无氟连铸保护渣熔渣微结构及机理研究

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1、中图分类号：TF777.1论文编号：2017302121UDC：密级：公开硕士学位论文无氟连铸保护渣熔渣微结构及机理研究作者姓名：田阔学科名称：冶金工程研究方向：凝固理论与铸坯质量控制学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月4日申请学位类别：工学硕士导师姓名：王杏娟副教授单位：华北理工大学冶金与能源学院论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年3月3日答辩委员会主席：王书桓教授关键词：无氟保护渣；热力学；动力学；微结构；黏度；结晶唐山华北理工大学2018年03月StudyonMicrostructureandMechanis

2、mofFreeFluorineMoldFluxDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbyTianKuo(MetallurgicalEngineering)Supervisor:WangXingjuanMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，

3、除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：2018年03月07日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交

4、流的时间：□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年03月07日签字日期：2018年03月07日摘要摘要氟化物具有降低保护渣的黏度、促进晶体析出等好处；同时也带来损害人体健康及污染环境等一系列问题。因此，冶金工作者寻求氟的替代物。在无氟连铸保护渣的代替物中一般有Li2O，Na2O，MgO，TiO2，B2O3及BaO。但是前三种氟代替物无论在含氟还是无氟保护渣中，为公认的保护渣熔剂，这些成分的理化性能被研究较多，基于此，主要对B2O3，BaO及TiO2三种氟替代物进行研究。以现场用含氟保护渣为基样，利用保护渣黏度设备及结晶测试装置进行

5、含氟渣冶金性能测试，结合Scigress动力学软件深入分析含氟保护渣微结构与冶金性能之间的关系。通过Factsage热力学软件绘制无氟渣相图，宏观上确立氟替代物对保护渣的影响，据此配制无氟保护渣。系统测试不同部分组分保护渣冶金性能的影响规律，通过Factsage热力学软件和Scigress分子动力学软件分析无氟保护渣微结构，探究其机理变化规律。得到主要结论如下：1）随着CaF2含量的提高，保护渣黏度降低，保护渣结晶越来越容易。CaF2使熔渣网络体的聚合度降低，从而导致保护渣黏度的降低，质点容易在熔渣中流动易形成晶体。2）TiO2含量在3%~9%之间黏度降低，9

6、%~11%黏度升高。结晶性能随着TiO2含量的增加而增强。TiO2含量在3%~7%，TiO2显碱性，TiO2含量大于7%时TiO2显酸性。根据动力学计算，随着TiO2含量增大，溶渣的聚合度增加，但由于Ti化物属于高熔点析出物，不会影响其结晶性能，会恶化流动性能。3）B2O3可以降低保护渣的黏度，当B2O3含量大于5%是黏度降低速率变缓；B2O3抑制晶体的析出，当含量大于9%是保护渣不出现晶体。根据动力学计算，熔渣的聚合度随着B2O3含量的增加而增加，聚合度的增加导致质点移动困难，因此，结晶性能越来越差。4）随着BaO含量的增加保护渣黏度降低，根据动力学模拟，B

7、aO极易失去O原子，导致溶渣聚合度降低，溶渣黏度降低。Ba离子的半径较大，核外电子云排斥力也较强，在熔体中移动遇到的阻力大。离子在熔渣中移动困难，导致含BaO的保护渣结晶能力变差。图59幅；表18个；参70篇。关键词：无氟保护渣；热力学；动力学；微结构；黏度；结晶分类号：TF777.1-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractFluoridecanreducetheviscosityoftheslagandpromotethecrystallizationofthecrystal.Atthesametime,italsobringsaboutaseries

8、ofproblemssuchasdam