保護(hù)渣渣膜傳熱和潤滑性能是影響鑄坯表面質(zhì)量的重要因素,大量實(shí)踐表明保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)的傳熱和潤滑特性與渣膜結(jié)構(gòu)有關(guān),結(jié)晶特性是其重要影響因素。電磁冶金已成熟應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)工藝,其對于提高鑄坯質(zhì)量及擴(kuò)大連鑄品種都有著重要的作用。對于高溫條件下保護(hù)渣呈現(xiàn)離子狀態(tài)、具有一定的導(dǎo)電性,在磁場作用下,可能會受到磁場的力效應(yīng)、磁能效應(yīng)、熱效應(yīng)的影響,使保護(hù)渣的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化,進(jìn)而影響保護(hù)渣的結(jié)晶特性和傳熱性能。目前,研究者對保護(hù)渣結(jié)晶特性及傳熱性能已做了大量的研究,然而都沒有考慮磁場對渣膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。本文針對磁場對保護(hù)渣結(jié)晶特性及傳熱性能的影響,實(shí)驗(yàn)研究了不同磁感應(yīng)強(qiáng)度對保護(hù)渣渣膜的結(jié)晶特性(結(jié)晶礦相、結(jié)晶率、晶體尺寸)的影響,結(jié)合數(shù)值模擬分析,分析了磁場作用下保護(hù)渣渣膜溫度場的變化,研究了磁場對保護(hù)渣結(jié)晶和傳熱的影響。通過研究,得到如下結(jié)論:(1)實(shí)驗(yàn)條件下,磁場未改變保護(hù)渣析晶礦相的種類,析出物相主要為鎂黃長石、鈣鋁黃長石、槍晶石、輝石;隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大,保護(hù)渣結(jié)晶率增加,晶粒尺寸變大。磁感應(yīng)強(qiáng)度從0 mT增加到60 mT時,保護(hù)渣膜的結(jié)晶率的相對增加量約31%-59%,晶粒尺寸增加約12-17μm。(2)數(shù)值模擬分析得出,隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加,渣膜外側(cè)溫度降低,渣膜內(nèi)溫度梯度增大,其影響程度會隨著結(jié)晶器長度的增加而增強(qiáng)。結(jié)晶器長度為750mm時,磁感應(yīng)強(qiáng)度由0 mT增加到60 mT,渣膜最低溫度由730 K降低到578 K,相差152K,溫度梯度由332 K/mm增加到384 K/mm,相差52 K/mm。(3)由于磁場對物質(zhì)的磁化作用,降低了形核所需吉布斯自由能,晶熱力學(xué)條件得以改善;當(dāng)磁場感應(yīng)強(qiáng)度為60mT時,鎂黃長石、鈣鋁黃長石、槍晶石,輝石形核時體系自由能分別降低了2047 J/Kg、962 J/Kg、789 J/Kg、499 J/Kg。磁場還會促進(jìn)熔渣離子定向遷移,動力學(xué)上有利于晶體長大;當(dāng)磁場感應(yīng)強(qiáng)度為60mT時,鎂黃長石、鈣鋁黃長石、槍晶石、輝石所受到的磁場力分別為246 N/Kg、116 N/Kg、95 N/Kg、60 N/Kg。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF777
【部分圖文】：

先生長趨向遷移，生長成具有一定幾何形狀的晶體，隨著晶速度逐漸放慢；（c）晶體再生階段，雖然相變材料已完對運(yùn)動，晶體形狀、大小仍會改變。質(zhì)形核，保護(hù)渣結(jié)晶時晶核自由能與溫度的關(guān)系如下圖所示能，G液表示液相在不同溫度下自由能，當(dāng)溫度處于臨界溫等，兩相可以同時存在；當(dāng)溫度高于 T0時，液相自由能較低于 T0時，固相自由能較低，故熔體結(jié)晶。液體與晶體之晶的驅(qū)動力。實(shí)際結(jié)晶溫度T1與理論結(jié)晶溫度T0之間的溫差度越大，自由能差值便越大，即結(jié)晶驅(qū)動力越大，結(jié)晶傾達(dá)式為[6]：mm-h()()TTTHHTSSGGGSLSLSL

圖 1.2 晶核半徑與 ΔG 的關(guān)系[6]Fig. 1.2 relationship of Gibbs free energy and crystal nucleus radius自由能變化可以表示為GVGA V V 為形成新相體積，ΔGV為固液相之間單位體積自由能之σ 為新相單位體積的表面能，晶核為圓球形，半徑為 r，則體系自由能的變化為：，求臨界形核半徑 r*，得2*vrG 及上式可以看出來，ΔG(r)開始時隨著 r 的增加而增加，當(dāng)(r)達(dá)到最大值，然后隨著 r 的增加，ΔG(r)開始下降。由此3 2443V G r G r

圖 1.3 不同硅氧團(tuán)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1.3 Structure diagram of silicon oxide在保護(hù)渣中含量較多，屬于主要的網(wǎng)絡(luò)解聚物，提高氧化鈣含解成 Ca2+和 O2-，從而降低粘度[6]。但 CaO 也是許多晶體的構(gòu)，結(jié)晶化傾向則會增加，使得結(jié)晶器摩擦力增加，潤滑性變差主要的網(wǎng)絡(luò)形成體，是硅氧四面體的骨架結(jié)構(gòu)。CaO 與 SiO2是主要成分，一般將其比值成為二元堿度，是衡量保護(hù)渣物性的O3是中型氧化物，即在氧含量較高時，其會吸收氧離子，形成網(wǎng)絡(luò)形成體的角色；當(dāng)養(yǎng)含量較低時，其會成為堿性氧化物，含量過高不利于保護(hù)渣潤滑和傳熱功能的發(fā)揮。助熔劑有 NaO、MnO 等。其中，Na2O 為網(wǎng)絡(luò)外體，但也是霞石（Na2O·Al2分，含量過高不利于保護(hù)渣的潤滑，一般控制其的含量在 10%<10%時，對于硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有破壞作用，易降低保護(hù)渣粘用不明顯；含量過高會促進(jìn)槍晶石（3CaOSiO2·CaF2）析出，惡

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本文編號：2819940