【摘 要】
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CaO-Al2O3基保护渣可以有效解决传统CaO-Si O2基渣连铸高铝钢时的渣金反应问题,但其熔化温度与粘度较高,结晶相能力较强,晶相复杂,晶体形貌多样,导致铸坯与结晶器间传热与润滑控制困难。典型熔剂Ca F2和B2O3对渣系的物化性质有重要调控作用。因此,本课题研究了Ca F2和B2O3对CaO-Al2O3渣物化性质的影响,为CaO-Al2O3渣熔剂选择及成分优化提供理论参考。首先,通过分子动
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号5170040560）
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CaO-Al2O3基保护渣可以有效解决传统CaO-Si O2基渣连铸高铝钢时的渣金反应问题,但其熔化温度与粘度较高,结晶相能力较强,晶相复杂,晶体形貌多样,导致铸坯与结晶器间传热与润滑控制困难。典型熔剂Ca F2和B2O3对渣系的物化性质有重要调控作用。因此,本课题研究了Ca F2和B2O3对CaO-Al2O3渣物化性质的影响,为CaO-Al2O3渣熔剂选择及成分优化提供理论参考。首先,通过分子动力学模拟研究了Ca F2和B2O3对CaO-Al2O3熔体结构的影响;然后,采用实验研究了Ca F2和B2O3对CaO-Al2O3渣结晶相和晶体形貌的影响;同时针对B2O3可能带来的渣金反应问题,研究了B2O3对CaO-Al2O3渣与铁液中[Al]渣金反应的影响;最后,设计了多元CaO-Al2O3-B2O3-Ca F2基渣,探究了该渣系的物理化学性质。主要研究结果如下:F在CaO-Al2O3熔体中主要以F-Ca键存在,Ca F2增加,Ca-F键增加;随着Ca F2增加,CaO-Al2O3熔体聚合度无明显变化,渣系粘度降低。B3+在CaO-Al2O3熔体中主要以[BO3]和[BO4]的形式存在,随着B2O3增加,CaO-Al2O3熔体桥氧增加,但高聚合态Qn减少,CaO-Al2O3-B2O3渣系聚合度降低,体系粘度降低。随着Ca F2增加,CaO-Al2O3渣的主晶相Ca12Al14O33不变,在Ca F2增加到6%时,析出新相Ca F2,且Ca12Al14O33和Ca F2尺寸增大,Ca F2促进了铝酸钙和Ca F2的析晶。随着B2O3增加,CaO-Al2O3渣由Ca12Al14O33一相增加为Ca3B2O6与CaxAlyOn两相或三相共存,主晶相铝酸钙的Ca/Al比降低,高含量的B2O3促进Ca3B2O6的析出,且B2O3可细化晶体尺寸,降低渣系结晶能力。当CaO-Al2O3基渣中B2O3含量低于5%时,渣金反应几乎不发生。随铁液中[Al]含量、渣中B2O3含量增加及反应时间增加,渣金反应明显增强。设计的多元CaO-Al2O3-B2O3-Ca F2基渣熔化温度为1212℃,1300℃时的粘度0.22Pa·s,符合传统CaO-Si O2基渣熔化温度和粘度范围。该渣主要析出类球状Ca12Al14O33和细小块状Ca3B2O6,通过CSLM观察到Ca12Al14O33的析出非常快,以大片状的形式很快长满整个观察视野,最终形貌为由云朵状枝晶组成的大片状。
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