【摘要】：高鋁鋼因組織性能優(yōu)勢,被應(yīng)用于許多軍事民用領(lǐng)域。近年來具有高強(qiáng)塑積的TRIP、TWIP鋼的“煉鋼—連鑄”流程工業(yè)化生產(chǎn),更是國內(nèi)外相關(guān)大型鋼鐵企業(yè)追逐和研究的重要技術(shù)。但受限于目前國內(nèi)外尚未成功研發(fā)出與高鋁鋼連鑄生產(chǎn)相配套的專用結(jié)晶器保護(hù)渣,部分高鋁鋼連鑄生產(chǎn)過程中存在嚴(yán)重鑄坯表面裂紋缺陷及頻繁漏鋼事故,無法實現(xiàn)穩(wěn)定、高質(zhì)、高效多爐連澆,因此,高鋁鋼連鑄保護(hù)渣是近年來國內(nèi)外研究熱點。本文就目前高鋁鋼澆鑄過程中傳統(tǒng)保護(hù)渣的鋼渣反應(yīng)性以及低反應(yīng)性保護(hù)渣的熔渣結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性的控制難題,展開系列相關(guān)研究,旨在為高鋁鋼保護(hù)渣研發(fā)提供理論指導(dǎo),促進(jìn)高鋁鋼連鑄技術(shù)發(fā)展。首先,針對高鋁鋼澆鑄過程中所面臨的結(jié)晶器內(nèi)鋼渣反應(yīng)性問題,通過熱力學(xué)計算、實驗室平衡接觸實驗以及現(xiàn)場試驗,研究不同渣系條件下保護(hù)渣中各組分與鋼水中Al的反應(yīng)性,以獲得低反應(yīng)性保護(hù)渣組分控制目標(biāo)。結(jié)果表明:各保護(hù)渣中SiO2、MnO容易和鋼水中Al發(fā)生反應(yīng),高含量B2O3、Na2O會與鋼水中Al發(fā)生反應(yīng),CaF2、MgO、CaO、BaO基本上不與鋼水中Al發(fā)生反應(yīng)�，F(xiàn)場試驗用CaO-SiO2-Al2O3基保護(hù)渣澆鑄Al含量為1.0wt%的高鋁鋼,鋼渣反應(yīng)達(dá)到平衡后,SiO2含量穩(wěn)定為約8wt%,Na2O含量穩(wěn)定為約5wt%,B2O3含量穩(wěn)定為約2.5wt%,鋼渣反應(yīng)使保護(hù)渣熔點和黏度大幅度升高,從而影響連鑄順行,并很有可能引起粘結(jié)和漏鋼等生產(chǎn)事故。因此,低反應(yīng)性保護(hù)渣不宜加入大量Na2O和B2O3作為主要助熔劑。其次,采用分子動力學(xué)模擬,研究了典型組分對Al-O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制,為低反應(yīng)性保護(hù)渣微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制提供理論指導(dǎo)。結(jié)果表明:CaO-SiO2和CaO-Al2O3熔體中,[AlO4]5-四面體結(jié)構(gòu)不及[SiO4]4-四面體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,熔體黏度和電導(dǎo)率的自然對數(shù)和表征體系聚合程度的結(jié)構(gòu)參數(shù)NBO/T存在線性關(guān)系,模擬計算值與實驗測試值的吻合度驗證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性;Al2O3基二元系熔體中,Al-O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著Al2O3含量的增加而變得復(fù)雜,金屬陽離子或三配位氧Ot起到平衡[AlO4]5-負(fù)電過剩的作用,Al-O結(jié)構(gòu)的無序性以及熔體結(jié)構(gòu)的聚合程度隨著金屬陽離子電負(fù)性的增加而增加,即組分穩(wěn)定Al-O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的順序為K2OBaONa2OCaOMgO,而熔體結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度順序為K2O-Al2O3BaO-Al2O3Na2O-Al2O3CaO-Al2O3MgO-Al2O3,故可考慮在Al2O3基低反應(yīng)性保護(hù)渣中加入適量BaO以穩(wěn)定Al-O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并調(diào)節(jié)熔渣黏度;高Al2O3的CaO-Al2O3-SiO2-CaF2熔體中,F取代O對熔體結(jié)構(gòu)有著雙重影響,一方面促進(jìn)Ca-F網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,減少網(wǎng)絡(luò)修飾子Ca的含量使得熔體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,另一方面促進(jìn)形成[AlO3F]4-四面體以平衡[AlO4]5-四面體負(fù)電過剩,減少高配位Al和三配位氧Ot的比例使得Al-O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變簡單,因此,F對低反應(yīng)性保護(hù)渣熔體結(jié)構(gòu)及性能的影響規(guī)律需根據(jù)具體組分范圍而定。繼而,基于鋼渣反應(yīng)性和熔體微觀結(jié)構(gòu)研究,通過宏觀性能測試,研究典型組分BaO、Li2O和F-對CaO-SiO2-Al2O3和CaO-Al2O3基保護(hù)渣宏觀性能的影響規(guī)律,獲得了宏觀性能穩(wěn)定且滿足高鋁鋼連鑄要求的成分范圍。結(jié)果表明:Al2O3取代SiO2模擬鋼渣反應(yīng)導(dǎo)致的組分變化,會使熔渣熔點、黏度較大幅度上升,影響連鑄順行;BaO取代CaO,對熔渣基本性能的影響存在雙重機(jī)制,能穩(wěn)定實驗渣凝固溫度和粘流活化能,改善熔渣潤滑性,并提高熔渣吸收Al2O3夾雜后性能的穩(wěn)定性,綜合而言,低反應(yīng)性保護(hù)渣中BaO含量控制為15wt%左右為佳;Li2O取代CaO,能有效降低熔渣熔點、黏度和凝固溫度,增加粘流活化能,但高Li2O含量會促進(jìn)LiAlO2礦相的析出,提高熔渣析晶溫度,不利于熔渣潤滑性能,故低反應(yīng)性保護(hù)渣中Li2O含量控制在5wt%左右為佳;F-含量增加對CaO-Al2O3基實驗渣熔點的增加作用比其對黏度的降低作用明顯,且粘流活化能和凝固溫度上升,不利于熔渣潤滑性能,故F-含量控制在10wt%左右為佳;低反應(yīng)性CaO-Al2O3基實驗渣中,主要析晶礦相為12CaO·7Al2O3和11CaO·7Al2O3·CaF2,有望取代傳統(tǒng)CaO-SiO2基保護(hù)渣中槍晶石控制鑄坯到結(jié)晶器的傳熱。同時,在實測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合FactSage熱力學(xué)軟件及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫,建立了初步鋼渣反應(yīng)性動力學(xué)模型和含BaO熔體黏度模型,為高鋁鋼保護(hù)渣的研發(fā)與應(yīng)用提供一定方法保障。最終,基于理論研究,結(jié)合高鋁鋼鋼種特性及連鑄工藝條件,通過工業(yè)化應(yīng)用試驗,研發(fā)的高鋁鋼低反應(yīng)性保護(hù)渣已取得初步應(yīng)用成功,基本實現(xiàn)了高鋁鋼鑄坯無缺陷、穩(wěn)定順行澆鑄目標(biāo)。
【圖文】：

