高锰高铝钢高效连铸结晶器专用保护渣应用基础研究

Considering the immature and unsystematic theory of mold fluxes and production process for continuous casting of steels with high contents of Mn and Al, a series of innovation researches involving interfacial properties between molten slag and molten steel, micro structure and macro properties, and control mechanism of lubrication and heat transfer of low-reaction or no-reaction mould fluxes are carried out to fully illustrate the physical and chemical mechanism of interfacial function between molten slag, molten steel, inclusion and nozzle refractory, the control mechanism of stability of slag structure and performance, the transport behavior, evolution law and lubrication mechanism of molten slag in gap between mold and strand shell, and control mechanism of heat transfer from strand shell to mold, aiming to realize continuous casting of steels with high contents of Mn and Al without defects successfully. Consequently, low-reaction or no-reaction mould fluxes with stable properties, strong lubrication performance and effective control of heat transfer can be developed and applied to solve the technical bottleneck that slab surface crack defects and breakout happened during continuous casting of steels with high Mn and Al contents world wildly, and provide fundamental and application theory for stable and high efficient continuous casting of steels with high Mn and Al contents. The project has great significance to expand and deepen the theory of mold fluxes, and promote the technology development of continuous casting for steels with high Mn and Al contents.

针对目前国内外尚未开发形成与高锰高铝钢连铸生产相配套的专用结晶器保护渣系及连铸生产工艺现状，通过对低反应或非反应型保护渣的钢-渣界面特性、微观结构与宏观性能及润滑与传热协调控制机理的深入系统研究，全面揭示高锰高铝钢连铸生产过程保护渣与钢水间的界面物理化学作用机制及规律、熔渣结构和性能稳定性控制机制、保护渣在弯月面和渣道中的传输行为与演变规律及其润滑机理、保护渣对铸坯与结晶器间传热控制机制等旨在实现连铸坯无缺陷、稳定化生产的高锰高铝钢结晶器保护渣开发与应用重大基础理论与关键技术问题，研制出性能稳定、弯月面高润滑、有机控制传热的低反应或非反应型高锰高铝钢专用结晶器保护渣，有效解决目前困扰国内外高锰高铝钢连铸生产过程频发铸坯表面裂纹缺陷及漏钢生产事故的技术瓶颈，为实现高锰高铝钢稳定、高质高效连续生产奠定重要基础，对拓展和深化保护渣理论、促进我国TWIP等高锰高铝钢的连铸生产技术发展具有重要意义。

针对高锰高铝钢连铸结晶器内渣-金剧烈反应引起保护渣成分改变和性能恶化的问题，重点开展了低反应性或非反应性连铸保护渣基础物化性能、渣-金-夹杂-耐材相互作用特性以及渣道内渣膜分布及演变规律研究。项目通过渣-金界面反应热力学和动力学分析，获得了低/非反应性连铸保护渣的初步组成；以分子动力学模拟和拉曼光谱为手段，研究了典型组元对铝酸盐熔体结构特征的影响规律，揭示了组分协同控制低反应性保护渣熔体结构的作用机制；探究了渣-金、渣-夹杂、渣-耐材的界面特性，提出评价液－液界面卷渣行为的相似无量纲数群，为卷渣的物理相似方法提供了理论基础，发现低反应性和非反应性渣系对ZrO2-C质耐火材料的侵蚀较传统高SiO2保护渣轻。以控制传热为目标，探索了低反应或非反应保护渣的凝固结晶和着色行为特性；建立了耦合保护渣膜与气隙在坯壳-结晶器界面内动态分布行为的凝固过程坯壳热/力学计算分析模型，解析了保护渣在弯月面和渣道中的传输行为与演变规律。在此基础上，以协调润滑和传热为着眼点，确定了低反应性或非反应性保护渣的性能组成及其制备技术。通过上述研究，有效解决了目前困扰国内外高锰高铝钢连铸生产过程频发铸坯表面裂纹缺陷及漏钢生产事故所涉及的基本科学问题。通过与企业合作，成功进行了高铝钢([%Al]=0.5-1.7)3~5炉以上连浇和20Mn23AlV高锰高铝钢([%Al]=1.5-2.5)3炉连浇，铸坯表面质量良好。. 为解决没有合适的保护渣而制约我国高锰高铝钢连铸发展的瓶颈问题，本项目从理论和实验室及生产试验方面进行系统探索研究，提出和建立了高锰高铝钢连铸专用低反应/非反应新型保护渣的理论和应用技术，完成了任务书内容和目标。项目的研究及其成果为实现高铝钢稳定、高质高效连续生产奠定了重要基础，对拓展和深化保护渣理论、促进我国高铝轻量化高强钢的连铸生产技术发展具有重要意义。. 依托本项目，共培养博士和硕士研究生共22名；发表学术论文43篇，其中SCI收录38篇；申请发明专利19项，其中14项已授权；参与出版专著1部。