【摘 要】
：
钛是众多合金钢种中的重要合金元素,能提高钢材的耐腐蚀性、耐磨性。近年来,随着人们对钢铁产品的性能要求越来越高,钢铁产品种类也日益丰富,高钛钢凭借其优良的性能已经吸引了众多冶金工作者的注意。然而,由于高钛钢水的特殊性,使其在连铸生产过程中容易发生浸入式水口结瘤、结晶器表面结鱼等问题。更重要的是,在用传统保护渣浇铸高钛钢时,由于强烈的钢渣反应改变了初始保护渣的成分,导致铸坯质量问题和粘结漏钢等事故,严
论文部分内容阅读
钛是众多合金钢种中的重要合金元素,能提高钢材的耐腐蚀性、耐磨性。近年来,随着人们对钢铁产品的性能要求越来越高,钢铁产品种类也日益丰富,高钛钢凭借其优良的性能已经吸引了众多冶金工作者的注意。然而,由于高钛钢水的特殊性,使其在连铸生产过程中容易发生浸入式水口结瘤、结晶器表面结鱼等问题。更重要的是,在用传统保护渣浇铸高钛钢时,由于强烈的钢渣反应改变了初始保护渣的成分,导致铸坯质量问题和粘结漏钢等事故,严重制约了高钛钢的生产应用。为了满足高钛钢日益发展的需求,针对现有保护渣在高钛钢连铸生产时存在的问题,开发低反应性甚至非反应性保护渣成为目前研究的热点和主要趋势。本文从钢渣反应热力学入手,计算钢水中[Ti]与相应的氧化物和氟化物在1550℃下可能发生反应的吉布斯自由能,寻找高钛钢保护渣非反应性组分,为高钛钢保护渣的建立提供重要的理论依据。通过热力学计算及先前的实验研究,最终确定了Ba O、Al2O3、Ti O2、Li F作为非反应性保护渣的组分,建立了Ba O-Al2O3-Ti O2-Li F四元系保护渣。随后基于分子离子共存理论建立了高钛钢保护渣的活度计算模型,并依据亨利定律计算钢水中主要反应元素[Ti]的活度,以此得到保护渣与含钛钢水的反应性。建立了保护渣与高钛钢反应性的评价方法,并通过该模型计算了不同组分和反应温度对反应性的影响及作用规律。计算结果表明,渣中Li F、Ba O、Al2O3都会增强保护渣与含钛钢水的反应性,浇铸温度的增加也会使保护渣与钢水的反应性增强,Ti O2会抑制保护渣与钢水的反应。为了进一步确定合适的基础性能及成分对保护渣性能的影响规律,采用旋转粘度计和半球点仪测试了设计成分保护渣的粘度-温度曲线及熔化温度。并通过分子离子共存理论模型计算所设计的Ba O-Al2O3-Ti O2-Li F保护渣与含钛钢水的反应性,最终确定保护渣的性能及非反应区间。其次,为了表征保护渣在结晶器壁和坯壳之间的剪切润滑作用,采用变转速粘度计和博勒飞法测试了不同组分和温度下保护渣的非牛顿流体特性。粘度和熔化温度测试结果表明,Ba O、Ti O2、Al2O3有利于降低保护渣的粘度,Li F有利于降低保护渣的转折温度及熔化温度。从反应性计算结果可以看出,在当前保护渣成分下,在钢水中[Ti]含量低于1.8 wt%时仍然存在非反应区域,在[Ti]含量为0.5 wt%～3.0 wt%之间,稳定存在低反应区域。非牛顿流体测试结果表明,高温区（高于转折温度）保护渣粘度几乎不随剪切速率的变化而变化,在温度低于转折温度时,粘度随剪切速率的增加逐渐降低的趋势逐渐明显,保护渣表现出显著的非牛顿流体特性。从提高保护渣润滑铸坯的能力来考虑,应保证渣中Li F在13～15 wt%之间,Ba O/Ti O2不高于1.40。