非反应性连铸保护渣熔渣微结构基础研究
发布时间：2021-08-05 14:01
非反应性连铸保护渣是一种用Al2O3代替传统连铸保护渣中SiO2的CaO-Al2O3基连铸结晶器保护渣,将该保护渣应用于高铝高锰钢连铸生产过程中,可避免钢液中[Al]与传统连铸保护渣中SiO2的钢渣界面反应,使得连铸保护渣性能稳定,连铸生产顺行。揭示非反应性保护渣微结构特征及组成对结构的影响机制,寻找能稳定Al-O网络结构的组分,是开发非反应性连铸保护渣的关键问题之一。因此,通过系统研究非反应性连铸保护渣的熔渣微结构,并解析微观结构与流变行为之间的关系,为开发非反应性连铸保护渣提供理论依据,促进高铝高锰钢连铸技术发展。通过分子动力学模拟,研究了不同CaO-Al203渣系熔渣微结构特征,揭示了典型组元对熔渣中Al-O网络结构的作用机理,并结合热力学计算设计了非反应性连铸保护渣化学成分。结果表明:B作为网络形成体与O的结合能力最强,熔渣中出现了高配位的Al和三配位氧以及Q5微元结构单元来补偿[AlO4]5-四面体负电荷过剩,低价态的Na+和Li+对于补偿[AlO4]5-不平衡电荷的作用强于高价态的Mg2+和Ba2+,各组分对熔渣网络结构的解聚程度遵循:Na2O＞Li2O＞MgO＞Ba0＞C...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
保护渣在结晶器内分布及功能作用区域示意图
华北理工大学硕士学位论文-6-图2硅酸盐的网络结构示意图Fig.2Silicatenetworkstructurediagram1.2.2熔渣结构的研究方法目前研究铝硅酸盐熔体结构的方法很多，可分为两大类:1）模拟法[27]：主要包括四大类模型，分别为黑箱模型、结构特征参数模型、热力学模型和分子动力学模型等。黑箱模型和结构特征参数模型类似，都是通过对大量的实验数据进行拟合处理，从而建立熔渣结构与性能之间的关系。对于热力学模型方面，对熔渣的结构有很多看法，但还没有统一的解释。分子动力学模拟可以直接计算熔渣的结构，在材料科学，地质学，生物学等许多领域都取得了理想的成果，成为理论与实践之间的主要桥梁。2）实验法[28]：包括拉曼光谱，固体核磁共振谱，红外光谱，中子散射和X射线衍射。基于光谱理论的实验方法已成为研究铝硅酸盐熔体结构与性能的主要方法。利用拉曼光谱可以研究熔体的结构信息，X射线衍射技术类似于中子散射技术，能够得到熔体的各离子对的平均键长和配位数。虽然能够获得一些结构信息，但是无法获得在许多宏观热力学和动力学性质中起决定性作用的微观结构单元分布。通过测定硅酸盐的同位素价和配位数，推导出硅酸盐中不同四面体的相对含量，该方法虽然能获得定量的结构信息，但不够灵敏。目前，用实验方法对硅酸盐结构的研究已经比较成熟。但在非反应性保护渣中，用Al2O3取代SiO2后，由于Al3+和Si4+的化合价不同，势必会导致两种渣系在高温熔融状态下熔体结构的差异。然而，由于对高温熔体的实验研究经验匮乏，导致用实验得到的熔体结构说服力不足，因此研究受阻。近几十年来，随着科技的发展，尤其计算机和计算数学发展最为迅速，分子动力学模拟的出现解弥补了实验中的不足。分子动力学模拟技术以成为研究熔体微观结构的重要?
