高碱度连铸结晶器保护渣液渣膜粘度特性研究

在包晶钢板坯连铸生产过程中,通常使用结晶性能较强的高碱度保护渣以减小渣膜传热量,但易引起摩擦力增大的问题。通过计算和实验,模拟讨论了高碱度保护渣析晶后液渣膜成分和粘度变化趋势。结果表明随着枪晶石的析出,剩余液渣膜碱度降低、粘度增大,特别是析出量超过40%之后这种趋势更加突出。为此提出通过提高保护渣原始碱度以减小析晶对液渣膜粘度性能影响的研究思路,并初步讨论了提高碱度后保护渣的粘度特性变化趋势,结果表明当碱度大于1.3时,熔渣粘度明显减小,且粘温特性相对稳定。可为高拉速包晶钢板坯连铸保护渣设计提供参考。     

连铸保护渣的选用

本文概述了连铸通用型板坯,高拉速板坯,薄板坯和方坯等的结晶器所用保护渣的选用,以及在选用时应注意的方面（钢种,保护渣耗量,液渣层厚度,熔化速度,振动参数等）。     

连铸保护渣化学成分对结晶温度的影响

采用二次回归正交设计研究保护渣中碱度R、Na2O、F、MgO、Al2O3含量对结晶温度的影响。并提出一回归方程。结果表明：R、F提高结晶温度,Na2O3、MgO、Al2O3则降低结晶温度,其中以Na2O、F为主。渣中低含量成分中,对结晶温度都有不同程度的降低,ZrO2、SrO则作用不大。     

保护渣碱度对薄板坯结晶器平均热流量的影响

在钢的连铸过程中,钢水在结晶器内的凝固对铸坯的产量和质量均有很大影响,几乎所有的铸坯表面缺陷均形成于结晶器内。近年来,随着连铸拉速的增加及对铸坯表面质量要求的提高,有关结晶器冷却、传热对钢水的初始凝固及表面纵裂纹影响的研究成为连铸科学研究的重点。结晶器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境,保护渣控制传热为常用的措施。薄板坯浇铸时由于拉速高,为获得表面无缺陷铸坯,对保护渣控制传热的要求更高,同时也需协调保护渣的润滑功能。通过生产试验,研究比较3种碱度保护渣（CaO/SiO2分别为1.06、1.26和1.48）对薄板坯结晶器平均热流量的影响,发现与低碱度保护渣相比,使用高碱度保护渣时,结晶器热流量最低,有利于实现弱冷却,形成均匀凝固坯壳,在一定拉速条件下浇铸裂纹敏感钢种时有助于获得良好表面质量的铸坯。     

连铸板坯保护渣的选用

对板坯连续保护渣的基本原理作了描述，包括拉速、保护渣性能、振动特性对液渣层厚度、保护渣耗量和传热速率的影响。     

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。     

高碳钢连铸保护渣的性能

为了研究高碳钢保护渣在连铸过程中的匹配性,对典型工业高碳钢保护渣的熔化、润湿、黏度、渣膜分布,以及传热性能进行研究。结果表明,4个高碳钢保护渣的开始熔化温度范围为1 110~1 129 ℃,润湿角范围为30.1°~37.8°,黏度范围为0.210~0.312 Pa·s,转折温度范围为1 046~1 130 ℃,渣膜的液态层比例为14.7%~18.9%。其中,1号高碳钢保护渣熔化温度较低(熔化区间1 110～1 345 ℃)、黏度较低(0.264 Pa·s)、渣膜液态层较高(比例为18.9%)、转折温度(1 059 ℃)和控热能力均适宜,表明该渣在高碳钢连铸结晶器中可以迅速熔化,形成足够的液态渣,并从弯月面渗入渣道,形成均匀的渣膜,从而润滑铸坯,避免黏结漏钢和裂纹等缺陷,保障高碳钢连铸的顺行。     

对连铸保护渣设计的探讨

本文通过对连铸保护渣碱度、粘度、表面张力、熔点熔速、析晶温度等物性参数的分析总结,提出调整这些物性参数的方法,并根据实际连铸机设备条件及所浇钢种提出与之相适应的保护渣,最后对保护渣的发展进行了展望.     

连铸保护渣对GCr15轴承钢铸坯渣沟缺陷的影响

为了解决GCr15轴承钢连铸坯表面渣沟缺陷的问题,系统分析了所用保护渣的理化性能,以改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点提出两种保护渣解决方案,并进行了工业试验。试验结果表明,采用低黏度、低熔点、烧结性能适宜的保护渣对改善铸坯渣沟缺陷效果显著。1 300℃时,保护渣高温黏度由0.35~0.55降低到0.15~0.25Pa·s,熔点由1 180~1 220降低到1 060~1 110℃,消耗量从0.27提到至0.35kg/t(钢),铸坯表面渣沟缺陷得到解决。     

连铸保护渣膜的晶体结构分析

通过对渣膜结构的分析,得出结晶器壁与凝固坯壳问的保护渣渣膜的厚度、层状结构与其离弯月面的距离有着密切的关系,对结构真实性并进行了理论分析。     

保护渣对430不锈钢铸坯表面质量的影响

针对太钢(TISCO)430不锈钢连铸坯表面存在结疤、凹陷等质量问题,采用半球点熔点仪、黏度仪、扫描电镜等方法,系统研究了保护渣理化性能、连铸结晶器振动参数以及冷却强度对表面缺陷的影响。结果表明,保护渣黏度低、结晶性能弱是造成铸坯表面缺陷的主要原因。为此,通过优化保护渣的化学成分,将保护渣的黏度由0.20提高至0.33 Pa·s,改善了渣膜的均匀性;碱度由1.00提高至1.16,提高了保护渣控制传热的能力。从而消除了铸坯结疤、凹陷等缺陷,实现了铸坯无修磨。同时,受保护渣中氟含量和黏度的影响,浸入式水口的寿命明显提升,连浇炉数由10炉提高到12炉。     

表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律. 基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用. 结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅. 添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌. 随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.     

