连铸保护渣热阻的数值模拟与实验研究

量化保护渣热阻对于提高连铸工艺水平和铸坯质量具有重要意义。本文采用数值模拟和传热实验两种方法对典型连铸结晶器保护渣的热阻进行了研究。首先使用ANSYS数值模拟软件建立铸坯通过渣道向结晶器的导热和辐射耦合传热模型,得到渣道两侧交界面温度分布;随后构建保护渣热阻计算模型,用模拟的传热结果评估固态保护渣和液态保护渣的厚度、导热热阻和辐射热阻;同时构建连铸保护渣稳态传热实验,通过水冷铜探头实验测量保护渣两侧的温度分布,进而得到不同厚度渣道的综合热阻。数值模拟结果表明,当铸坯表面温度从1415℃降为1345℃时,液态保护渣在结晶器上部迅速由1.7 mm减薄为1.04mm,模拟总热阻沿拉坯方向由0.67×10^(-3)m^(2)·K/W增加到1.46×10^(-3)m^(2)·K/W。热阻传热实验结果表明,实验获得的综合热阻较数值模拟偏小,渣道的综合热阻随厚度增加而升高,典型热阻值为(2.28~7.89)×10^(-4)m^(2)·K/W。

高钛钢连铸保护渣对Al_(2)O_(3)夹杂物吸收性的研究

针对高钛钢连铸保护渣钢渣反应及吸收夹杂物的变性问题,采用热力学计算、保护渣性能测试和旋转柱法等方法,对高钛钢钢液内夹杂物的生成种类和不同温度下的生成量进行了计算,根据夹杂物的生成情况对比了传统CaO-SiO_(2)系和新开发的低反应性BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系保护渣吸收夹杂物的性能变化,并对比了两种保护渣对夹杂物的吸收速率。热力学计算表明,研究的高钛钢中铝质量分数为0.03%、钛质量分数为0.40%,钢液中生成的夹杂物为Al_(2)O_(3),而实际生产中由于钢液局部成分差异可能有钛氧化物的生成;从保护渣吸收夹杂物前后的性能对比可知,两种保护渣的黏度和熔点均随其吸收Al_(2)O_(3)含量的增加而增加,但新开发的低反应性保护渣相对于CaO-SiO_(2)系渣的性能变化更小,其性能更稳定;由旋转柱试验可知,CaO-SiO_(2)系和BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系保护渣对氧化铝棒的吸收速率分别在(8~12)×10^(-3) g/(cm^(2)·min)和(10~13)×10^(-3) g/(cm^(2)·min),后者对夹杂物的吸收能力更强。因此,新开发的BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系低反应性保护渣有潜力用于更高钛含量的钢种浇铸。

B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响

通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。

直流电场下保护渣对氧化锆—碳耐火材料的侵蚀

采用旋转搅拌法,在外加直流电场作用下进行了结晶器保护渣与水口渣线氧化锆—碳耐火材料的侵蚀试验,并研究直流电压(0、5、10 V)对保护渣与水口渣线材料界面行为的影响。结果表明,随着外加电压的增大,保护渣在水口耐火材料表面的附着量逐渐增加,保护渣的附着厚度在0、5、10 V时分别为2、3、7 mm。微观结构表明保护渣与水口材料界面存在的电场可以显著改变固—液两相间的润湿性,从而为熔渣向水口扩散、传质和渗透行为提供良好的动力学条件,且大电压下(10 V)的电场作用会加剧保护渣对材料的侵蚀。

结晶器保护渣原渣形貌及连铸结团样矿相组织分析

利用扫描电镜和X射线衍射等测试手段对湖南华菱湘潭钢铁有限公司3种保护渣熔融冷却原渣及其连铸过程中结块的矿物组成、结晶率进行了分析研究。结果表明,三种保护渣试样球型度较高,表面光滑。保护渣A主要析晶矿相为枪晶石、霞石、硅灰石;保护渣B主要析晶矿相为枪晶石、硅灰石、铁钠钾硅石;保护渣C主要析晶矿相为枪晶石。烧结相的大量黏结是渣条、结块形成长大的主要原因。为减少结团样出现的可能性,应降低保护渣中Al 2O 3含量成分,适当提高保护渣中的碳含量,使保护渣在连铸过程中具有良好析出枪晶石的能力。这样可以均匀和稳定铸坯与结晶器的之间的传热,从而降低渣条发黏导致液渣层动态平衡被破坏可能性,以减少保护渣结块的出现。

