序言

正自20世纪60年代采用伸入式水口和保护渣浇铸以来,保护渣技术就逐渐融入连铸技术中,成为现代连铸技术的重要组成部分。随着以高拉速为技术特征的高效连铸技术推广、连铸品种的扩大和特殊品种的出现,保护渣在保证连铸工艺顺行和获得表面质量优良的铸坯方面的作用地位愈显突出。人们对保护渣的重视程度也在不断加强,勿容置疑,结晶器保护渣已成为连铸工艺中的一种关键性功能材料。     

CaO-SiO2-Al2O3-FeO-CaF2-La2O3-Nb2O5-TiO2渣系的活度计算模型

根据熔渣结构的分子离子共存理论,建立了CaO-SiO2-Al2O3-FeO-CaF2-La2O3-Nb2O5-TiO2八元渣系的活度计算模型.利用该活度模型,计算和分析了此渣系中铌、稀土、钛相关组元的活度变化规律.实验结果表明,模型计算结果与实际测量值能较好吻合;在本实验渣系条件下,含铌组元主要为FeO·Nb2O5,含镧组元主要为La2O3和La2O3·Al2O3,含钛组元主要为2FeO·TiO2和FeO·TiO2;随着渣中FeO质量分数的降低,含铌组元由FeO·Nb2O5转变为CaO·Nb2O5,而含钛组元主要由2FeO·TiO2和FeO·TiO2向TiO2转变;当渣中FeO质量分数较低时,ω(CaO)/ω(SiO2)成为影响铌和钛相关组元活度的重要因素,随着ω(CaO)/ω(SiO2)的增大,2CaO·Nb2O5和CaO·TiO2的活度明显增大.     

La对FeCrAl合金中非金属夹杂物的影响

为研究稀土La对FeCrAl合金中夹杂物类型及分布的影响,在热力学分析的基础上,借助SEM-EDS观察分析了夹杂物三维形貌及其成分,统计分析了夹杂物尺寸及数量。结果表明,1 600℃时FeCrAl合金中只存在单一Al₂O₃夹杂。凝固过程中,随着体系中固相率的增大,AlN在凝固前沿析出。加入质量分数为0.009 3%的La后,Al₂O₃被变质为LaAlO₃。La添加量为0.037 8%时,主要夹杂物类型为LaAlO₃+La₂O₂S,夹杂物数量明显增多,且随着保温时长的增加,La₂O₂S比例逐渐增加。La添加量为0.096 4%时,La₂O₂S比例进一步增加,保温60 min后,钢中只有单一La₂O₂S夹杂稳定存在。夹杂物聚合特性对夹杂物粒径影响显著。1 600℃下保温60 min,仅含...     

碱度对CaO-SiO2-Al2O3系熔渣微观结构的影响

为了明确精炼渣冶金功能的微观本质,本文模拟精炼渣的化学组成,采用拉曼光谱测定并解析了CaO-SiO2-Al2 O3系实验渣的熔体结构.结果表明,熔渣中Si4+以[SiO4]-四面体结构形式存在,随着碱度的升高,Q1Si和Q2Si含量减少,Q0Si含量增加;Al3+以[AlO4]-四面体和[AlO6]-八面体结构形式存在,并通过熔体非桥氧数的理论值和实验值得到了验证.碱度的升高促使[AlO6]-八面体向[AlO4]-四面体转变,[AlO4]-四面体的聚合程度也逐渐降低,其中Q4Al含量逐渐减少,并在碱度为3.98时完全消失;Q3Al含量先增加后减少,在碱度为3.98时达到最高;相对应地,Q2A含量逐渐升高.总的来说,随着碱度的升高,熔渣中复杂结构单元逐渐向简单结构单元转变,总体聚合度降低.     

Li2O对CaO-Al2O3基保护渣结晶性能的影响

摘要：高铝钢用新型CaO-Al2O3基连铸结晶器保护渣结晶性能较强，在连续浇铸过程中易出现润滑与传热功能协调不均的问题。基于此，针对新型CaO-Al2O3基保护渣，考察了典型助熔剂Li2O对保护渣析晶温度、析晶物相等性能的影响，并进行了相关结晶动力学分析。结果表明，提高Li2O含量可使保护渣的临界冷却速率和初始结晶温度呈现先降低后升高的趋势，当Li2O质量分数为4%时，保护渣结晶倾向最弱。随Li2O质量分数从0增至6%，保护渣的结晶孕育时间先延长后缩短。析晶物相由CaAl4O7+CaF2转变为CaAl4O7+CaF2+LiAlO2，Li2O的加入及其含量的提高促进了LiAlO2的析出。此外，随Li2O质量分数从0增至6%，保护渣结晶活化能先增大后减小，析晶过程受到的阻力先增强后减弱，与结晶性能的变化规律相吻合。     

