保护渣碱度对渣膜传热的影响

王新 宋玉倩

摘要：对Ca0-Si02-CaFZ-Nat通过对铜结晶器实验装置的模拟，制备出了由固体渣膜组成的四元渣系统。通过金相观察、x射线衍射和扫描电镜反散射成像等方法，对影响热通量密度的因素进行了分析。结果表明，保护渣的化学成分和渣膜的冷却系统对渣膜的热流密度和晶体形成有重要影响。随着碱度的增加，热通量密度先增大后减小，但在R=1时，由于结晶的初始阶段主要受渣膜厚度的影响，且热通量密度增加，R=1.4时，较大值出现在在点，析出了导热系数高的（CaSi03）晶体，具有高热流密度的特点：析出的晶粒越大，界面处的热阻越大，越有利于控制传热。这说明影响渣膜热流密度的主要因素不仅是渣膜的厚度和结晶速度，还包括晶型和晶粒尺寸。

关键词：保护渣;渣膜;微观结构;热流密度

中图分类号：TF534.1文献标识码：A文章编号：1672-9129（2018）06-0204-02

Effect of Basicity of Mold Powder on Heat Transfer of Slag Film

WANG Xin¹*， SONG Yuqian²

（1. North China University of Technology， Tangshan Hebei， 063000， China）（2. Information Automation Department of Tangshan Iron and Steel Co.， Ltd.， Tangshan Hebei， 063000， China）

Abstract：A quaternary slag system composed of solid slag film was prepared by simulating the experimental equipment of copper crystallizer in Ca0-Si02-CaFZ-Nat. The factors affecting the heat flux density were analyzed by means of metallographic observation， X-ray diffraction and scanning electron microscopy backscattering imaging. The results show that the chemical composition of the mold slag and the cooling system of the slag film have an important effect on the heat flux density and crystal formation of the slag film. With the increase of alkalinity， the heat flux density first increases and then decreases. However， at R=1， the initial stage of crystallization is mainly affected by the thickness of slag film， and when the heat flux density increases， and at R=1.4， the larger value appears at the point， and the （CaSi03） crystal with high thermal conductivity is precipitated， which has the characteristic of high heat flux density： The larger the precipitated grain is， the larger the thermal resistance at the interface is， the more favorable the heat transfer control is. This shows that the main factors affecting the heat flux of slag film are not only the thickness and crystallization rate of slag film， but also the crystal shape and grain size.

Keywords：Mold powder; Slag film; Microstructure; Heat flux

引用：王新， 宋玉倩. 保護渣碱度对渣膜传热的影响[J]. 数码设计， 2018， 7（6）： 204-205.

Cite：WANG Xin， SONG Yuqian. Effect of Basicity of Mold Powder on Heat Transfer of Slag Film[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 204-205.

引言

结晶器保护渣在冶金过程中的应用是稳定连铸过程，扩大连铸品种，提高连铸坯质量和生产的有效技术。模具保护渣主要控制钢坯的传热和润滑，这是由于模具与钢坯之间的液体和固体渣膜形成造成的。目前还没有系统地研究炉渣的组成和冷却速度与渣膜的热流密度和结晶性能之间的关系。文章研究测试连铸保护渣熔化和粘度特性研究的基础上，实验室自制的模拟装置，模拟模壁渣膜的形成过程，研究保护渣碱度和保护热流密度之间的关系，托尼膜，利用x射线衍射分析仪、扫描电镜和显微组织的渣膜矿物显微镜进行了研究，分析了渣膜厚度，结晶速率，晶体结构、晶粒尺寸及传热通量关系。

1  实验方案

Divry等基于利用铜指仪获取渣膜的想法，开发了模拟铜结晶器的实验装置，如1所示。该装置可以测量不同组分保护渣膜在形成过程中热流密度和冷却速度的变化，得到研究条件下的模壁渣膜。实验温度为1400摄氏度，每个矿渣样品的质量为350克。

在图1中，三个点对应的a、b、c的垂直坐标反映了渣膜生长过程中三个特征态对应的热流密度值。a点对应的时间为10s，表示原矿渣膜的形成状态。b点是热流密度变化的转折点，它反映了气隙稳定时矿渣膜的状态，代表了矿渣膜的综合传热阻力，对控制矿渣膜的传热能力起着主导作用。c点设为60s，研究了气隙稳定形成后渣膜增厚时间和再热再结晶对渣膜结构的影响。随着时间的推移，渣膜在热回收后变厚并重新结晶。本研究主要研究了在形成气隙时，具有对传热热流密度的主导控制的旋转点伪点的渣膜状态和热流密度特性。

