基于渣膜热流模拟仪对固态渣膜辐射传热特性的研究

摘要

连铸结晶器保护渣作为炼钢辅助材料对连铸工艺和铸坯质量具有重要的影响。保护渣的控热对铸坯质量有重要影响。然而，在304不锈钢连铸过程中，由于其组成和不同的凝固特性，体积收缩增大，铸坯产生的应力大，容易导致铸坯产生凹陷、裂纹等缺陷，要想消除纵裂、凹陷等表面质量问题，实现坯壳和结晶器壁之间的缓冷是非常重要的；只有实现了缓冷，增大热阻，才能使初生坯壳变薄，组织应力和热应力分布就比较均匀，不易产生应力集中，从而消除纵裂、凹陷等表面质量问题。实现缓冷有两条途径，其一是降低传导传热，其二是降低辐射传热；降低传导传热是通过提高碱度实现的，由于304不锈钢钢液凝固点较低，为保证化渣效果，浸入式水口开口向上，为避免卷渣，304不锈钢保护渣粘度不宜过低，碱度不宜过高，因此走高碱度、降低传导传热实现缓冷这条途径就行不通了,只能通过降低辐射传热来实现缓冷。
　　本研究主要内容包括：⑴碳酸钠和碳酸锂的加入可以增大固态渣膜的气泡密度，且气泡尺寸较小；碳酸锂和二氧化硅反应生成二氧化碳的能力强于碳酸钠。⑵硫酸钠作为气泡澄清剂，固态渣膜气泡密度随着其含量的增加而逐渐减小且气泡尺寸较大。⑶FeO、MnO、TiO2的加入能显著降低固态渣膜透过率。⑷固态渣膜气泡越多，渣膜透过率越低。⑸降低辐射传热量的能力TiO2>FeO>MnO，降低综合传热量的能力TiO2>FeO>MnO，二者是一致的。⑹固态渣膜气泡密度越大，通过固态渣膜的辐射传热量和综合热流密度越小。⑺固态渣膜的温度随着距探头距离的增加而增加，辐射传热的参与使得渣膜温度随距探头距离的变化并非线性变化，而且温度梯度随距离的增加而逐渐减小。固态渣膜的吸收率越大，渣膜温度随距离的变化偏离线性关系越明显。对于所研究的过渡族金属氧化物保护渣，固态渣膜的冷面温度在655-762℃之间，固液界面的温度接近1200℃；对于所研究的含有气泡的保护渣，固态渣膜的冷面温度在631-844℃之间，固液界面的温度接近1200℃。⑻向保护渣中加入部分FeO、MnO、TiO2或使固态渣膜气泡密度增大，保护渣固态渣膜吸收率也会增大，渣膜厚度方向上的温度分布随距离变化更偏离线性关系，且温度梯度随距离的增加而逐渐减小，由于保护渣固液界面温度接近，所以渣膜冷面温度越高，从而更容易实现坯壳和结晶器壁之间的缓冷，有利于提高铸坯质量。⑼通过固态渣膜的辐射传热量与T2/(1-R)有关，且随着T2/(1-R)的增大而增大。

目录

第一个书签之前

1 绪 论

1.1 连铸结晶器保护渣概述

1.2 研究保护渣固态渣膜辐射传热特性的重要性

1.3 辐射传热计算模型的研究现状

1.4 过渡族金属氧化物对辐射传热影响的研究现状

1.5 气泡分布对辐射传热影响的研究现状

1.6 碳酸盐分解反应及气泡澄清剂的研究现状

1.7 本文主要研究目的、内容及创新点

2 实验方法和数学模型的研究

2.1 实验用渣成分设计

2.2 保护渣物理性能研究方法

2.3 数学模型的建立

2.4 本章小结

3 过渡族金属氧化物对固态渣膜辐射传热特性的研究

3.1 过渡族金属氧化物对固态渣膜光学性质的影响

3.2 过渡族金属氧化物对通过固态渣膜辐射传热量的影响

3.3 光学性质对通过固态渣膜辐射传热量的影响

3.4 本章小结

4 气泡分布对固态渣膜辐射传热特性的研究

4.1 碳酸盐和硫酸盐对固态渣膜气泡分布的影响

4.2 气泡分布对固态渣膜光学性质的影响

4.3 气泡分布对通过固态渣膜辐射传热量的影响

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录