MgO含量对CaO-Al_(2)O_(3)-TiO_(2)基连铸保护渣界面性质的影响

高钛钢连铸生产过程中结晶器内的钢渣界面反应较为严重,易造成连浇困难、铸坯品质下降等问题。利用热丝法对3%、8%、10%三种不同MgO质量分数的保护渣接触角进行了测定,并基于此计算出表面张力和渣钢界面张力,此外结合拉曼光谱和Scigress软件模拟,从微观结构的角度分析了MgO含量与渣钢界面张力的变化规律。研究结果表明,1723 K温度下,保护渣中MgO质量分数为3%、8%、10%时,接触角为35°、36.7°、39.8°;保护渣的表面张力为516.3、523.1、525.6 mN/m;渣钢界面张力为1421、1425、1440 mN/m。MgO质量分数在8%~10%时,渣钢界面张力上升速率明显加快,导致钢渣间的界面反应减弱,使得钢渣更容易分离。

1Cr13不锈钢连铸保护渣成分设计

在生产1Cr13不锈钢的过程中,铸坯出现了严重的纵裂漏钢及横向凹陷。利用FactSage8.2热力学软件计算三元以及四元相图对保护渣成分进行设计,同时,计算1Cr13不锈钢的凝固特性,由于该钢属于包晶钢,在凝固过程中会产生急剧的体积收缩,从而在坯壳薄弱处产生纵裂。为了避免初生坯壳不均匀引起的凹陷和纵裂,应适当提高保护渣碱度、改善保护渣结晶性能,并提升保护渣控制传热能力。新型保护渣碱度为1.5,渣成分为w[MgO]6%,w[Li_(2)O]2%,w[Al_(2)O_(3)]16%,w[Na_(2)O]8%,w[B_(2)O_(3)]3%,w[CaF_(2)]10%。1Cr13不锈钢原渣熔点为1155℃,定温黏度为0.442 Pa·s、转折温度1140℃,新型保护渣熔点为1120℃,黏度为0.304 Pa·s,转折温度为1171℃,结晶温度为1270℃。实际生产后,铸坯表面质量明显改善。

高拉速薄板坯保护渣剪切变稀行为和表面性质

以某钢厂高拉速薄板坯连铸工艺为研究对象,工艺参数拉速为5.5 m/min、浇注温度1544℃、结晶器水压15.6 Pa、冷却水温度39.1℃以及结晶器倒锥度7.5 mm等。现场连铸生产过程中发现,拉速提高后卷渣风险加剧和铸坯黏结报警频发,传统保护渣和仅具有剪切变稀性质的非牛顿流体保护渣均不能有效解决这些问题。以现场用中碳钢保护渣为原始保护渣,加入氧化镁和碳化硅等添加剂,制备出一种既具有较强剪切变稀特性又具有较高表面张力的新型保护渣。采用旋转圆筒法等方法对保护渣的剪切变稀性质、表面性质和微观结构进行检测和研究。结果表明,随着碳化硅含量的增加,保护渣的剪切变稀性质、接触角、表面张力和界面张力均呈现先增大后减小的趋势,碳氧键和碳硅键的含量升高,分子聚合度增大。当碳化硅含量为0.98%时,剪切变稀性质最强,接触角、表面张力和界面张力最大。这可以满足在不同剪切速率下对保护渣黏度的要求,从而有效降低卷渣风险,同时抑制黏结漏钢事故的发生。

超高速薄板坯保护渣组分对析晶行为影响的热力学研究

随着我国"2030碳达峰、2060碳中和"目标的提出,对超高速薄板坯提出了新的要求,面对"冷齿"现象的频发,对超高拉速薄板坯保护渣渣系组分进行了调整,采用FactSage热力学计算的方法,对于此保护渣系下通过改变碱度、Al_(2)O_(3)、Li_(2)O含量下的析晶行为进行了模拟计算。模拟研究表明,随着碱度的升高,保护渣中的枪晶石Ca_(4)Si_(2)F_(2)O_(7)的含量变少,Ca_(5)Si_(2)F_(2)O_(8)的含量持续上升;随着Al_(2)O_(3)含量增加,Ca_(4)Si_(2)F_(2)O_(7)的含量持续增加,Ca_(5)Si_(2)F_(2)O_(8)的含量持续下降;随着Li_(2)O含量增加Ca_(4)Si_(2)F_(2)O_(7)的含量变为0,Ca_(5)Si_(2)F_(2)O_(8)的含量先上升再下降。

