MgO在连铸保护渣中作用机理研究
发布时间：2020-04-02 13:08
【摘要】：连铸结晶器保护渣具有重要的冶金功能,尤其是对铸坯的润滑和调节铸坯向结晶器的传热,对维持连铸工艺的顺行和提高铸坯表面质量具有重要作用。随着连铸钢品种的不断扩大、连铸坯质量要求的不断上升,连铸保护渣的理化性能与连铸工艺顺行及铸坯表面质量关系日益突出,连铸保护渣成为连铸技术发展的重要限制因素之一。MgO是一种连铸保护渣中常用的助熔剂,通常具有降低熔化温度、改善保护渣流变性能等作用。但是对于不同渣系,不同碱度的保护渣,从微观结构出发,对MgO在其中的作用机理尚缺乏系统的认识。本文针对一定碱度条件下的CaO-SiO_2系和CaO-SiO_2-Al_2O_3系两类保护渣,在对MgO含量对其宏观物理能(定温粘度、变温粘度、临界冷却速度、渣膜厚度、热流密度)影响规律研究的基础上,通过拉曼光谱定性定量的分析了MgO含量变化与熔渣微观结构的关系,以期通过MgO含量变化对熔渣微观结构的影响来分析MgO含量对其宏观物理性能作用的机理,该研究将对MgO在保护渣中的合理应用起到指导作用。CaO-SiO_2渣系保护渣研究表明,MgO在熔渣结构中主要起网络破坏体的作用,当MgO12mol%时,MgO仅少量电离,当MgO含量达到15mol%时,MgO虽开始大量电离,但其电离产物Mg~(2+)的电荷补偿作用又促进了[AlO_4]四面体结构的形成。随渣中MgO含量的增加,体系聚合度呈缓慢降低趋势。由此,熔渣粘度缓慢降低,热稳定性以及结晶性能逐渐增加,最大热流密度降低,平均热流密度增加。低碱度CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣研究表明,由于高含量的Al_2O_3会促进MgO的电离,当MgO12mol%时,MgO的电离产物O~(2-)发挥破网作用,体系聚合度显著降低,当MgO含量增加到15mol%时,在MgO的影响下,体系内出现大量~(VI)Al,形成的~(VI)Al会使[Si-O]结构高频区拉曼光谱峰发生蓝移,且~(VI)Al的桥梁作用导致结构中出现大量大型阴离子团,会增加熔渣结构的复杂程度,使渣系聚合度提高。由此,随着MgO含量的增加,其粘度先降低后增加,热稳定性先无明显影响后显著降低,结晶性能先增加后降低,最大热流密度和平均热流密度均先增加后降低。高碱度CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣研究表明,当MgO9mol%时,MgO在结构中起网络破坏体作用,其电离产生的O~(2-)降低了体系的聚合度;当MgO含量达到12mol%时,MgO与Al_2O_3相互作用,导致体系内有少量镁铝尖晶石析出,改变了熔渣的结构稳定状态,从而导致其性能恶化。由此,随着MgO含量的增加,其粘度先降低后显著增加,热稳定性先增加后降低,结晶性能均先逐渐增加后降低,最大热流密度降低,平均热流密度增加。
【图文】：
图 1.1 传统保护渣成分范围[7]Fig. 1.1 Composition of traditional mould fluxes 1.1所示为连铸保护渣 CaO-SiO2-Al2O3三元系基础相图。黑色圈的区域即为硅酸盐系的低熔点、低粘度区域，常用保护渣的化学成分区域内。传统的保护渣主要是 CaO-SiO2基的渣系[7]，其化学组分及所示。表 1.1 连铸保护渣常见组分及含量（wt%）[8]Table 1.1 Compositions and contents of classical mold fluxes (wt%) 含量 组分 含量 组分 O 22～45 SiO217～56 Al2O3O 0～25 K2O 0～2 Li2O O 0～10 SrO 0～5 MgO O 0～5 TiO20～8 B2O3
图 1.2 CaO-SiO2-MgO 三元相图Fig. 1.2 CaO-SiO2-MgO ternary phase diagram在 CaO-SiO2-Al2O3-MgO 四元渣系中，MgO 对保护渣的熔化温度影响也存在差异，当碱度 1.1，Al2O3含量为 6%时，MgO 的含量从 3%增加到 12%，保护渣的熔点显著提高[7]。王欢实验采用的 CaO-Al2O3-MgO 反应性保护渣，其中 Al2O3含量为 28%时，实验渣系半球点温度在 1060~1180℃范围内，在 2%~8%范围内平均每增加 1%的 MgO，，保护渣半球点温度升高大约 20℃[17]。但是，邱斌[15]采用 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-Li2O 渣系的实验却得出结论，当Al2O3在 2%~5%范围内，MgO 的含量低于 10%时，随着 MgO 含量的增加，保护渣的熔化温度降低。同时，付孝锦的高铝 TRIP 钢 CaO-SiO2-Al2O3-MgO 保护渣实验中也得出类似结论，Al2O3含量为 20%，随着 MgO 含量的增加（1%-9%），熔化温度降低[11]。所以，在多元组分的保护渣系统中，MgO 对于保护渣熔化温度的具体影响，取决于实际生成共熔产物的熔化温度。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF777
本文编号：2611991
【图文】：
图 1.1 传统保护渣成分范围[7]Fig. 1.1 Composition of traditional mould fluxes 1.1所示为连铸保护渣 CaO-SiO2-Al2O3三元系基础相图。黑色圈的区域即为硅酸盐系的低熔点、低粘度区域，常用保护渣的化学成分区域内。传统的保护渣主要是 CaO-SiO2基的渣系[7]，其化学组分及所示。表 1.1 连铸保护渣常见组分及含量（wt%）[8]Table 1.1 Compositions and contents of classical mold fluxes (wt%) 含量 组分 含量 组分 O 22～45 SiO217～56 Al2O3O 0～25 K2O 0～2 Li2O O 0～10 SrO 0～5 MgO O 0～5 TiO20～8 B2O3
图 1.2 CaO-SiO2-MgO 三元相图Fig. 1.2 CaO-SiO2-MgO ternary phase diagram在 CaO-SiO2-Al2O3-MgO 四元渣系中，MgO 对保护渣的熔化温度影响也存在差异，当碱度 1.1，Al2O3含量为 6%时，MgO 的含量从 3%增加到 12%，保护渣的熔点显著提高[7]。王欢实验采用的 CaO-Al2O3-MgO 反应性保护渣，其中 Al2O3含量为 28%时，实验渣系半球点温度在 1060~1180℃范围内，在 2%~8%范围内平均每增加 1%的 MgO，，保护渣半球点温度升高大约 20℃[17]。但是，邱斌[15]采用 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-Li2O 渣系的实验却得出结论，当Al2O3在 2%~5%范围内，MgO 的含量低于 10%时，随着 MgO 含量的增加，保护渣的熔化温度降低。同时，付孝锦的高铝 TRIP 钢 CaO-SiO2-Al2O3-MgO 保护渣实验中也得出类似结论，Al2O3含量为 20%，随着 MgO 含量的增加（1%-9%），熔化温度降低[11]。所以，在多元组分的保护渣系统中，MgO 对于保护渣熔化温度的具体影响，取决于实际生成共熔产物的熔化温度。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF777
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本文编号：2611991
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