1 文獻(xiàn)綜述1 文獻(xiàn)綜述1.1 連鑄保護(hù)渣概述鋼鐵冶金過程是一個鋼（鐵）-渣不斷作用的過程，在高爐（高爐渣）→鐵水預(yù)處理（預(yù)處理渣）→煉鋼（煉鋼渣）→精煉（精煉渣）→連鑄（中包渣和結(jié)晶器保護(hù)渣）整個流程中都涉及到“渣”，甚至在鋼鐵行業(yè)有“煉鋼即煉渣”的普遍共識。在上述眾多渣系中，，以對連鑄保護(hù)渣的性能要求最為嚴(yán)格和苛刻。連鑄過程中采用的結(jié)晶器保護(hù)渣對澆鑄過程的順行和鑄坯表面質(zhì)量的優(yōu)劣有重要影響，它具有吸收非金屬夾雜、防止鋼液二次氧化、對鋼水保溫、潤滑鑄坯以及控制鑄坯向結(jié)晶器傳熱的功能[1-3]。保護(hù)渣的上述作用都是通過控制化學(xué)組成、溫度及其所具有的物理化學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)的。

圖 1.2 旋轉(zhuǎn)黏度計示意圖Fig. 1.2 Schematic diagram of rotating viscometer過程中，坩堝固定不動，電機(jī)帶動金屬絲及懸桿圓柱勻速之間的徑向距離上，由于液體的旋轉(zhuǎn)速度梯度而產(chǎn)生一個扭力而產(chǎn)生一個扭角 ，扭角 與熔體黏度 η 及電機(jī)轉(zhuǎn)速n nk'n 的測定是利用光電管在時頻數(shù)顯儀上顯示出兩金屬片所成間差，即兩金屬片在空轉(zhuǎn)時有一初始角對應(yīng)的時間差 t0，在對應(yīng)的時間差 t1。扭角 與兩時間差的差值成正比。當(dāng) n 一黏度為：()10 k t tk 為儀器常數(shù)，在懸桿尺寸一定的條件下，k 值只與金屬絲
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF777

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10 張從涇;磁場作用下連鑄保護(hù)渣結(jié)晶性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

本文編號：2679629