连铸保护渣结晶与传热机理研究

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1、中图分类号!盥UDC620博士学位论文学校代码!Q5三3密级公珏连铸保护渣结晶与传热机理研究StudyoftheCrystallizationandHeattransferBehaviorsofMoldFluxduringContinuousCasting作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期2翌堡垒笠丑!!日周乐君冶金工程钢铁冶金冶金与环境学院王万林教授答辩委员会主府啦中南大学2013年06月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论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过的

2、研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者躲舷导师签名轷吼捌年上月匕日中南大学博士学位论文摘要连铸保护渣结晶与传热机理研究摘要：随着经济发展

3、和社会进步，市场对钢种需求呈多样化趋势。不同钢种连铸过程对保护渣性能要求不同。在保护渣众多性能中，结晶和传热性能最为关键。因此，采用先进的可视化技术，开展保护渣结晶性能和传热性能研究，考察保护渣主要构成组分对结晶和传热的影响，以及结晶器壁与凝固坯壳之间保护渣的三层(液态层、结晶层、玻璃层)分布规律，在此基础上探讨和总结保护渣结晶和传热机理，对设计、开发高性能保护渣，解决连铸过程存在的问题，保证连铸过程顺利进行来说意义重大。本文首先采用单丝热电偶技术(SHTT)和红外发射技术(IET)，研究碱度(R)对保护渣等温结晶、连续冷却结晶和传热性能的影响规律，并分析了保护渣等温结晶机理。结果显示：1)

4、R=O．8保护渣TTT(Temperature．Time．Transformation)曲线为单“C”形，结晶相为Ca4Si207F2；R=I．0、1．1和1．2的保护渣T1『T曲线均呈双“C”形，低、高温析出相分别为CaL4Si207F2和CaO·Si02；而且碱度升高，等温结晶孕育时间减少。2)CCT(Continuous．Cooling．Transformation)图显示，保护渣临界冷却速率随碱度的增加而增大。3)动力学研究表明，增加碱度，保护渣的结晶机理由R=0．8时的常数形核、一维长大，转变成R=I．2时的常数形核、三维长大，并且结晶活化能减少，表明碱度增加将显著地促进保护渣结晶

5、。4)传热实验显示：碱度增加，稳定段热流密度降低，界面热阻增加；传热实验后的渣片结晶层厚度和结晶分数也随碱度增加而增加。其次，同样采用SHTT和IET技术，研究A1203含量对高铝钢保护渣结晶和传热性能的影响。结果显示：1)除Al：0，含量7％的保护渣外，其它三种保护渣TTT图均为双“C”形；其中A1203为20％和30％时，低温相为枪晶石和霞石(NaAlSi04)，高温相则为NaAlSi04和CaF2；当A1203为40％时，高温相出现了钙铝黄长石(Ca2A12Si07)。2)从CCT图可以看出，随着A1203增加，保护渣连续冷却结晶的临界冷却速率先增大后减小。3)结晶动力学分析表明，Al

6、：O。含量为7％和20％时，等温结晶过程主要为常数形核、一维生长；而Al，O，含量30％矛n40％时，则分别采取常数形核、介于二维和三维，以及介于一维和二维的方式生长；并且氧化铝含量增加，结晶活化能先减少后增加，因此氧化铝对保护渣结晶影响显两性。4)传热实验方面，中南大学博士学位论文摘要氧化铝含量增加，稳定段热流密度先减少后增加，界面热阻先增大后减小；传热实验后的保护渣结晶层厚度和结晶分数随A1203含量增加呈先增大后减小的趋势。接着，采用双丝热电偶技术(DHTT)模拟结晶器壁和凝固坯壳间温场分布，直接观察研究低、中碳钢保护渣的三层变化规律。同时采用扫描电镜(SEM)和EDS，对不同温度、不

7、同母相中析出的晶体形貌和物相进行分析，获得其析晶规律。结果显示：1)当低温端快速降温时，低碳钢保护渣中首先形成玻璃层，然后晶体分别从玻璃相和液相中析出；而中碳钢保护渣中晶体则直接从液相中析出。当达到稳态时，低、中碳钢保护渣高温端都保留约0．2mm的液态层，中间绝大部分为结晶层，不同的是低温端低碳钢保护渣有少量的玻璃层而中碳钢保护渣则没有。2)SEM和EDS分析发现，整个低碳钢保护渣由两个玻璃相区和两个结晶相区