氧化硼对保护渣中TiO2溶解动力学的影响

含钛钢连铸过程中,部分TiO₂夹杂物进入保护渣,导致渣性能恶化,进而影响铸坯质量。采用旋转法,研究了TiO₂在保护渣中的溶解速率与旋转速度、温度、B₂O₃含量等因素的关系。结果表明,TiO₂在保护渣中溶解速率与棒旋转的角速度的平方根成正比;且在温度升高时,TiO₂在保护渣中的溶解速率有明显的上升;在w(B₂O₃)=0～9%时,随着B₂O₃含量上升,TiO₂溶解速率升高,溶解活化能由162.99降至123.95 J/mol,但B₂O₃含量对溶解速率的影响要明显小于温度的影响。以上研究结果较好阐明了TiO₂在保护渣中的溶解机理,为含钛钢连铸过程提供一定的参考。     

钢渣反应对高钛钢保护渣物化特性的影响

针对高钛钢连铸过程中钢渣反应及反应前后保护渣性能变化的问题,以高钛钢连铸保护渣为研究对象,通过实验室钢渣反应研究了钢渣的反应性,并对比了2种不同TiO₂含量的连铸保护渣与高钛钢反应前后组分和性能的变化。试验结果表明,在钢中钛质量分数为0.68%时,保护渣中的TiO₂质量分数由10%增加到15%,钢渣间均存在着钢中钛与保护渣中氧化物组分的反应,但TiO₂含量的增加明显抑制了钢渣反应的进行;钢渣反应前后保护渣熔点、黏度和转折温度略有增加;研究的高钛钢保护渣结晶矿相主要为LiTiO₂和BaTiO₃结晶相,钢渣反应对保护渣的主要结晶矿相种类影响较小。     

TiO2和Al2O3对CaO-SiO2-CaF2基础焊接渣系熔化特性的影响

研究了TiO₂和Al₂O₃对CaO-SiO₂-CaF₂基础焊接渣系黏度、熔化温度、表面张力等熔化特性的影响，并利用XRD和拉曼光谱分析四元焊渣的物相和结构特征.结果表明，TiO₂含量增加会显著降低焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力，提升熔渣流动性；Al₂O₃含量增加会使焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力先略有升高后明显降低.CaO-SiO₂-CaF₂-TiO₂和CaO-SiO₂-CaF₂-Al₂O₃四元焊渣完全熔化后，其黏度均在0.2 Pa·s以下，继续升温对黏度无显著影响，低于熔化温度后，焊渣随温度降低迅速凝固，呈明显的短渣特性.经XRD和拉曼光谱分析可知，四元焊接熔渣中主要含具有硅酸盐网络结构的Ca₄Si₂O_...     

碱度与BaO含量对保护渣理化性能的影响

为获得适用于高拉速薄板坯生产的高结晶高润滑性保护渣组分范围，综合旋转黏度计、四探针法电导率测定仪、半球点熔点仪、X射线衍射分析仪，研究碱度和BaO质量分数对保护渣理化性能的影响规律。试验结果表明，保护渣碱度提高，熔点、转折温度、开始析晶温度、析晶比例均呈现先降低后升高的规律，而高温黏度变化较小，其中，转折温度和析晶比例分别在碱度为1.65和1.55时达到最低值；析晶矿相中枪晶石Ca₄Si₂O₇F₂矿相析出量减少，Ca₅MgSi₃O₁₂和CaF₂矿相析出量增加。当碱度相同时，保护渣中BaO质量分数增加，熔点略微降低；高温黏度呈现小幅波动；转折温度先降低后升高，在BaO质量分数为6%时最低；开始析晶温度降低，且开始析晶温度越来越接近转折温度。综合而言，碱度为1.65、BaO质量分数为6%的保护渣最有利于润滑和传热的协调控制。     

高铝钢用保护渣结晶行为

结晶特性是保护渣最重要的理化指标之一,直接影响着连铸坯表面质量和连铸顺行。以高铝钢用传统低碱度CaO-SiO₂系和新型CaO-Al₂O₃系保护渣为对象,采用单丝热电偶技术和扫描电镜对保护渣液相结晶/玻璃相结晶的结晶温度、演变过程和微观形貌进行了研究。结果表明,液相结晶过程中CaO-Al₂O₃系保护渣更容易结晶,而玻璃相结晶过程中CaO-SiO₂系保护渣更容易析出晶体。此外,上述两种保护渣均具有较快的液相结晶速度,且液相结晶与玻璃相结晶的生长方式和形貌存在明显差异。     

