【摘要】：連鑄保護(hù)渣是鋼鐵冶金中不可或缺的重要輔料,對提高連鑄坯表面及皮下質(zhì)量、維持連鑄過程順行起著重要作用。包晶鋼裂紋敏感性較強(qiáng),目前一般采用高堿度保護(hù)渣控制坯殼向結(jié)晶器壁的傳熱,以抑制鑄坯縱裂的產(chǎn)生,但容易造成粘結(jié)甚至漏鋼等潤滑不良現(xiàn)象。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展,包晶鋼連鑄過程中保護(hù)渣控制傳熱和潤滑鑄坯的矛盾越發(fā)不可調(diào)和,已嚴(yán)重阻礙連鑄效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。由于保護(hù)渣控制傳熱與潤滑鑄坯的功能由坯殼與結(jié)晶器壁間的固、液渣膜實現(xiàn),因此明確渣膜在凝固過程中的行為特性,對協(xié)調(diào)渣膜控制傳熱與潤滑鑄坯功能間的矛盾至關(guān)重要。為了研究渣膜凝固結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,本文首先建立一維有限差分傳熱模型,解析水冷銅探頭冷凝獲取固渣膜和熱流數(shù)據(jù)的過程及影響因素。針對傳統(tǒng)大尺寸水冷探頭獲取固渣膜結(jié)構(gòu)代表性不強(qiáng),熱流數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較差的問題,研究了探頭尺寸、液渣溫度的穩(wěn)定性對固渣膜結(jié)構(gòu)及熱流數(shù)據(jù)的影響。在此基礎(chǔ)上,選取現(xiàn)場應(yīng)用的傳統(tǒng)高堿度保護(hù)渣(R=1.38)、新型超高堿度保護(hù)渣(R=1.74)、CaO-SiO_2-CaF_2基低堿度保護(hù)渣(R=0.88)及CaO-SiO_2-Na_2O基低氟和無氟保護(hù)渣,使用改進(jìn)的小尺寸大寬厚比水冷探頭獲取不同液渣溫度和探頭浸入時間下的固渣膜,分析對比不同保護(hù)渣固渣膜凝固結(jié)構(gòu)演變規(guī)律、影響因素和對傳熱的影響。傳熱模型計算表明:水冷探頭獲取渣膜實驗中,液渣溫度的穩(wěn)定性對固渣膜結(jié)構(gòu)及熱流數(shù)據(jù)的影響顯著。改進(jìn)的小尺寸大寬厚比水冷探頭獲取的熱流數(shù)據(jù)和固渣膜結(jié)構(gòu)更具代表性。固渣膜結(jié)構(gòu)演變分析表明:高堿度保護(hù)渣渣膜與銅壁接觸表面粗糙度均在渣膜凝固初期形成,與渣膜和銅壁接觸表面開放氣孔生成有關(guān),與渣膜結(jié)晶行為無直接關(guān)系;本實驗條件下,超高堿度固渣膜表面初始粗糙度較大,且受液渣溫度波動影響小,利于渣膜凝固初期迅速控制傳熱。不同液渣溫度和凝固時間下,獲得的超高堿度渣膜與銅壁接觸表面粗糙度平均水平Ra=3~5μm,傳統(tǒng)高堿度渣膜粗糙度平均水平Ra=1.5~4μm。傳統(tǒng)高堿度渣膜總體閉孔率隨渣膜凝固增厚呈降低趨勢,超高堿度渣膜閉孔率則保持在較高水平,抑制了固渣膜厚度的快速增長,增加了液渣溫度波動時固渣膜厚度的均勻性。傳統(tǒng)高堿度及超高堿度渣膜脫玻璃層中的大尺寸孔洞均在析晶前形成,并參與傳熱控制。超高堿度保護(hù)渣渣膜中槍晶石呈板條狀,渣膜凝固前沿板條狀槍晶石的析出,保持或增加了固渣膜總體閉孔率。在閉孔率基本相同的條件下,傳統(tǒng)高堿度及超高堿度全結(jié)晶保護(hù)渣導(dǎo)熱系數(shù)為3.17~3.67 W/m K,兩者沒有明顯差別。與高堿度保護(hù)渣不同,低堿度保護(hù)渣渣膜與銅壁接觸表面光滑,無開放孔洞參與粗糙度形成,粗糙度Ra=1.08~2.67μm,較小的粗糙度不利于渣膜凝固初期迅速控制傳熱。且低堿度初生渣膜閉孔率較小,不超過5 vol%,但隨凝固時間增加而有所增大。CaO-SiO_2-Na_2O基無氟和低氟保護(hù)渣渣膜表面粗糙度平均水平Ra=2~3.5μm,但受液渣溫度波動影響大,不利于均勻控制傳熱。渣膜的表觀密度和真密度隨凝固進(jìn)行逐漸增加,與高堿度高氟保護(hù)渣相比,本實驗用無氟和低氟保護(hù)渣初生渣膜表觀密度較大,閉孔率較小�；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,對開發(fā)的超高堿度系列保護(hù)渣進(jìn)行了大規(guī)模現(xiàn)場試驗,結(jié)果表明超高堿度連鑄保護(hù)渣使用過程中潤滑良好,結(jié)晶器熱流密度穩(wěn)定,鑄坯表面質(zhì)量穩(wěn)步提高。
【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】：2018
【分類號】：TF777

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2738131