第1章文献综述-9-组元对熔渣中Al-O网络结构的作用机理，并结合热力学计算设计非反应性连铸保护渣化学成分；通过拉曼光谱与核磁共振谱实验，研究不同组分对非反应性保护渣熔渣微结构的影响，并基于熔渣微结构研究，解析熔渣结构与流变行为的关系，为开发非反应性连铸保护渣提供理论依据，促进高铝高锰钢连铸技术发展。2）研究内容（1）连铸保护渣熔渣微结构模拟及其成分设计研究采用分子动力学模拟软件Scigress，模拟研究不同CaO-Al2O3渣系熔渣微结构特征，揭示典型组元对熔渣中Al-O网络结构的作用机理，并结合热力学计算设计非反应性连铸保护渣化学成分。（2）非反应性连铸保护渣熔渣微结构实验研究采用拉曼光谱和核磁共振谱实验对连铸保护渣熔渣结构进行检测分析，研究不同组分对非反应性保护渣熔渣微结构的影响。（3）连铸保护渣熔渣微观结构与流变行为关系解析在熔渣微结构的研究基础上，结合保护渣黏度特性，研究其流变行为，探讨流变行为的本质，解析熔渣微结构与流变行为的关系。1.4.2研究路线研究路线如下图3所示。图3研究路线图Fig.3Researchroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板坯连铸耐候钢的稳定浇铸研究[J]. 高永春,高小尧,侯明山,耿伟. 山西冶金. 2018(05)
[2]分子动力学模拟预测氧化钠含量对二元钠硅酸盐玻璃弹性模量的影响[J]. 赵谦,祖群,齐亮,胡永杰,孙雪坤,陈阳. 硅酸盐学报. 2018(11)
[3]ZrO2对高碱铝硅酸盐玻璃热学性能的影响研究[J]. 陈琰,郎明,王自强. 玻璃. 2017(09)
[4]高铝双相钢氧化特性规律[J]. 王畅,于洋,高小丽,王林,孙超凡,庞在刚. 中国冶金. 2016(09)
[5]w（CaO）/w（Al2O3）对高铝TRIP钢保护渣熔化及流动性能的影响[J]. 付孝锦,文光华,唐萍. 炼钢. 2016(03)
[6]连铸保护渣与氧化铝的交互作用研究现状[J]. 刘春秀,杜辰伟,兰鹏,张家泉. 中国冶金. 2015(09)
[7]高Al含量钢种连铸保护渣研究综述[J]. 李治阳,于雄,陈一虹,费伟. 价值工程. 2015(08)
[8]感应加热中间包夹杂物的运动及去除[J]. 王强,石月明,李一明,李宝宽. 东北大学学报(自然科学版). 2014(10)
[9]X1215易切削钢结晶器保护渣的开发和应用[J]. 闫卫兵,林腾昌,邢薇,王成杰,王宏斌. 特殊钢. 2013(03)
[10]分子动力学模拟浅论[J]. 王乾,孙云. 陕西煤炭. 2009(03)
博士论文
[1]低反应性连铸保护渣熔体的微结构特征及宏观性能研究[D]. 吴婷.重庆大学 2017
[2]含Al2O3和CaF2连铸结晶器保护渣成分、结构和性能的基础研究[D]. 高金星.重庆大学 2016
[3]高铝钢连铸保护渣的物理化学研究[D]. 黎江玲.北京科技大学 2016
[4]连铸结晶器保护渣相关基础理论的研究及其应用实践[D]. 谢兵.重庆大学 2004
硕士论文
[1]CaO-Al2O3基高铝高锰钢保护渣冶金特性研究[D]. 许进忠.华北理工大学 2018
[2]CaO-SiO2-TiO2渣系熔融结构与性质的模拟研究[D]. 姚廷华.重庆大学 2017
[3]Al元素对轻质高强Fe-Mn-Al钢组织及力学性能的影响及其作用机理[D]. 王力.兰州理工大学 2016
[4]基于再生资源条件下不锈钢脱磷保铬工艺研究[D]. 许云花.江苏科技大学 2015
[5]不锈钢中非金属夹杂物成分的动力学预报模型[D]. 李明.东北大学 2012
[6]FeO-SiO2-V2O3渣系熔融结构和性质的多尺度分析[D]. 张燮.重庆大学 2012
[7]不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算[D]. 游梅英.东北大学 2009
[8]薄板坯连铸保护渣消耗量与材料组成性能的关系[D]. 李婷.辽宁科技大学 2007
[9]精炼渣硫容量及活度模型的应用研究[D]. 王丰产.西安建筑科技大学 2006
[10]紫外光纤包层玻璃的制备与性能研究[D]. 周安.南京工业大学 2006
本文编号：3323879
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
保护渣在结晶器内分布及功能作用区域示意图
华北理工大学硕士学位论文-6-图2硅酸盐的网络结构示意图Fig.2Silicatenetworkstructurediagram1.2.2熔渣结构的研究方法目前研究铝硅酸盐熔体结构的方法很多，可分为两大类:1）模拟法[27]：主要包括四大类模型，分别为黑箱模型、结构特征参数模型、热力学模型和分子动力学模型等。黑箱模型和结构特征参数模型类似，都是通过对大量的实验数据进行拟合处理，从而建立熔渣结构与性能之间的关系。对于热力学模型方面，对熔渣的结构有很多看法，但还没有统一的解释。分子动力学模拟可以直接计算熔渣的结构，在材料科学，地质学，生物学等许多领域都取得了理想的成果，成为理论与实践之间的主要桥梁。2）实验法[28]：包括拉曼光谱，固体核磁共振谱，红外光谱，中子散射和X射线衍射。基于光谱理论的实验方法已成为研究铝硅酸盐熔体结构与性能的主要方法。利用拉曼光谱可以研究熔体的结构信息，X射线衍射技术类似于中子散射技术，能够得到熔体的各离子对的平均键长和配位数。虽然能够获得一些结构信息，但是无法获得在许多宏观热力学和动力学性质中起决定性作用的微观结构单元分布。通过测定硅酸盐的同位素价和配位数，推导出硅酸盐中不同四面体的相对含量，该方法虽然能获得定量的结构信息，但不够灵敏。目前，用实验方法对硅酸盐结构的研究已经比较成熟。但在非反应性保护渣中，用Al2O3取代SiO2后，由于Al3+和Si4+的化合价不同，势必会导致两种渣系在高温熔融状态下熔体结构的差异。然而，由于对高温熔体的实验研究经验匮乏，导致用实验得到的熔体结构说服力不足，因此研究受阻。近几十年来，随着科技的发展，尤其计算机和计算数学发展最为迅速，分子动力学模拟的出现解弥补了实验中的不足。分子动力学模拟技术以成为研究熔体微观结构的重要?
