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稀土可以有效地提高重轨钢的冲击韧性、耐磨性、抗接触疲劳性和热塑性。然而,由于稀土极易氧化烧损,其在炼钢生产添加过程中易产生稀土氧化物进入保护渣中。本文针对稀土重轨钢连铸过程面临的稀土氧化物Ce02进入连铸保护渣,恶化连铸保护渣相关物化性能,影响稀土重轨钢连铸正常生产状况,系统研究CeO2对稀土重轨钢保护渣物理化学性能的影响,为稀土重轨钢连铸结晶器保护渣的优化和调控提供理论依据。本工作首先对普通CaO-SiO2基含氟和无氟两个保护渣系展开研究,考察CeO2含量对保护渣物理化学性能的影响规律;其次开展低反应性CaO-A1203基稀土保护渣的研究。主要得出如下结论:采用半球点法、旋转内柱体法、拉曼光谱分析和X射线光电子能谱等分析测试方法研究了CaO-Si02基含氟稀土重轨钢连铸保护渣的物理化学性能。结果表明:随着Ce02含量的增加,保护渣的熔化温度升高,高温粘度值降低,渣系的转折温度急剧增加。含12wt%Ce02的保护渣在1300℃粘度过大,不再适用于生产过程。综合考虑Ce02对熔化温度和粘度的影响规律,保护渣中Ce02的含量应小于12wt%。分析表明,随着CeO2的增加,高温下CaO-SiO2基保护渣熔体的聚合度降低,导致渣系熔体粘度的下降。保护渣结晶行为的研究发现,CeO2促进保护渣中高熔点结晶相枪晶石(熔点为1407℃)和的Ce4.67(SiO4)3O(熔点为1500℃)的析出,导致渣系转折温度上升,增强保护渣的结晶能力。考虑到保护渣中氟对设备和环境的危害,本文研究了CaO-Si02基无氟稀土重轨钢连铸保护渣的性能。研究表明:B203替代CaF2可以有效降低保护渣的熔化温度、粘度和结晶温度,其在保护渣中的合理添加量为10wt%。通过研究CeO2含量对含硼CaO-SiO2基无氟保护渣物理化学性能的影响发现,CeO2可提高无氟保护渣的熔化温度,降低熔体的高温粘度。综合考虑熔化温度和粘度结果,当渣中CeO2含量为12wt%时,无氟保护渣仍可适用于生产。高分辨拉曼光谱和600兆固态核磁谱分析发现,CeO2在含硼CaO-SiO2基无氟保护渣熔体结构中起网络破坏体作用。由于稀土重轨钢的热强度差、凝固坯壳收缩小,因此对保护渣的传热和润滑能力要求较高。本文利用渣膜热流模拟仪模拟实际结晶器中的水平传热过程,测量并分析CeO2对CaO-SiO2基含氟保护渣和无氟保护渣热流密度和传热能力的影响。研究发现:CeO2降低CaO-SiO2基含氟和无氟这两种保护渣的传热能力,其中对无氟保护渣的传热能力影响较小。X射线衍射分析得出,CeO2促进固态渣膜中结晶相的析出,增强两种保护渣的结晶能力,但对无氟保护渣结晶能力的影响相对较小。为减轻稀土与保护渣发生氧化反应,本文引入CaO-Al2O3基低反应性保护渣。利用半球点法、旋转内柱体法、傅立叶变换红外光谱分析方法和X射线衍射分析等方法研究了不同CeO2含量对CaO-Al2O3基保护渣熔化温度、粘度、微观结构和结晶性能的影响,并建立了熔体粘度和微观结构之间的联系。结果表明,随着CeO2含量的增加,保护渣的熔化温度升高,粘度下降。CeO2破坏CaO-Al2O3基保护渣熔体的微观结构,从而降低熔体的粘度。此外,CeO2的添加可抑制保护渣中高熔点相CaO的析出,降低保护渣的转折温度。从CeO2对保护渣粘度和转折温度的影响考虑,CaO-Al2O3基保护渣比CaO-SiO2基保护渣更有利于稀土重轨钢的连铸生产。