包晶鋼連鑄保護渣性能優(yōu)化研究.pdf

1、包晶鋼是指碳含量為0.08％~0.17%的普通碳素鋼，由于其在澆鑄凝固過程中處于包晶區(qū)(L+δ—γ)，易發(fā)生包晶相變而引起體積收縮，造成鑄坯表面質量缺陷。優(yōu)質的包晶鋼保護渣具有良好熱阻性能，可降低鑄坯與結晶器之間的傳熱，緩解包晶鋼澆鑄時的體積收縮，從而減少包晶鋼鑄坯表面缺陷率。因此針對不同工藝條件，優(yōu)化保護渣熱阻特性一直是不同生產(chǎn)線提高包晶鋼質量的關鍵之一。目前，提高包晶鋼保護渣熱阻性能的常用方法是提高保護渣堿度，但持續(xù)增加堿度會導致保

2、護渣粘度、熔點、開始凝固溫度等物理性能惡化，造成現(xiàn)場漏鋼事故。本論文針對武鋼包晶鋼技術特點，提出通過改變碳質材料種類和添加新型添加劑調控保護渣結構方法，提高包晶鋼保護渣的熱阻性能，并確保其他物理性能較佳。
　　本論文系統(tǒng)研究了碳質材料及新型添加劑對包晶鋼保護渣微觀結構、物理性能、傳熱性能的影響以及相互之間的作用關系，進行了包晶鋼保護渣的優(yōu)化，得到主要結論和創(chuàng)新點如下：
　　（1）基于獲取高性能包晶鋼保護渣基渣的目的，以現(xiàn)場生

3、產(chǎn)使用效果為標準，對比待篩選保護渣的熔點、熔速、粘度、成分、礦相、表面粗糙度、以及熱流密度，得出高熔點、低熔速、低粘度、高堿度、高結晶率的保護渣有利于包晶鋼澆鑄，這為其他保護渣使用企業(yè)篩選包晶鋼保護渣提供了借鑒。
　?。?）基于提高包晶鋼保護渣絕熱保溫性能的需要，提出一種在試樣恒重、等溫條件下，依據(jù)熱補償功率的變化來判斷含碳質材料保護渣絕熱保溫性能的測試方法，并驗證了測試方法的可靠性，為發(fā)熱型保護渣、特殊鋼保護渣測試絕熱保溫性能提

4、供了一種新手段。借助此方法，對九種碳質材料保護渣絕熱保溫性能進行對比分析，明確乙炔碳黑為最佳碳質材料。利用三維的非穩(wěn)態(tài)、變物性、有內熱源的傳熱模型模擬研究了含碳質材料保護渣的傳熱過程，討論了熔速、堆積密度、導熱系數(shù)以及碳質材料的發(fā)熱量等影響因素，獲得工作狀態(tài)下不同碳質材料保護渣渣層厚度方向的溫度分布規(guī)律，進一步證明含乙炔碳黑保護渣絕熱保溫性能最佳的結論，對改善碳質材料未氧化時的保護渣絕熱保溫性能提供了理論依據(jù)。
　?。?）基于玻璃

5、析晶和玻璃輻射吸收理論，提出添加新型添加劑來控制保護渣結構，調整保護渣中玻璃體和結晶體性質，加深保護渣玻璃體顏色，改善玻璃體的析晶性能，繼而降低保護渣的傳導傳熱能力的研究思路，為提高保護渣的熱阻性能提供了新途徑。通過單摻三氧化二鈷與混摻三氧化二鐵、氧化亞鎳與三氧化二鈷兩種添加新型添加劑的方法優(yōu)化保護渣結構與性能。通過 SEM、EPMA、XRD等微觀結構表征手段，探究新型添加劑對保護渣微觀結構的影響，揭示Fe2O3、NiO和Co2O3作為

6、晶核劑改變了保護渣玻璃相與結晶相的形貌、結構、尺寸以及均勻性，并通過微觀結構的優(yōu)化保證了保護渣粘度、熔點、開始凝固溫度等物理性能良好。
　　（4）為探究新型添加劑影響保護渣傳熱性能的機理，本文圍繞保護渣玻璃體與輻射傳熱關系、結晶體與傳導傳熱關系展開深入理論分析，力求對保護渣傳熱過程有新認識，對保護渣傳熱理論有新補充。引用色度理論來表征包晶鋼保護渣的可見光輻射傳熱，并運用離子著色結合表面吸收波長解釋了保護渣可見光透射性能的差異；其次

7、利用玻璃中存在的雜質以及缺陷可以增加紅外輻射吸收的理論解釋了保護渣紅外光透射性能的差異。同時針對傳導傳熱研究發(fā)現(xiàn)微觀結構、結晶率決定保護渣的傳導傳熱性能，其中結晶率是影響保護渣傳熱性能的關鍵因素。
　?。?）結合無限大平板輻射傳熱模型與普朗克輻射傳熱定律對輻射傳熱進行了計算，得出輻射傳熱值規(guī)律與測試結果相一致；按照無內熱源的單層平板壁的穩(wěn)定態(tài)導熱公式對摻入新型添加劑的保護渣的傳導傳熱進行了計算，得出傳導傳熱值與導熱系數(shù)規(guī)律相一致。