由于当前渣系中存在大量Li F,采用热丝法和差示扫描量热法会导致大量氟化物挥发,熔渣成分改变,使结晶测试结果失真。本论文采用课题组优化的高温共聚焦法,有效避免氟化物了的挥发,扩大了视场,提高了测试结果的准确性,并采用该方法测试了不同成分、温度及冷速对保护渣结晶性能的影响。采用热流模拟仪测试了保护渣的传热特性,获取了固渣膜,进一步研究了固渣膜厚度、固渣膜微观形貌、固渣膜矿相的演变规律。由于Ba O-Al2O3-Ti O2-Li F保护渣的强结晶性,很难获得常温下的玻璃样品。因此,本文采用高温拉曼测试方法,测试了常温及保护渣熔化前后的拉曼光谱,研究了成分及温度对保护渣结构的影响。保护渣结晶性能测试结果表明,增大冷速和增加Li F含量均会抑制保护渣的结晶,而增加保护渣中的Ba O/Ti O2有利于促进保护渣的结晶。冷速和Ba O/Ti O2的增加提高了保护渣的平均结晶速率,Li F则降低了保护渣的平均结晶速率。热流密度测试结果表明,稳态热流密度随Ba O/Ti O2的增加逐渐降低,随Li F的增加有增加的趋势。固渣膜厚度与热流密度存在反比关系,固渣膜上的主要成分有四种:Ba Ti O3、Ba F2、Ti O2及Ba Ti O3的混合物,结晶相主要为Ba Ti O3、Li Al O2及Li Ba F3。保护渣拉曼分析结果表明,随着温度的增加,拉曼光谱强度逐渐降低。Ba O-Al2O3-Ti O2-Li F保护渣在高温下的结构主要有以下五种:Al-O-Al、[Ti O6]8-、O-Ti-O、[Ti O4]4-及Ti-O-Ti,且其结构复杂程度越大,保护渣粘度越高。
其他文献
镁及其合金凭借低密度,优异的比强度和比刚度,以及卓越的阻尼性能,在航天、交通运输、电子医疗器件等领域拥有较大的应用前景。作为结构金属件安全使用的前提,就需要保证相关材料的长期使用寿命,所以金属材料在动态载荷下的疲劳性能成为关注的重点。其中,疲劳损伤被认为是微观裂纹萌生的主要来源,而不同的加载状态以及施加不同的应变幅值都对材料变形模式（位错滑移和孪生）与断裂模式有着不同的作用,这也将影响材料最终的裂
近年来,有害元素在烧结和高炉冶炼过程的影响愈见突出,不仅仅是个别元素的作用,而是多种有害元素的综合影响,如K、Na、Pb、Zn和Cl等。高炉内有害元素主要由炉料带入,我国高炉入炉料又以烧结矿为主。因此,开展烧结过程有害元素循环作用和脱除规律机理研究具有十分重要的意义。本文通过理论计算结合实际生产数据,研究了有害元素在烧结生产中的来源与迁移平衡。通过烧结杯实验和微烧结实验,研究了烧结过程有害元素脱除
钒是世界公认的稀有资源和重要战略资源。钒钛磁铁矿是最主要的提钒原料。我国提钒企业多采取高炉-转炉流程从钒钛磁铁矿中提取钒,其中钒渣作为提钒过程的中间产物,是进一步生产金属钒和钒化合物的重要原料。基于目前最成熟的钒渣钠化焙烧-水浸提钒工艺的要求,钒渣中的CaO含量极低。转炉提钒时不能加入含CaO的物料造渣,导致在炼钢转炉上普遍应用的溅渣护炉操作无法实施,严重降低了提钒转炉炉龄。在不能加入CaO的前提