第1章文献综述-9-组元对熔渣中Al-O网络结构的作用机理，并结合热力学计算设计非反应性连铸保护渣化学成分；通过拉曼光谱与核磁共振谱实验，研究不同组分对非反应性保护渣熔渣微结构的影响，并基于熔渣微结构研究，解析熔渣结构与流变行为的关系，为开发非反应性连铸保护渣提供理论依据，促进高铝高锰钢连铸技术发展。2）研究内容（1）连铸保护渣熔渣微结构模拟及其成分设计研究采用分子动力学模拟软件Scigress，模拟研究不同CaO-Al2O3渣系熔渣微结构特征，揭示典型组元对熔渣中Al-O网络结构的作用机理，并结合热力学计算设计非反应性连铸保护渣化学成分。（2）非反应性连铸保护渣熔渣微结构实验研究采用拉曼光谱和核磁共振谱实验对连铸保护渣熔渣结构进行检测分析，研究不同组分对非反应性保护渣熔渣微结构的影响。（3）连铸保护渣熔渣微观结构与流变行为关系解析在熔渣微结构的研究基础上，结合保护渣黏度特性，研究其流变行为，探讨流变行为的本质，解析熔渣微结构与流变行为的关系。1.4.2研究路线研究路线如下图3所示。图3研究路线图Fig.3Researchroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板坯连铸耐候钢的稳定浇铸研究[J]. 高永春,高小尧,侯明山,耿伟. 山西冶金. 2018(05)
[2]分子动力学模拟预测氧化钠含量对二元钠硅酸盐玻璃弹性模量的影响[J]. 赵谦,祖群,齐亮,胡永杰,孙雪坤,陈阳. 硅酸盐学报. 2018(11)
[3]ZrO2对高碱铝硅酸盐玻璃热学性能的影响研究[J]. 陈琰,郎明,王自强. 玻璃. 2017(09)
[4]高铝双相钢氧化特性规律[J]. 王畅,于洋,高小丽,王林,孙超凡,庞在刚. 中国冶金. 2016(09)
[5]w（CaO）/w（Al2O3）对高铝TRIP钢保护渣熔化及流动性能的影响[J]. 付孝锦,文光华,唐萍. 炼钢. 2016(03)
[6]连铸保护渣与氧化铝的交互作用研究现状[J]. 刘春秀,杜辰伟,兰鹏,张家泉. 中国冶金. 2015(09)
[7]高Al含量钢种连铸保护渣研究综述[J]. 李治阳,于雄,陈一虹,费伟. 价值工程. 2015(08)
[8]感应加热中间包夹杂物的运动及去除[J]. 王强,石月明,李一明,李宝宽. 东北大学学报(自然科学版). 2014(10)
[9]X1215易切削钢结晶器保护渣的开发和应用[J]. 闫卫兵,林腾昌,邢薇,王成杰,王宏斌. 特殊钢. 2013(03)
[10]分子动力学模拟浅论[J]. 王乾,孙云. 陕西煤炭. 2009(03)
博士论文
[1]低反应性连铸保护渣熔体的微结构特征及宏观性能研究[D]. 吴婷.重庆大学 2017
[2]含Al2O3和CaF2连铸结晶器保护渣成分、结构和性能的基础研究[D]. 高金星.重庆大学 2016
[3]高铝钢连铸保护渣的物理化学研究[D]. 黎江玲.北京科技大学 2016
[4]连铸结晶器保护渣相关基础理论的研究及其应用实践[D]. 谢兵.重庆大学 2004
硕士论文
[1]CaO-Al2O3基高铝高锰钢保护渣冶金特性研究[D]. 许进忠.华北理工大学 2018
[2]CaO-SiO2-TiO2渣系熔融结构与性质的模拟研究[D]. 姚廷华.重庆大学 2017
[3]Al元素对轻质高强Fe-Mn-Al钢组织及力学性能的影响及其作用机理[D]. 王力.兰州理工大学 2016
[4]基于再生资源条件下不锈钢脱磷保铬工艺研究[D]. 许云花.江苏科技大学 2015
[5]不锈钢中非金属夹杂物成分的动力学预报模型[D]. 李明.东北大学 2012
[6]FeO-SiO2-V2O3渣系熔融结构和性质的多尺度分析[D]. 张燮.重庆大学 2012
[7]不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算[D]. 游梅英.东北大学 2009
[8]薄板坯连铸保护渣消耗量与材料组成性能的关系[D]. 李婷.辽宁科技大学 2007
[9]精炼渣硫容量及活度模型的应用研究[D]. 王丰产.西安建筑科技大学 2006
[10]紫外光纤包层玻璃的制备与性能研究[D]. 周安.南京工业大学 2006
本文编号：3323879
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