保护渣对铝钛系夹杂物溶解的吸收规律

以CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-CaF₂-MgO为基础渣系,采用旋转动力学方法研究了不同碱度、BaO质量分数(0~15%)、B₂O₃质量分数(0~15%)对连铸保护渣吸收Al₂O₃或TiO₂速率的影响以及吸收前后矿相变化。结果表明,保护渣吸收TiO₂的速率要远大于吸收Al₂O₃的速率;添加BaO或B₂O₃后均能提高保护渣吸收Al₂O₃和TiO₂的能力;保护渣主要物相为钙镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO₂)、钙铝黄长石(2CaO·Al₂O₃·2SiO₂)、枪晶石(3CaO·2SiO₂·CaF₂)及玻璃相(Na₂O·Al₂O₃·SiO₂);添加BaO后,钙镁黄长石转变为重硅酸钡钙镁(2CaO·MgO·2SiO₂·BaO),并抑制黄长石和枪晶石晶体长大;当添加B₂O₃的质量分数不低于10%,保护渣形成的物相为玻璃相。试验条件下,不同碱度的保护渣和添加B₂O₃的保护渣中TiO₂仍以TiO₂形式存在,而在添加BaO的保护渣中,TiO₂形成钙钛矿。     

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。     

BaO对CaO-Al2O3基保护渣熔化温度、结晶及微观结构的影响

CaO-Al₂O₃基保护渣在解决高铝钢连铸过程渣-金反应性问题中展现了巨大潜力,但仍存在结晶能力过强、熔化温度偏高等问题。因此,研究了BaO对CaO-Al₂O₃-CaF₂-B₂O₃-Na₂O-Li₂O-MgO多元渣系熔化温度、结晶行为和微观结构的影响。研究结果表明,BaO的加入降低了渣系软化温度和熔化温度,随着BaO含量的增加,降低程度减弱;BaO的加入使渣系结晶相由Ca₁₂Al₁₄O₃₃和Ca₃B₂O₆ 2相共同析出转变为Ca₁₂Al₁₄O₃₃、Ca₃B₂O₆和BaAl₂O₄ 3相共同析出,且随着BaO 的增加,渣系结晶温度降低,结晶能力减弱;Ba2+对[AlO₄]5-具有较强电价补偿效应,使其能够稳定存在,Al-O网络结合更为紧密,游离O2-难以进入孔隙中破坏桥氧链接,从而导致网络聚合度轻微升高,原子扩散能力降低,提高了结晶动力学势垒,抑制了结晶。     

保护渣黏度对连铸润滑影响的模拟仿真

保护渣的黏度是评价连铸过程润滑效果的重要指标,合适的黏度是保证连铸过程均匀润滑和传热的关键。基于多相流和热焓-多孔介质模型,建立了二维非稳态模型研究结晶器振动过程弯月面处液渣的流动行为,对比了不同黏度的保护渣的润滑过程的差异。黏度测试结果表明,超低碳钢保护渣添加质量分数9%的Al₂O₃后,保护渣高温(1 300 oC)黏度明显升高,黏度-温度曲线特征表明保护渣逐渐由结晶渣变成玻璃渣。计算结果表明,黏度增大后,弯月面处液渣的流动速度减小,液渣膜厚度减薄,渣消耗量减少,且在不同的振动周期内液渣膜厚度和渣消耗量变化无明显的周期性变化。     

连铸结晶器保护渣的应用与分析

介绍并分析济钢连铸使用的保护渣的理化性能，结合生产实际及对保护渣物理性能的研究，优化各项性能指标，选择与应用了高碱度、低熔点、低黏度、低凝固温度的预熔空心颗粒保护渣，使铸坯一次合格率达到98％以上，消除了由此造成的漏钢事故，满足生产工艺要求。     

Q195热轧带钢凝固冷却过程非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了控制Q195钢中非金属夹杂物在凝固冷却过程的转变,采用ASPEX自动扫描电镜研究了实际生产凝固冷却过程夹杂物的转变,并用FactSage软件理论计算了这一过程夹杂物转变的热力学原理。研究结果表明:Si-Mn-Al复合脱氧Q195热轧带钢中间包内夹杂物主要成分为SiO2-MnO-Al2O3,连铸坯中硫化物夹杂质量分数急剧升高,氧化物夹杂中SiO2质量分数升高,MnO质量分数下降。钢中夹杂物成分与尺寸有明显对应关系,中间包内夹杂物尺寸越大,Al2O3质量分数越多,SiO2质量分数越低;铸坯中夹杂物尺寸越小,MnS质量分数越高,氧化物夹杂尺寸越小,SiO2质量分数越高。FactSage热力学计算表明,在钢凝固冷却过程,钢中会析出SiO2相、Mn2Al4Si5O18相和MnS相,析出相尺寸一般较小,使小尺寸夹杂物中SiO2和MnS质量分数升高,热力学理论计算可以较好地解释夹杂物成分在凝固冷却过程的转变。     

