(jié)晶能力變化不大。(5)CaO-Al2O3-B2O3基多元渣物理化學(xué)的研究表明：ⅰ)所設(shè)計渣系熔化溫度都位于1050～1200℃范圍內(nèi),熔化溫度隨著B2O3和Na2O的增加而降低；5%SiO2的添加使渣系的熔化溫度降低；隨著CaO/A1203比的增加,熔化溫度先增加后降低;ⅱ)渣系在1300℃時的粘度范圍值位于0.2～0.4 Pa.s, B203.Na2O和CaO/A1203比的增加可以降低渣系的粘度,5%5iO2的添加,使渣系粘度略微增大；ⅲ)隨著B203和Na2O的增加,保護渣的結(jié)晶溫度降低,添加5%的Si02使渣系的結(jié)晶溫度降低,CaO/Al2O3比的增加使得渣系的結(jié)晶溫度先增加后降低,渣系所有成分的結(jié)晶產(chǎn)物都為三種,分別是Ca3A1206,LiAlO2和Ca3B2O6,結(jié)晶的順序為,首先從液渣中析出Ca3A1206.然后隨著溫度的降低,LiAlO2進一步析出,最后在低溫段析出了Ca3B206；iv)通過微觀結(jié)構(gòu)的分析得出：CaO-Al203-B2O3基渣中的成網(wǎng)離子Al3+和B3+主要形成的是[AlO4]和[BO3]結(jié)構(gòu)單元,且Na2O和CaO/A12O3比的增加,[A104]結(jié)構(gòu)單元形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解聚,而B2O3和SiO2的增加,[A104]結(jié)構(gòu)單元形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合。
【圖文】：

＇邐有利于理解該渣的粘度變化。逡逑粘度實驗完成＾式后，部分的樣品用于ＸＲＤ結(jié)晶相分析，，結(jié)果如圖３－１６逡逑所示。由圖可Ｗ看出，所有樣品的結(jié)晶產(chǎn)物都是巧鉛黃長石（Ｃａ２ＡｋＳｉ0７）逡逑和l#化巧晶體（ＣａＦ２）。隨著Ａｋ化／Ｓｉ0２比的X椉櫻汕瞥な疿椉印Ｐ磯嘌繡義锨燒叩難星梢脖礱鰨們擼彩菤俟裕遙桑懈至；ぴ饕慕峋Р鎦�。辶x�，逦峨s冢粒歟

本文編號：2608946