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本文主要针对高铝钢连铸过程所面临的由传统CaO-SiO2基连铸保护渣引起的强烈渣金反应,使保护渣成分发生剧烈变化,导致连铸顺行困难的难题,对高铝钢保护渣的物理化学展开研究,旨在为解决高铝钢连铸难题提供理论参考。本工作首先对高铝钢基础渣系CaO-Al2O3-SiO2-CaF2的物理化学进行了详细的研究,观察了渣金反应所带来的保护渣化学成分变化对渣物理化学的影响：其次针对非反应性新型CaO-Al2O3基高铝钢连铸保护渣进行了研究,旨在为开发适合高铝钢连铸过程的新型连铸保护渣提供更多的途径。本工作主要得出如下结论：(1)对高铝钢连铸保护渣基础渣系CaO-SiO2-Al2O3-CaF2相平衡关系的研究,确立了在T=1523K、碱度在0.80-1.25及A1203的含量低于25%(mass%)的成分区域内的等温截面图,确立了该区域的液相区及7个固液共存区的相界线。研究了Al2O3/SiO2比的变化对四元渣系CaO-Al2O3-SiO2-CaF2粘度的影响得出：Al2O3/SiO2比从0.22增加到1.75的范围内,粘度先减小后增加,在Al2O3/SiO2比为0.83时,粘度出现极小值,且在Al2O3/SiO2大幅度的变化过程中,没有引起粘度的大范围变化。采用29Si-NMR、19F-NMR、27A1-NMR 及 Raman光谱研究了四元系的微观结构发现：F-主要是形成F-Ca(n)键,A13+主要形成了[A104]四面体结构单元,分析了[A104]不断取代[Si04]的过程中渣的微观结构的变化。通过结构和粘度随着Al2O3/SiO2比变化的研究结果,发现粘度不仅受渣聚合度的影响,还与渣主要化学键的键强有关。(2)采用旋转柱体法研究了A1203棒在新型高铝钢连铸保护渣基础渣系CaO-Al2O3-CaF2渣的溶解行为发现：随着温度和转速的增加,溶解速度增加;CaO/Al2O3比增加,A1203溶解速度小幅度增加；溶解过程的限制性环节为渣中溶质A1203向渣和A1203界面的扩散,且A1203在渣中的溶解与中间化合物的形成也相关。(3)对CaO-Al2O3基基础渣系CaO-Al2O3-CaF2 和 CaO-Al2O3-B2O3结晶行为的研究表明：碱金属氧化物和酸性氧化物的加入将会改变CaO-Al2O3-CaF2基渣中生成的铝酸钙的种类,且酸性氧化物可以促进CaF2的结晶；对于CaO-Al2O3-B2O3系,B203增加改变了生成的铝酸钙的类型,抑制了CaAl407的结晶,同时促进了Ca3B2O6的结晶；碱金属氧化物促进了CaAl2O4的结晶。用光学碱度关联了CaO-A1203-CaF2基渣和CaO-A1203-B203基渣的结晶行为,发现随着光学碱度的增加,生成的铝酸钙晶体的Ca/Al比增加,铝酸钙的类型由CaAl4O7向CaAl2O4.Ca12Al14O33和Ca3A1206依次转变。(4)对CaO-A12O3-TiO2基保护渣物理化学的研究表明：随着TiO2的增加,渣的粘度降低,渣系的转折温度先降低后增加。随着TiO2的增加,体系的聚合度降低,这也与渣系粘度的降低相对应。结晶行为的研究发现：降温过程中,对于0%TiO2的样品,MgO首先析出,接着析出Ca12Al14O33晶体；对于添加TiO2的样品,CaTi03首先析出,接着析出MgO晶体,最后析出的是Ca12Al14O33晶体：CaO-A12O3基连铸保护渣的结晶温度随着TiO2含量增加而增加,结晶能力随着TiO2含量增加而增强, 随着TiO2含量增加,CaTi03结晶能力增强,而MgO和Ca12Al14033结晶能力变化不大。(5)CaO-Al2O3-B2O3基多元渣物理化学的研究表明：ⅰ)所设计渣系熔化温度都位于1050～1200℃范围内,熔化温度随着B2O3和Na2O的增加而降低；5%SiO2的添加使渣系的熔化温度降低；随着CaO/A1203比的增加,熔化温度先增加后降低;ⅱ)渣系在1300℃时的粘度范围值位于0.2～0.4 Pa.s, B203.Na2O和CaO/A1203比的增加可以降低渣系的粘度,5%5iO2的添加,使渣系粘度略微增大；ⅲ)随着B203和Na2O的增加,保护渣的结晶温度降低,添加5%的Si02使渣系的结晶温度降低,CaO/Al2O3比的增加使得渣系的结晶温度先增加后降低,渣系所有成分的结晶产物都为三种,分别是Ca3A1206,LiAlO2和Ca3B2O6,结晶的顺序为,首先从液渣中析出Ca3A1206.然后随着温度的降低,LiAlO2进一步析出,最后在低温段析出了Ca3B206；iv)通过微观结构的分析得出：CaO-Al203-B2O3基渣中的成网离子Al3+和B3+主要形成的是[AlO4]和[BO3]结构单元,且Na2O和CaO/A12O3比的增加,[A104]结构单元形成的网络结构解聚,而B2O3和SiO2的增加,[A104]结构单元形成的网络结构聚合。