连铸结晶器保护渣渣膜矿相结构特征及其形成机理研究

渣膜的矿相结构特点对铸坯传热及润滑起着关键性作用，研究渣膜矿物组成和显微结构特点对铸坯质量的改善具有重要意义。本课题拟采用结晶学、矿相学、冶金物理化学和冶金传输原理等方法，通过化学分析、光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X衍射等测试手段，对保护渣渣膜的厚度、结晶率、分层结构及矿物种类、颗粒大小、形态进行系统研究，找出渣膜矿相结构与保护渣矿物成分之间的关系，确定适合不同钢种的保护渣渣膜的合理矿相结构；测定不同钢种保护渣的结晶温度、粘度、熔点、结晶化率，分析渣膜矿相结构特征与润滑和传热等性能之间的关系；从热力学和动力学角度分析渣膜矿相结构的形成机理，探讨每种矿物相的析晶规律，为开发优质保护渣及解决铸坯表面缺陷及粘结漏钢等问题提供理论依据。

随着连铸技术的发展及连铸机拉速的提高，炼钢连铸现场出现了铸坯表面质量缺陷及黏结漏钢等一系列问题。连铸保护渣渣膜的矿相结构特点对铸坯传热及润滑起着关键性作用，研究渣膜矿物组成和显微结构特点对铸坯质量的改善具有重要意义。本课题以渣膜为研究对象，分别对不同钢种保护渣正常渣膜和事故渣膜的矿相结构特点及其与工艺条件、铸坯质量的关系进行了系统深入研究，分析了保护渣矿物成分与其物化性能、结晶性能、渣膜矿相结构之间的关系，并从热力学和动力学角度分析了渣膜矿相结构的形成机理，探讨了渣膜中每种矿物相的析晶规律。.研究结果表明，不同钢种板坯连铸保护渣渣膜均具有相似的分层结构特点，由结晶器壁到铸坯侧依次为玻璃层-枪晶石结晶层-黄长石、硅灰石结晶层，不同钢种渣膜中矿物的种类及结晶率有明显差距。中碳钢渣膜主要矿物为黄长石、枪晶石、硅灰石，结晶率较高（60%～95%），利于控制传热；低合金钢渣膜主要矿物为黄长石和枪晶石，结晶率中等（35%～65%）；低碳钢板坯连铸保护渣渣膜仅具有单一结晶矿物枪晶石，结晶率较低（5%～20%），满足了低碳钢板坯连铸的高润滑性。.保护渣中矿物种类与其物化性能、结晶性能及渣膜矿相结构之间存在密切的内在联系。随着基料矿物石英、硅灰石含量增加，保护渣的熔点、黏度、热流密度均表现出升高，临界冷却速度减小，析晶速率减慢，结晶温度下降，促进了渣膜中硅灰石结晶，抑制枪晶石生成；石英对降低黏度、增大渣膜玻璃化倾向的作用尤为明显。随着萤石含量增加，保护渣的熔点、黏度、热流密度下降，临界冷却速度增加，结晶温度增大，析晶速率加快，促进了渣膜中枪晶石结晶，抑制硅灰石生成；萤石对降低黏度、促进渣膜结晶化率的作用显著。随着纯碱含量增加，保护渣的熔点、黏度下降，临界冷却速度减小，结晶温度降低，析晶速率加快，热流密度增大，促进了渣膜中枪晶石结晶，抑制硅灰石生成；纯碱对降低熔点的作用相对较大。.该研究成果为进一步开发优质保护渣，定量调控原渣矿物成分及渣膜矿相结构，协调铸坯传热与润滑之间的矛盾，解决铸坯表面缺陷及粘结漏钢等问题，改善铸坯质量提供理论依据。