磁场对结晶器保护渣结晶特性及传热性能的影响研究

摘要

保护渣渣膜传热和润滑性能是影响铸坯表面质量的重要因素，大量实践表明保护渣在结晶器内的传热和润滑特性与渣膜结构有关，结晶特性是其重要影响因素。电磁冶金已成熟应用于连铸生产工艺，其对于提高铸坯质量及扩大连铸品种都有着重要的作用。对于高温条件下保护渣呈现离子状态、具有一定的导电性，在磁场作用下，可能会受到磁场的力效应、磁能效应、热效应的影响，使保护渣的微观结构产生变化，进而影响保护渣的结晶特性和传热性能。目前，研究者对保护渣结晶特性及传热性能已做了大量的研究，然而都没有考虑磁场对渣膜结构和性能的影响。本文针对磁场对保护渣结晶特性及传热性能的影响，实验研究了不同磁感应强度对保护渣渣膜的结晶特性（结晶矿相、结晶率、晶体尺寸）的影响，结合数值模拟分析，分析了磁场作用下保护渣渣膜温度场的变化，研究了磁场对保护渣结晶和传热的影响。通过研究，得到如下结论：
　　①实验条件下，磁场未改变保护渣析晶矿相的种类，析出物相主要为镁黄长石、钙铝黄长石、枪晶石、辉石；随着磁感应强度的增大，保护渣结晶率增加，晶粒尺寸变大。磁感应强度从0 mT增加到60 mT时，保护渣膜的结晶率的相对增加量约31％-59%，晶粒尺寸增加约12-17μm。
　　②数值模拟分析得出，随着磁感应强度的增加，渣膜外侧温度降低，渣膜内温度梯度增大，其影响程度会随着结晶器长度的增加而增强。结晶器长度为750mm时，磁感应强度由0 mT增加到60 mT，渣膜最低温度由730 K降低到578 K，相差152K，温度梯度由332 K/mm增加到384 K/mm，相差52 K/mm。
　　③由于磁场对物质的磁化作用，降低了形核所需吉布斯自由能，晶热力学条件得以改善；当磁场感应强度为60mT时，镁黄长石、钙铝黄长石、枪晶石，辉石形核时体系自由能分别降低了2047 J/Kg、962 J/Kg、789 J/Kg、499 J/Kg。磁场还会促进熔渣离子定向迁移，动力学上有利于晶体长大；当磁场感应强度为60mT时，镁黄长石、钙铝黄长石、枪晶石、辉石所受到的磁场力分别为246 N/Kg、116 N/Kg、95 N/Kg、60 N/Kg。保护渣

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 保护渣的结晶性能

1.3 保护渣的传热性能

1.4 电磁场对连铸过程的影响研究

1.5 本文的研究目的与研究内容

2 课题技术路线及研究方法

2.1 技术路线

2.2 磁场条件下保护渣结晶特性实验

2.3 磁场条件下保护渣渣膜温度场数值模拟

2.4 保护渣熔化温度及粘度的确定

3 磁场条件下保护渣结晶特性实验研究

3.1 磁感应强度对结晶矿相的影响

3.2 磁感应强度对结晶率的影响

3.3 磁感应强度对晶粒尺寸的影响

3.4 本章小结

4 磁场对保护渣渣膜温度场影响的数值模拟分析

4.1 数值模拟方法

4.2 分析模型的建立

4.3 磁场对保护渣温度场的影响

4.4 本章小结

5 磁场对保护渣结晶及传热影响的结果讨论

5.1 磁场对连铸保护渣结晶及传热作用机理分析

5.2 磁场作用下的保护渣结晶行为分析

5.3 磁场对保护渣温度场影响的探讨

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者攻读硕士学位期间参加的学术活动

C. 作者攻读硕士学位期间参与的科研项目