精炼渣成分对42CrMo钢洁净度的影响

为了研究不同精炼渣对42CrMo钢中洁净度和夹杂物数量、尺寸的影响,采用渣-钢平衡试验和FactSage热力学理论研究了CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO四元渣系对42CrMo钢中洁净度和夹杂物控制的影响规律。结果表明,当初渣碱度(CaO/SiO₂的质量比)和钙铝比(CaO/Al₂O₃的质量比)分别为5和1.8时,能将钢中T.[O]质量分数降至7.5×10^-6,同时夹杂物尺寸控制良好,均小于8μm,在该渣系条件下,42CrMo钢的精炼效果最好;研究还表明,钢中夹杂物成分受渣系影响较大,特别是钢中夹杂物Al₂O₃含量受渣中Al₂O₃活度影响较大,Al₂O₃活度高的精炼渣渣系去除夹杂物Al₂O₃的能力弱,导致此精炼渣系下钢中夹杂物Al₂O     

厚板包晶钢保护渣的开发与应用

针对宝钢3号厚板连铸机改造投产后原保护渣不适应问题,结合铸机工艺特点对包晶钢用保护渣进行了研制开发,提出了一种高黏度、高析晶温度的设计方案,在实验室研究了碱度、Na₂O、F等成分组元对析晶温度的影响。结果表明,在所研究的质量分数范围内,降低F质量分数对提高析晶温度是有利的,Na₂O质量分数为4%时析晶温度最高,碱度越高,析晶温度也越高。通过降低碱度和F质量分数可实现提高黏度的目标,优化F、Na₂O的质量分数以弥补低碱度的不足。先后开发了3种保护渣,稳步提高析晶温度,确保保护渣在试验过程中不至于因润滑功能不足而影响正常的连铸生产。经一年多的生产实践,析晶温度超过1 200 ℃的包晶钢保护渣完全满足要求。经批量应用,铸坯纵裂发生率年平均值降到了0.26%,达到了预期目标。     

纳米氧化物合金化对低合金高强钢熔敷金属组织和性能的影响

针对新型钢铁材料焊缝熔敷金属的韧化问题,采用直接氧化物合金化这一新型方法,通过焊接材料实现了纳米氧化物颗粒向液态熔池中的过渡,研究了纳米氧化物对低合金高强钢焊缝熔敷金属组织性能的影响. 结果表明,纳米Al₂O₃,TiO₂和稀土氧化物的添加使焊缝中生成了大量弥散分布、尺寸为0.2～0.8 μm的细小球形复合夹杂物,有效提高了针状铁素体的形核能力,形成了大量板条束尺寸约1～2 μm、且均匀分布的针状铁素体. 纳米氧化物的添加使熔敷金属的冲击韧性显著提高,尤其是添加二氧化钛和稀土氧化物的焊缝,其-20℃冲击韧性达到了150 J/cm2以上,比无氧化物添加的焊缝冲击韧性提高67%.     

含钛微合金钢凝固过程中TiN的析出行为分析

分别从热力学和动力学方面研究了低碳含钛微合金钢凝固过程选分结晶对TiN夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有TiN析出;由于凝固过程凝固前沿Ti、N元素富集,凝固分数达到0.377时,凝固前沿固相中开始析出TiN;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均有TiN析出。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程TiN夹杂物的尺寸显著增加,当冷速高于50 K/s时,TiN的理论半径为5.5 μm,当冷速低于5 K/s时,TiN的理论半径在17.5 μm以上;固相中析出的TiN为纳米级别。铸坯中TiN析出物主要尺寸为1~5 μm,且大尺寸夹杂主要在铸坯厚度方向的1/4处和中心处析出,这表明铸坯中的大尺寸夹杂物是在凝固过程中析出的。     

结晶器保护渣的润滑与传热控制功能剖析

对保护渣渣膜在润滑与控制传热两个方面的功能发挥进行了剖析,如黏-温曲线、转折温度,渣膜结晶状态和析出相进行了研究,并指出渣膜的转折温度、结晶率对润滑功能发挥起主要作用;而渣膜的闭孔率、表面粗糙度、枪晶石比例对控制传热功能具有关键性的影响。同时,对3种典型保护渣的渣膜凝固特性进行了研究,讨论了与钢种特性和连铸工艺相适应的保护渣基本性能参数,如碱度、熔点、黏度、转折温度、烧结性能、渣膜中气体等对发挥润滑与控制传热两个功能的影响。提出了保护渣管理方面需要重点控制的内容,如保护渣全水含量高低,生产过程中更换不同性能保护渣对传热与润滑的持续影响,液渣池深度的合理值等。