高炉炼铁涵盖了众多复杂且连续化的物理、化学过程,且由于其具有的“黑箱”特性,在实际生产中很难对高炉内部的所有行为进行实时有效地观测。我国是世界上的钢铁生产大国,存在着高能耗、高污染、高排放等问题,钢铁行业的能源消耗达到国民经济总能耗的15%。随着我国提出的“碳中和”与“碳达峰”等纲领政策的不断发展,我们亟需对钢铁生产所涉能源进行有效地管控、调度与二次利用,因此将尖端自动化、计算机、AI等技术与传统
随着节能减排和低碳环保概念的提出,汽车轻量化已经成为各大汽车厂的重要发展方向。热镀锌钢是在汽车制造上应用最广泛的材料,锌铝镁镀层钢板作为一种新型防腐涂层板,凭借其优良的耐腐蚀性,耐磨性,低成本等特点,正逐渐替代传统镀锌板。但目前对于锌铝镁板的点焊进行系统研究很少,本文主要以1.4mm厚锌铝镁钢板HC340LAD+ZAM为研究对象,通过设计正交试验,获得锌铝镁HC340LAD+ZAM最佳焊接参数,并
由于铁水脱硫具有热力学优势,铁水预处理脱硫已经是钢铁生产流程不可或缺的一部分。铁水预处理脱硫主要分为机械搅拌法和喷吹法,两者的代表分别为KR搅拌法和镁基复合喷吹法。KR搅拌法脱硫效率高且稳定,但铁损大,温降大;镁基复合喷吹法温降低,铁损低,但是熔池死区大,深脱硫不稳定,镁气泡聚集快速逸出熔池,气体利用率不高。针对镁基复合喷吹法,采用加搅拌桨旋转喷吹的方式,既可以通过搅拌桨形成横向环流,减少速度死区
钒钛磁铁矿是一种含有铁、钛、钒等有益元素的复合矿,其大量地分布在我国的攀枝花-西昌地区、河北承德以及安徽马鞍山地区。根据钒钛磁铁矿矿石中Cr2O3含量的高低,通常将钒钛磁铁矿划分为高铬型钒钛磁铁矿和普通型钒钛磁铁矿。位于我国攀西地区的红铬矿由于矿石中Cr2O3含量较高,属于高铬型钒钛磁铁矿。红铬矿矿石储量高达1.8×10~9t,但是却迟迟未能得到很好地开发利用,主要原因是红铬矿在高炉中冶炼势必会增
钢铁行业作为我国最大的制造业CO2排放源,排放量占全国总排量的15%左右,其向低碳制造转型对实现我国“碳达峰、碳中和”战略具有重大意义。由于废钢资源短缺,目前至未来相当长时间内,我国钢铁生产都将以高炉-转炉流程为主,而高炉炼铁所产生的CO2排放量占全流程70%以上。因此,减少高炉碳排放是实现钢铁行业低碳、绿色发展的必要措施。冶金工作者对高炉炼铁的降碳技术进行了大量的研究,如精料、高风温、富氧鼓风、
能源存储对国民经济发展与人们生产生活具有举足轻重的作用。超级电容器是一类新型储能元件,因其具备高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点而受到广泛关注。当前商品化超级电容器的比容量与能量密度偏低,因而亟待研发具有高比表面积、高导电性的电极材料提升超级电容器的储电性能。钒元素价态丰富、理论比容量高,二硫化钒（VS2）作为典型的过渡族金属硫化物更兼具金属般导电性,成为潜在的理想电极材料。针对此,本文首先
连铸-热轧界面是钢铁生产流程的重要组成部分,对于板坯的高效衔接、降低加热过程能耗、缩短生产周期、提升产品质量有重要意义。随着连铸-热轧界面平面布局的紧凑设计,动态有序、协同连续的生产运行控制要求,对铸坯的界面运行管控要求也日趋严格。本文以连铸-热轧界面为研究对象,围绕提高热送热装率、降低加热炉能耗、提高加热炉生产效率等目标,将连铸-热轧界面衔接优化问题分解为铸坯去向决策以及加热炉调度两个子问题,对