2  实验结果与分析

2.1  保护固体渣膜的有效导热性

由图2（a）可知，保护渣随着液渣温度的升高，热流密度逐渐增大。这是由于液渣温度越高，液渣与铜探头之间的温差越大，渣膜内部的温度梯度变大，导致热流密度升高。图2（b）为液渣温度对固态渣膜厚度的影响。从图2（b）可知渣样随着液渣温度的升高，固态渣膜的平均厚度逐渐减小。这是由于在相同的 45 s 内，液渣温度较高的开始结晶的时间较晚，导致了结晶期变短，渣膜没有足够的时间来形成结晶，导致固态渣膜厚度变小。

2.2  熔渣温度对固体渣膜表面粗糙度和界面热阻的影响

影响表面粗糙度的主要因素是固体渣膜的结晶速度和晶粒尺寸。铜探头侧面附近的液态渣在三种温度下冷却得更快，凝固后变成玻璃。此外，液态熔渣温度对固体渣膜的结晶比没有显著影响，因此固体渣膜在三温度下的表面粗糙度接近恒定。可以看出固体渣膜边界。利用空气的表面粗糙度和热导率可以计算出表面的热阻。如图3炉渣界面热阻小，热流密度大。同时，界面热阻占总热阻的50%以上，界面热阻是影响热流密度的主要因素。

2号拟合结果表明，玻璃渣和水晶渣的有效导热系数分别为7.7和9.0w/M·K稍微大一点。由于靠近铜墙一侧的冷却速度较大，所以靠近液态炉渣一侧的冷却速度较小。通过对两种固体渣膜的微观结构和有效导热系数的比较，发现了不存在的碱度。矿渣较高的固体渣膜结晶度高、有效导热系数越高高。影响有效导热系数的因素主要是辐射传热的光学性质和结构，传导传热的结晶度和气隙。高碱度的矿渣样品具有结晶率高、晶体辐射低的特点，其导热系数大。

2.3  固体渣膜厚度是影响热传递的重要因素

比较两个无氟渣碱度为1.3和1.4的样本，碱度为1.3（渣膜厚度：5.96毫米），熔渣碱度1.4（渣膜厚度：5.25毫米），后者比前者渣膜厚度小，传热应该更快，但事实上，传热较慢，这表明均匀厚度的情况下，晶体渣膜比玻璃渣膜传热慢。

2.4  碱度对产率和渣膜厚度的影响

图3为碱度与渣膜厚度的关系图，渣膜厚度随碱度增加先降低后升高，当=R1.l时达到最小值.因为粘度对玻璃渣和结晶渣的影响作用不同，玻璃渣粘度降低，分子粘附力减小，渣膜变薄：结晶渣粘度降低，分子迁移阻力减小，根据结晶动力学，利于晶体的形成，渣膜增厚。

2.5  碱度对渣膜热流密度的影响

随碱度增大热流密度先增大后减小，但在R司.4时出现了较大值.开始时热流密度增大的主要原因是当R蕊1.1时，渣膜结晶率为0，而且渣膜变薄，导热热阻降低.而当R〕1.1时，热流密度降低的主要原因是结晶率增大导致界面热阻增大，同时渣膜厚度也增加，由此导致渣膜导热热阻增大.在R司.4时热流密度出现较大值，是因为析出了导热系数较大的硅灰石（CaSiO₃）晶体。结晶器保护渣冷却后的固态渣膜中形成的结晶矿相直接影响结晶器与铸坯之间的传热和润滑.不同矿相对铸坯表面纵裂纹及粘结漏钢都有不同程度的影响。

2.6  晶粒尺寸与热流密度的关系

靠结晶器侧，当R=1.4时为玻璃体，当R=1.5和1.6时晶粒分布均匀而致密，有增大趋势，当R=1.7时晶粒明显增大.可以得出，碱度R增大，导致结晶率增大，晶粒有变大的趋势，导致渣膜表面粗糙，界面热阻增大，热流密度值降低.

3  结束语

结果表明，固体渣膜的有效导热系数与渣的结晶性能和保护渣碱有关保护渣的结晶性提高，有效导热系数由1.20W/（m·k）提高到2.46W/（mk）。（1）利用自制的模拟铜结晶器的实验装置，实现了渣膜水平传热的定量研究。（2）渣的化学成分和渣膜的冷却速度对晶体的形成有重要影响。（3）热流密度随着基底度的增大先增大后减小，但R=1.4时出现较大值。当R>1.1增大时，碱度增大，结晶速率增大，界面热阻增大，渣膜增厚，热流密度减小，当R=1.4时，析出导热系数较大的硅烟，说明热流密度值较大。（4）影響渣膜保护热流密度的主要因素有结晶率、析出晶体类型、晶粒尺寸和渣膜厚度。

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