高频磁场下连铸保护渣渣膜特性及微结构演变机理研究

In recent years, it has been gotten a great attention of soft-contact electromagnetic continuous casting technology by workers of the world. In this technology, a high frequency electromagnetic field was introduced to the external position of mold, lubrication behavior of flux film enhanced and the surface quality of billet got better. The properties, microstructure and evolution mechanism of mold flux film under high frequency electromagnetic field will be research. A three demensional finite element modle of temperature field for mold flux will developed to describe temperature distribution of flux in bath and air-gap of the mold; A experimental device has been designed to study on metallurgical behavior of flux, such as high-temperature rheological behavior and crystallization behavior; Microstructure of flux film and its evolution mechanism in high frequency magnetic field will be research with XRD、SEM、raman spectrum and petrographic analysis. The influence of high frequency magnetic field on properties of mold flux will be analyzed from the structural change; A mathematical model of lubrication behavior will be builded for flux film, friction force will be calculated with different influence factors. It will provide the make principle for flux of soft-contact electromagnetic continuous casting, and perfect further the basic theory of soft-contact electromagnetic continuous casting technology.

近年来，采用在结晶器外部施加高频电磁场方法，实现钢的软接触电磁连铸技术受到世界连铸技术工作者的极大关注。该技术中保护渣渣膜润滑行为是否良好是决定铸坯表面质量的关键所在。本项目拟围绕高频电磁场下结晶器气隙内保护渣渣膜特性、微结构及演变机理展开研究，首先进行高频磁场作用下结晶器保护渣温度场数值模拟，描述钢液自由表面熔池内保护渣及气隙内渣膜的温度分布规律；利用自主设计保护渣电磁特性实验装置研究高频磁场下保护渣的高温流变、凝固析晶等冶金行为；结合XRD、SEM、拉曼光谱、岩相分析等测试手段探究高频磁场对保护渣渣膜微结构影响及其演变机理，从结构变化角度深入剖析高频磁场改变保护渣冶金性能的原因；同时构建保护渣渣膜润滑行为数学模型，结合试验数据和现场工艺参数计算不同影响因素条件下的摩擦力。为制定适于软接触电磁连铸技术保护渣配制原则提供理论依据，对于进一步完善软接触电磁连铸基础理论具有重要意义。

采用在结晶器外部施加高频电磁场方法实现了钢的软接触电磁连铸，该技术受到世界连铸技术工作者的极大关注。其中保护渣渣膜润滑行为是否良好是决定铸坯表面质量的关键所在。本项目围绕高频电磁场下结晶器气隙内保护渣渣膜特性、微结构及演变机理展开研究。.首先进行了高频磁场作用下结晶器保护渣温度场数值模拟，描述了钢液自由表面熔池内保护渣及气隙内渣膜的温度分布规律；高频电磁场对熔池内保护渣的三层结构影响较小。.利用自主设计保护渣电磁特性实验装置研究了高频磁场下保护渣的高温流变、凝固析晶等冶金行为。高频电磁场下，碱度升高或碱性氧化物含量增加，这些硅氧离子团在电磁力的作用下更加容易聚合在一起，形成较大的离子团，从而使黏度增加，黏流活化能增大，流变性能降低。电磁力作用时间越长增加越明显，流动性越差，渣膜厚度增加，结晶率增大。随着温度升高，保护渣的黏度降低，黏流活化能减小，渣膜厚度和结晶率均减小。.结合XRD、SEM、拉曼光谱、岩相分析等测试手段探究了高频磁场对保护渣渣膜微结构影响及其演变机理。磁场下保护渣微结构发生变化，二聚体Q1降低，链状结构Q2增大，使网络化程度增加，黏度增大。.构建了保护渣渣膜润滑行为数学模型，结合试验数据和现场工艺参数计算了不同影响因素条件下的摩擦力。结果发现低熔点的保护渣，在高拉速、高浇铸温度的条件下会增加液渣膜的长度和厚度，减小结晶层的长度和厚度；黏度，熔点均偏低的保护渣，结晶器在低振频、低振幅的条件下高温浇铸将会增强保护渣的润滑效果；MgO、Na2O、CaF2能在保证铸坯与结晶器之间润滑效果的前提下促进保护渣的析晶；碱度可以促进保护渣的析晶行为，但同时会恶化铸坯与结晶器之间的润滑；Al2O3不仅抑制保护渣的析晶行为还将增加铸坯与结晶器之间的液态摩擦力。