高锰高铝钢保护渣吸收Al2O3夹杂的研究
高锰高铝钢因具有高强度、高塑性等诸多优异的特殊性能，而被广泛应用于耐热钢和汽车先进高强度钢以及其他高附加值的品种钢生产中。但是高锰高铝钢因含有较多的Al等强还原性元素，在实际生产中易形成大量的Al2O3夹杂，其进入到保护渣中不仅会改变保护渣的粘度等理化性能，恶化保护渣的润滑作用，而且在生产过程中也可能会被卷入坯壳，造成铸坯缺陷。因此，研究高锰高铝钢保护渣对Al2O3夹杂的溶解吸收，提高其吸收Al2O3夹杂的能力，对保证高锰高铝钢保护渣冶金功能作用的正常发挥和良好的铸坯质量尤为重要。本文以阐明Al2O3夹杂在高锰高铝钢保护渣中被溶解吸收时的动力学问题和溶解机理为目的。建立了Al2O3夹杂在保护渣中的溶解动力学方程，在此基础上分析了Al2O3夹杂在高锰高铝钢保护渣中被溶解吸收时的动力学限制性环节；在动态实验条件下研究了Al2O3夹杂与熔渣之间的相对运动速度、温度、保护渣组分和粘度对高锰高铝钢保护渣吸收Al2O3夹杂的影响规律；利用扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）的检测与分析，探究了Al2O3夹杂在高锰高铝钢保护渣中的溶解机理。通过上述的研究，本文得到了如下的主要结论： ①高锰高铝钢保护渣溶解吸收 Al2O3夹杂的动力学限制性环节是反应产物由夹杂表面经产物层向液膜层（浓度边界层）的扩散，即内扩散过程；影响Al2O3夹杂溶解速率的主要因素是内扩散过程中的Al2O3浓度差（扩散驱动力）和扩散系数。 ②相对运动速度的增加可以促进在Al2O3夹杂高锰高铝钢低反应性保护渣、非反应性保护渣和高SiO2含量保护渣中的溶解；高锰高铝钢非反应性保护渣溶解吸收Al2O3夹杂的速率高于低反应性保护渣和高 SiO2含量保护渣；相对运动速度的增加可以间接地增大内扩散过程中的Al2O3浓度差，进而提高Al2O3夹杂的溶解速率。 ③Al2O3夹杂在高锰高铝钢低反应性保护渣、非反应性保护渣和高SiO2含量保护渣中的溶解速率随着温度的增加（1300℃-1430℃）均呈上升趋势；温度对Al2O3夹杂溶解速率的影响主要包括两方面：内扩散过程的扩散系数随着温度的增加而增加；温度的增加，间接地增大了内扩散过程中的Al2O3浓度差。Al2O3夹杂在上述保护渣中被溶解吸收时的限制性环节活化能分别为 150.8 kJ·mol-1（低反应性渣A-1）、156.1kJ·mol-1（低反应性渣A-2）、131.4kJ·mol-1（非反应性渣）和162.49kJ·mol-1（高SiO2含量保护渣）。 ④高锰高铝钢保护渣的粘度和Al2O3含量的增加会阻碍熔渣对Al2O3夹杂的溶解吸收；而保护渣综合碱度(CaO+BaO)/(Al2O3+SiO2)比、Na2O含量、Li2O含量，B2O3含量和 F-含量的增加则会促进 Al2O3夹杂在熔渣中的溶解，其中各个组分对Al2O3夹杂溶解速率影响的强弱顺序是Li2O>F->B2O3>Na2O；高锰高铝钢保护渣的组分和粘度对 Al2O3 夹杂溶解速率产生影响的内在原因是改变了内扩散过程的Al2O3浓度差。在吸收等量的Al2O3夹杂之后，高锰高铝钢非反应性保护渣的粘度变化幅度小于低反应性保护渣和高SiO2含量的保护渣。 ⑤Al2O3夹杂在高锰高铝钢低反应性保护渣、非反应性保护渣和高SiO2含量保护渣中溶解时均有过渡层存在，过渡层的厚度依次大约为15μm（反应性保护渣A-1），9μm（反应性保护渣A-2），6μm和4μm；Al2O3夹杂在低反应性保护渣中溶解时形成的界面反应产物为BaO·6Al2O3和BaO·2CaO·4Al2O3，在非反应性保护渣中溶解时形成的界面反应产物为BaO·2CaO·4Al2O3；在高SiO2含量的保护渣中溶解时形成的界面反应产物为CaO·6Al2O3和2CaO·Al2O3·SiO2。
高锰高铝钢保护渣;三氧化二铝;动力学;溶解速率;溶解机理
重庆大学
硕士
冶金工程
王谦
2018
中文
TF703.54
85
2018-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）