稀土及其氧化物對連鑄保護渣理化性能影響的研究.pdf

1、本論文在研究了稀土與保護渣之間的化學反應基礎上，探討了稀土氧化物對保護渣熔化溫度、粘度、凝固溫度、結晶溫度以及結晶率的影響規(guī)律，并給出了相應的作用機制。通過在保護渣中配入BaO、Li2O和B2O3，以提高保護渣容納稀土氧化物的能力并削弱稀土氧化物對保護渣理化性能的不良影響。通過二次回歸正交設計，探討了稀土氧化物(CeO2)在保護渣中溶解度與溫度和保護渣組成之間的關系。使用巖相分析手段，研究了稀土氧化物在保護渣中的存在狀態(tài)以及對保護渣結晶

2、礦物組成的影響。 熱力學計算表明，稀土可以將保護渣中的SiO2和Na2O還原，生成稀土氧化物，而不與保護渣中的CaO、CaF2、MgO和Al2O3等物質反應。在高溫熔渣內，稀土氧化物是以Ce2O3和CeO形式或者離子形式存在，即使有四價Ce氧化物產生，也會被Ce、Si和C還原。在高溫條件下，稀土與不同堿度以及不同Na2O含量的保護渣反應程度不同，低堿度保護渣和高Na2O含量的保護渣，具有與稀土更強的反應能力。 稀土氧化物

3、可以顯著改變保護渣熔化溫度。低堿度(0.6)條件下，稀土氧化物含量增加，熔化溫度隨之下降，當含量大于8％后，熔化溫度又顯著升高。堿度為1.0時，隨稀土氧化物含量增加，熔化溫度先稍有下降而后上升；堿度為14時，隨著稀土氧化物含量增加，熔化溫度一直升高：BaO、Li2O和B2O3可以在不同程度上降低保護渣初始熔化溫度，并在一定程度上提高保護渣熔化溫度的穩(wěn)定性。 粘度曲線表明，稀土氧化物導致保護渣溫度-粘度曲線的高溫線性區(qū)域減小，粘度

4、曲線出現(xiàn)拐點的溫度大大提前，粘度不穩(wěn)定性增大；XRD表明，稀土氧化物可以與保護渣反應生成高熔點復合物相，如Ce4.67(SiO4)O和Ca3La6(SiO4)6等，這些物相隨溫度降低而析出是導致保護渣粘度升高的原因之一：Li2O、B2O3、和BaO可以降低液態(tài)保護渣粘度，同時可以提高保護渣溶解吸收稀土氧化物的能力，其作用能力大小依次為Li2O＞B2O3＞BaO＞CaF2。稀土氧化物可以顯著提高保護渣凝固溫度和結晶溫度。保護渣中添加不同熔

5、劑，可以削弱稀土氧化物導致保護渣結晶溫度上升趨勢：堿度對于保護渣結晶率影響較大，Li2O、B2O3、和BaO可以提高保護渣的玻璃化傾向，增強熔渣溶解和吸收稀土氧化物的能力。 在本實驗條件下，稀土氧化物(以CeO2為代表)在保護渣中溶解度數值大約在5～20％：提高熔渣溫度，可以顯著提高稀土氧化物的溶解度：在一定渣系組成條件下，隨堿度的增加，稀土氧化物溶解度先增加而后稍有降低；BaO、Li2O和B2O3對稀土氧化物溶解度影響顯著，但

6、作用程度有一定差異；溫度和保護渣組成是稀土氧化物溶解度變化的最主要原因之一。 無論是工業(yè)保護渣還是實驗室自配渣，其結晶礦相組成為槍晶石、硅灰石、少量黃長石、霞石以及少量玻璃相；稀土氧化物進入保護渣中，抑制了硅灰石形成，促進了槍晶石長大。少量稀土氧化物在保護渣中不能獨立形成結晶礦物，而是存在于槍晶石或者玻璃相當中；當稀土氧化物含量大于10％，其在保護渣中的存在狀態(tài)為稀土硅酸鈣，個別形成了稀土的氟氧化物。稀土硅酸鈣為細針狀晶體或者雛