电磁场作用下结晶器保护渣性能变化及其调控机理的研究

Mold flux has great effects on surface quality of billets for the ability to protect the molten steel avoding oxidation and to absorb inclusions from molten steel; moreover, the flux is changed into an liquid film between billet and mold wall so as to improve the lubrication and heat transfer effect between them. On the other side, technologies of electromagnetic stirring and braking have been greatly developed with the advanvement of continuous casting process. At te same time, the flux film will be influenced by heat and dynamic effects of electromagnetic field because its iron structure and electrical conductivity, which has significant effects on the properties of melting and flowing and the process of crystallization and growth. However, there is no relevant research on the above issue presently. In this project, physicochemical properties, behaviors of lubrication and heat transfer of mold flux will be investigated by experimental and mathematical modelling methods; furthermore, changes of the properties, structure of flux film and crystallization behaviors of mold flux will be revealed under different intensities of electromagnetic field and the effect of electromagnetic field on the properties and behaviors will be illuminated too. Consequently, the control mechanism of changing the properties by electromagnetic field will be established.

熔融保护渣在连铸结晶器内发挥着防止钢液氧化、吸收钢液中上浮夹杂的作用，并通过在铸坯与结晶器间形成的保护渣渣膜影响铸坯与结晶器之间的润滑与传热，对铸坯表面质量有非常重要的作用。另一方面，随着连铸工艺的进步，结晶器电磁搅拌和电磁制动技术得到广泛应用。同时，对于呈现离子结构，并具有一定导电性的熔渣及所形成的渣膜，也将受到电磁场施加力学和热效应，从而影响保护渣的熔化与流动性能、以及凝固过程的析晶和长大，进而影响保护渣性能及其作用的发挥。但目前缺乏相关基础研究。本项目以电磁作用下的连铸保护渣为研究对象，拟采用实验研究及数学模拟相结合的方法，通过系统研究电磁作用下的保护渣物化性能、保护渣渣膜润滑与传热行为，揭示保护渣在不同电磁强度作用下保护渣性能变化规律以及渣膜结构和结晶行为的变化，阐明电磁场对调控保护渣性质与行为的作用机理，并确立电磁场对保护渣性能的调控策略。

连铸过程中钢液弯月面附近熔渣的流动及其分布均匀性对凝固坯壳-结晶器间渣膜的连续均匀形成有直接影响，对铸坯表面质量和工艺稳定性有极大影响。本项目以电磁作用下的结晶器保护渣为研究对象，采用实验研究及数学模拟相结合的方法，通过系统研究电磁作用下的保护渣物化性能、渣膜润滑与传热行为，系统揭示保护渣在不同电磁参数作用下的性能变化规律，以及渣膜结构和结晶行为的变化，阐明电磁场对调控保护渣性质与行为的作用机理，制定利用电磁场影响保护渣性能的调控策略。研究内容包括：利用自行设计搭建的电磁场作用下保护渣性能测试系统，结合可变速熔渣粘度计和保护渣熔点仪等设备，测定保护渣的熔化特性和高温流变特性；采用矿相分析及X-射线衍射等方法对保护渣的结晶特性进行研究，探讨电磁场调控保护渣结晶行为的作用机理；建立电磁场—保护渣性能之间关系的数学模型，计算和模拟不同电磁场条件下保护渣的流动行为和渣耗变化，从而间接反映电磁场作用下保护渣的润滑情况。项目研究结果对深刻认识电磁场参数与保护渣高温性能间的关系，深化和丰富外场条件下的冶金熔渣结构理论具有重要的科学意义，对正确选择电磁连铸工艺参数、优化保护渣物化性能等方面具有较好的应用前景。