氟对连铸保护渣熔体、玻璃和晶体微结构的影响

连铸保护渣的物化性质与其结构密切相关。而氟化物对调节连铸保护渣高温物化性能具有重要作用,因此研究氟对多元硅酸盐结构影响有助于深入了解氟的作用特性,进而为环保型连铸保护渣的开发奠定理论基础。论文通过拉曼光谱研究了氟对保护渣高温熔体、玻璃及晶体中硅酸盐微结构单元的影响。结果表明:随着CaF2含量的增加,硅酸盐微结构单元种类和相对数量发生变化,硅酸盐网络化程度降低,熔体粘度减小;在性能相近的无氟渣和高氟渣中,高氟渣晶体中硅酸盐微结构单元主要为单体结构硅酸盐,无氟渣主要为链状结构硅酸盐。论文研究结果对无氟保护渣的开发具有一定的指导意义。

硼对无氟保护渣熔渣微观结构的影响

在钢铁行业产能过剩和节能减排的背景下,积极寻找保护渣中氟的替代物,开发新型无氟保护渣已成为实现绿色高效化连铸生产的重要途径。硼作为氟的理想替代物以其经济成本和助熔效果的优势,成为无氟保护渣技术新的研究热点,并被认为具有最广泛的应用前景。为探究含硼无氟保护渣的熔化结晶机理,从熔体微观结构变化的角度阐明含硼无氟渣黏度性能变化的内因,以期实现其工业化应用,选用高炉渣、石灰石、石英砂、纯碱和硼砂作为主要原料制备含硼无氟保护渣,结合拉曼光谱技术和Scigress分子动力学模拟对无氟保护渣熔渣的键长、配位数和结构单元等微观结构进行了系统研究。结果表明,随着硼砂质量分数从4%增加到16%,熔渣中硼氧骨干的结构发生较大变化,B—O的平均配位数从3.028增加到3.096,Si—B的平均配位数从0.229增加到0.898,[BO_(3)]三面体转变为[BO_(4)]四面体,B—O的平均键长保持1.375 nm不变;熔渣中桥氧数量增加,结构单元由简单的岛状结构、环状结构向着复杂的层状结构和架状结构转变,形成了复杂的硼硅酸盐结构,使熔渣聚合度升高,导致原子基团和离子的迁移阻力被加强,不利于晶体的成核和生长,抑制了保护渣的结晶,从而使熔渣黏度进一步降低。综合来看,含硼无氟渣系中硼砂质量分数为7%~16%时,熔渣聚合度较高,网络结构较复杂,黏度稳定性较好。