含B2O3钙铝基连铸保护渣剪切变稀特性

为兼顾钙铝基连铸保护渣在结晶器弯月面上下方不同剪切速率区域的冶金功能,从非牛顿流体特性角度出发,研究了CaO-Al₂O₃-Li₂O-B₂O₃保护渣的剪切变稀特性。结果表明,在剪切稀化温度区间内,随着温度的降低,保护渣剪切变稀特性逐渐增强。在钙铝基保护渣中,B₂O₃对剪切变稀特性具有明显的抑制作用,该作用与其在硅酸系保护渣中的作用明显相反。在1 300 ℃下,B₂O₃质量分数由4%提高至6%时,保护渣剪切变稀特性逐渐减弱。当B₂O₃质量分数提高至8%时,保护渣转变为牛顿流体,剪切变稀特性消失。     

富镧CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣含铝压块自还原的行为研究

研究了二元碱度和La2O3含量对富镧CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣含铝压块自还原行为的影响。将实验渣粉末和金属铝粉混匀后,压制成Φ15mm的圆柱状块体,在中频感应炉中进行了富镧渣含铝压块自还原实验。在线取铁水试样,并通过王水溶解,另外,通过非水电解法分离铁基体与基体中的非金属第二相,用王水消解非金属第二相,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了还原入纯铁试样中的稀土镧总量和非金属第二相中的稀土镧含量,利用镧总量减去非金属第二相中的镧含量得到稀土镧在铁水中的合金化量。根据熔渣分子-离子共存理论建立熔渣活度模型,计算了1600℃时不同成分熔渣中La2O3的活度。结果表明,随着渣的二元碱度从1.05增加至3,熔渣中La2O3的活度有所下降,压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm下降至0.38ppm,回收率从13.72%下降至2.93%;随着渣中La2O3含量从0.15%增加至1%,熔渣中La2O3的活度随之增加,压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm增加至5.74ppm,回收率从13.72%下降至6.68%。     

CeAlO3夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为

钢中存在的大量高熔点稀土夹杂物会在连铸过程中引发水口结瘤问题。通过静态法和热丝法高温原位观察研究了CeAlO₃夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为。静态试验研究结果表明,CeAlO₃在溶解过程中会产生中间层。随着溶解时间的增加,CeAlO₃溶解程度加剧,溶解形成的中间产物CaCeAl₃O₇逐渐长大。热丝法(SHTT)原位观察试验表明,CeAlO₃颗粒在溶解过程表观尺寸先降低后增加最后保持相对稳定。CeAlO₃在当前熔渣的溶解通过与渣中CaO反应形成产物层,然后形成的产物层向渣中溶解。因此,CeAlO₃在当前熔渣中的溶解方式为间接溶解。     

CeAOl3在不同w(CaO)/w(Al2O3)保护渣中的溶解行为

稀土钢连铸过程中,结晶器内上浮至渣金界面的高熔点稀土夹杂物如果不能被保护渣有效的溶解吸收,进入保护渣后会改变渣的理化性能,影响连铸顺行。通过高温实验研究了Ce AOl₃在连铸保护渣中的溶解机制,探究了保护渣w(Ca O)/w(Al₂O₃)(简写为C/A)对溶解过程的影响。实验结果表明,Ce AOl₃溶解过程中,夹杂物-渣界面会形成Ce³⁺和Ca²⁺的浓度边界层。在C/A为0.8的保护渣中会形成中间产物Ca Ce Al₃O₇,随着C/A增加到1.0,中间产物Ca Ce Al₃O₇减少;继续增加C/A至1.2,中间产物消失。其溶解机制为,低C/A渣中Al O₄^5-较多,在浓度边界层中Ce AOl₃溶解形成的Ce³⁺与渣中Ca²⁺、Al O₄     

基于机器学习的转炉热损失率预测

转炉热损失率是影响物料消耗量预测精度的重要参数之一，利用某钢厂150 t转炉1 900炉次冶炼历史生产数据，在热损失率计算的基础上，采用机器学习算法实现了转炉热损失率的准确预测。预测结果表明，相比于支持向量回归(support vector regression, SVR)和随机森林(random forest, RF)算法，轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)算法的预测精度最高；考虑上炉次的影响，增加上炉次冶炼终点温度变量后，LightGBM算法的决定系数R²由0.89提高到0.93,在±0.005、±0.01范围内，热损失率预测命中率分别由85%、89%提高到90%、93%;另外，通过算法内部参数优化可进一步提高模型预测精度，对于LightGBM算法，决定系数R²和均方根误差E_RMS(root mean square error, RMSE)进一步分别达到了0.94、0.009,在±0.005、±0.01范围内热损失率预测命中率进一步分别提高到91%、...