X荧光法测定保护渣中氧化钙的测量不确定度的评定

本文按照JJF 1059.1—2012的不确定度评定方法,参考CSM 01 010108—2006,对X射线荧光光谱法测定氧化钙的过程中的“制样引起的不确定度”、“多次测量结果的重复”、“工作曲线的变动性”、“标准物质标准值的不确定度”和“高低标校正产生的变动性的不确定度”进行了分别评定,并分析其不确定度贡献的来源。

Na_(2)O对低碱度保护渣结晶性能的影响

裂纹敏感性钢种所用连铸保护渣普遍通过提高碱度来增强结晶性能,但高碱度会使得铸坯与结晶器之间的润滑变差,增大铸坯表面产生缺陷的风险。设计低碱度保护渣,使其能够具有与高碱度保护渣同样的结晶性能,并同时保持良好的润滑性能,是协调裂纹敏感性钢种连铸过程中保护渣润滑性与控制传热关系的一项有效措施。本文采用SHTT-Ⅱ单丝设备,对不同Na_(2)O含量保护渣进行结晶性能测试,并绘制TTT和CCT曲线;利用Scigress分子动力学软件进行模拟研究,发现随Na_(2)O含量的增加,保护渣结晶温度升高,结晶率提升,孕育时间缩短,临界冷却速率逐渐增大,结晶出现变早,较易结晶。高温条件下熔渣结构体网络聚合度减小,黏度逐渐降低。在实验用Na_(2)O含量范围内,当Na_(2)O含量增加到15%时,在凝固过程中三配位氧个数增加150左右,有化合物生成。表明增加Na_(2)O含量可以控制弯月面区域极冷条件下的传热,实现低温快速结晶。

煤灰熔融性测定方法检测保护渣熔点的可行性研究

在钢铁冶炼过程中,保护渣作为重要的辅助材料,其熔点的准确测定对于保证冶炼过程的顺利进行和产品质量具有重要意义。本文通过比对煤灰熔融性测定方法和保护渣熔点测定方法之间的差异,以及所用检测设备之间的差异,探究用煤灰熔融性测定方法检测保护渣熔点的可行性,通过试验验证,建立适用于保护渣熔点检测的新方法。

探讨连铸保护渣与铸坯质量的多重关系

在当今钢铁工业快速发展的背景下,深入探究连铸保护渣与铸坯质量的深层关联具有重大意义。高质量的铸坯是钢铁产品优良性能的基础,而连铸保护渣的性能直接影响铸坯质量。本研究旨在揭示连铸保护渣在不同工况下对铸坯质量的作用机理,为优化生产工艺提供理论依据和实践指导。本篇研究了不同钢种需求差异和浇铸速度影响下连铸工艺对保护渣的特定要求,并对表面裂纹形成与抑制、夹杂物控制以及内部裂纹产生机制进行了深入探讨,对偏析问题进行剖析。总结得出优化策略,旨在利用新型保护渣提高铸坯质量。

连铸结晶器加保护渣冶金机器人的自动化控制技术研究

连铸结晶器是钢铁生产中的关键设备,人工加渣存在误差、不稳定性、液面缺渣等问题,同时面临劳动力挑战。文章提出了机器人自动加保护渣系统,通过对传感系统、路径规划与控制、操作执行与机器人动作的设计,实现了自动加渣。在自动化控制系统中应用了实时数据处理、机器学习与人工智能,以及远程监控与调整等技术,优化了加渣算法,提高了生产效率,改善了保护渣使用效果,减轻了人工劳动强度。

连铸保护渣技术标准体系研究进展

连铸保护渣是连铸过程用于生产各类型钢种的重要、必需的功能材料,具有保温、防止钢液氧化、吸附杂质、润滑、改善传热等功效。连铸保护渣技术标准体系对指导行业制定保护渣相关标准有重要作用,目前国内外标准化组织已进行了相关标准研制,但未形成健全的标准体系,仍有一些关键、重要的标准急需研制。因此,本文基于连铸保护渣生产工艺、冶金应用、微观结构、信息化等领域的标准研制原理,围绕连铸保护渣从原料配制、生产加工、产品质量和结晶器应用等整个生命周期的各个环节,系统地开展连铸保护渣技术标准体系研究。基于以上研究,本文建立连铸保护渣产品类型、产品性能和技术标准体系的三维空间模型,构建连铸保护渣技术标准体系框架和标准体系明细表,归纳和梳理了20项行业标准,提出了拟研制的29项连铸保护渣标准,其覆盖了基础、产品、方法、质量、生产加工、信息化领域的国际标准、行业标准和团体标准,并对方法标准中拟研制的标准进行了比较分析。通过对连铸保护渣技术标准体系进行研究,为行业开展连铸保护渣标准研制提供技术支撑和奠定理论基础,对加快连铸保护渣的国际流通、产品认证、质量追溯有重要作用,对推动生产高质量钢种及特殊钢种技术开发有重要战略意义。

CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-MgO系模铸保护渣微观结构解析

为明晰化学成分变化对模铸保护渣物性的影响机制,采用Raman光谱对CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-MgO系熔融模铸保护渣的微观结构进行了解析.熔体结构解析结果表明,熔渣中存在Q_(Si)^(0),Q_(Si)^(1),Q_(Si)^(2),Q_(Si)^(3),Q_(Si)^(4)五种硅氧四面体结构和Q_(Al)^(2),Q_(Al)^(3),Q_(Al)^(4)三种铝氧四面体结构,随着碱度升高和Al_(2)O_(3)质量分数减小,高聚合度四面体结构向低聚合度转变,熔渣非桥氧数增多,聚合程度降低.物理性质测试结果表明,黏度随Al_(2)O_(3)质量分数增大而升高,随碱度的升高而降低;表面张力随Al_(2)O_(3)质量分数的增大而减小,随碱度的升高而增大,这与熔渣微观结构转变行为相符.探讨了渣金界面反应对模铸保护渣微观结构、物理性质及卷渣行为的影响.

Al_(2)O_(3)对超高碱度连铸保护渣理化性能的影响

Al_(2)O_(3)是一种两性氧化物,在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征,而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为,是冶金熔渣中常见的一种组元.以超高碱度保护渣(综合碱度R=1.75)为研究对象,分析了Al_(2)O_(3)对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律.研究结果显示:渣中Al_(2)O_(3)质量分数每增加1%,熔化温度上升5℃左右,转折温度下降12℃左右,开始结晶温度平均下降11℃左右.平均结晶速率随渣中Al_(2)O_(3)质量分数的增加而减小.且随着Al_(2)O_(3)质量分数的增加,保护渣结晶矿相中晶体比例逐渐降低,但晶体保持枪晶石的种类不变.

连铸保护渣熔点与黏度模型及其预报效果比较

连铸保护渣是连铸过程重要的辅助材料,其熔点和黏度等性能的测量耗时且贵,开发计算模型获取炉渣物理性质是发展方向之一。目前已建立了众多的保护渣熔点和黏度计算模型,但各模型都有其适用渣系及预测的不确定性,因此需要开展系统的分析和评价。结合文献中连铸保护渣渣系组成、熔点和黏度数据,考察了各模型的预报效果,得到了不同模型的适用范围及其预测相对误差范围。结果表明:各计算模型都有一定的适用性和局限性,熔点计算模型平均误差可以小于10%,黏度计算模型平均误差可达到30%~35%,对进一步提高模型精度提出了发展建议。

Cr13型马氏体不锈钢方坯连铸保护渣的开发

针对特钢厂4机4流连铸机生产的2Cr13、3Cr13、4Cr13铸坯表面凹陷、纵裂缺陷进行分析和研究,通过工艺措施解决了Cr13型马氏体不锈钢铸坯的表面凹陷和纵裂问题。采用预熔型保护渣,其中SiO_(2)和CaO均为28%~31%、Al_(2)O_(3)为6%~9%、Na2O为7%~10%、F-为3%~6%,以及综合配碳,尤其是增加炭黑的加入量,总C含量为15%~18%。保护渣碱度控制在1.0左右,熔化温度为1130~1150℃,1300℃时黏度为0.40~0.55 Pa·s;保护渣转折温度为1140~1180℃,结晶率约为48.8%。控制中间包内2Cr13钢液过热度≤30℃,3Cr13和4Cr13钢液过热度≤35℃;连铸过程中采用自动加渣方式,控制适宜的渣层厚度并保持液面稳定。

B_(2)O_(3)对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣性能的影响

借助高温物性测试仪、黏度仪、原位热分析仪及傅里叶变换红外光谱仪等,研究了B_(2)O_(3)含量对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能的影响。结果表明,当B_(2)O_(3)含量为7%时,无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能最佳。