Dynamic surface tension measurements on molten metal-oxygen systems: model validation on molten tin

A theoretical model on oxygen transport at the surface of liquid metals has been validated by dynamic surface tension measurements performed on liquid tin as test metal. The oxygen contamination conditions have been obtained at different oxygen partial pressures under low total pressure conditions (Knudsen regime), confirming that an oxide removal regime occurs under an oxygen partial pressure much higher than the equilibrium one (the “Effective Oxidation Pressure”). Experimental results are reported which give a new insight on the relative importance of the various processes due to the oxygen mass transport between the liquid metal and the gas phase. The critical aspects involved in surface tension measurements of liquid metals, related to the problem of liquid metal–oxygen interactions, are also carefully underlined.     

氧化铝表面粗糙度对熔融铅润湿性及表面张力的影响

表面粗糙度是高温下的液态金属/陶瓷润湿性的重要影响因素.在923～1123 K的温度范围内研究氧化铝表面粗糙度对铅液滴接触角、接触直径、液滴高度、表面张力的影响.在冷却后使用SEM观察铅/基底界面的微观结构.通过使用几何平均法计算氧化铝基板的表面自由能进而解释铅液滴润湿行为的机理.结果表明,在铅液滴/氧化铝陶瓷系统中,...     

吹氩条件下结晶器钢渣液面波动行为

为深入揭示不同工艺条件下结晶器钢渣界面行为,采用Fluent流体力学软件对某钢厂断面为1 000 mm×230 mm的结晶器进行数值模拟。分析不同拉速(0.9~1.5 m/min)、水口倾角(12°~15°)和氩气流量(0~6 L/min)对结晶器钢渣界面波动的影响。结果表明,吹氩量为4 L/min时,拉速的增加会减小氩气泡上浮对结晶器水口附近钢渣界面的扰动,但靠近结晶器窄面处波高会随着拉速增大而加剧;氩气流量的增加使水口周围钢渣界面波动加剧,窄面附近波动由于氩气泡上浮对钢液湍动能的消耗增加而变得平稳;水口倾角对钢渣界面影响较大,倾角较小时,氩气泡上浮距离变短,水口周围和窄面附近波高和速度都比较大。     

焊剂成分对INCONEL 625丝极埋弧焊粘渣的影响

根据INCONEL 625丝极埋弧焊焊剂研制过程中的试验数据和相关资料,对几种常用成分对烧结焊剂粘渣的影响进行了简单介绍和分析。试验结果表明,容易粘渣的焊剂通常具有熔点低,氧化性高,流动性较好的特点。含有大量CaSiO_3和SiO_2的焊剂粘渣严重,为横条状和膜状粘渣。只含有SiO_2不含CaSiO_3的焊剂通常只有膜状粘渣。只含有CaSiO_3不含SiO_2的焊剂通常只有横条状粘渣。TiO_2较多时容易产生横穿焊道的条纹状粘渣,TiO_2较少在焊道两侧产生条纹状和小颗粒状粘渣。CaCO_3由于在焊接过程中分解出氧化性较强的CO_2,造成布满焊道表面的块状粘渣。CaF_2为主要成分(70%以上)的焊剂,在高温时渣壳易发生崩裂,造成布满表面的颗粒状粘渣。Al_2O_3、CaO和MgO等高温稳定的氧化物,氧化性较低,在焊接过程中不会由于过多氧化合金元素而造成粘渣,但是这些成分能够通过改变焊剂的熔点、粘度、流动性影响粘渣程度。     

A numerical simulation of the thickness of molten mold flux film in continuous casting

The lubricative quality of the liquid flux film formed between a solidified shell and a mold in continuous casting is investigated in this study. Specifically, the effects of the thickness of the liquid flux film and the difference in the thickness between the top and the bottom of the film on the pressure force involved in compensating the ferrous static pressure of cast steel are investigated using a numerical simulation of the fluid flow in the film. The experimentally observed relationship between the operational conditions and the mold flux consumption can be explained using calculated results. The analysis also shows that the shape of the flux film is not uniquely determined by the force balance between the static pressure of the cast steel and the internal pressure of the film.     

连铸坯在结晶器中表面热流分布规律的研究

文中所述结晶器中铸坯表面等效热流分布规律，较好地反映了铸坯在结晶器中随铸造过程的变化规律，完善了原有模型。通过实例计算，可以看出利用该规律所得的结果更符合实际情况，特别是在铸坯角部附近。     

连铸坯拉速对结晶器卷渣现象的影响

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,采用大涡模拟方法对结晶器内的卷渣现象深入分析。结果表明,在连铸坯拉速较低的情况下,结晶器流场较为稳定,钢液冲击速度较小,上返流速度较小,界面波动幅度不大。在高拉速的情况下,钢液冲击速度增加,渣金界面速度及卷渣数量明显提高。通过界面最大速度分析,建立了一个临界卷渣速度的计算准则,发现不同拉速情况下的临界卷渣速度是不一样的,造成这种现象的原因在于卷渣机理的不同。本模型对控制常规板坯高拉速连铸生产具有一定指导意义。