一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用

1.本发明属于铜冶炼连铸技术领域，具体涉及一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用。


背景技术：

2.铜铁合金（cu-fe）作为新一代高强导电铜合金之一，具有高的强度、导电率、导热性、电磁波屏蔽性及低廉的成本等优点，发展前景广阔。目前，铜合金半连续铸造用的结晶器保护渣主要有三类：碳质类、熔盐类和硅酸盐类。碳质类主要包括炭黑、石墨鳞片等。熔盐类包括硼砂+食盐、84%食盐+8%冰晶石+8%氯化钾等，适用浇铸温度约1200℃及以下合金。硅酸盐类使用的比较少，以使用熔融玻璃为主。玻璃熔点约800~1000℃，能用于浇铸温度约1300~1350℃的合金。结晶器中加入固态保护剂通常要求其熔点比合金浇铸温度低250~300
°
c，并且具有合适的粘度。然而，铜铁合金随着fe含量（5~18wt%）变化，浇铸温度在1360~1520℃之间，超过了大部分铜合金的现有浇铸温度，已有的结晶器保护渣（熔盐和玻璃）用于浇铸时存在熔点过低和粘度过小问题，铸坯表面冷隔、深振痕和凹陷问题严重，造成铸锭铣磨损耗量大。因此，需要针对高铁铜合金连铸设计新的结晶器保护渣用于生产。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用，保护渣自身具有熔点高、粘度小的特点，能够较好的配合高浇铸温度的铜铁合金使用。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣，以质量百分比计，包括以下组分：8.62~25.86%的cao、8.32~24.96%的sio2、27.68~55.36%的b2o3、3.06~9.18%的a12o3和12.32~24.64%的na2o。
5.作为优选，所述渣的多元碱度（cao+2 na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)在0.5-0.9范围内，使熔渣粘度随温度的变化缓和，保证下渣量。
6.作为优选，所述cao、sio2、a12o
3 的总质量与所述b2o
3 和na2o的总质量比为0.25~1.5，可以使保护渣具有相对较低的熔化温度。
7.保护渣在1200℃时的粘度为0.1~0.7pa.s。
8.一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣的制备方法，按照上述保护渣各组分的质量百分比称取原料并混合均匀，加热熔化得到熔融态渣，将熔融态渣倒入水中急冷处理得到玻璃态保护渣块体，干燥处理后破碎碾磨至粒径≤200目，得到高铁铜合金连铸结晶器保护渣。
9.本发明又提出对所述高铁铜合金连铸结晶器保护渣的应用，用于高铁铜合金制备过程，所述高铁铜合金中fe质量百分含量为5~18％，si质量百分含量为0~1％。
10.本发明的原理分析如下：1、本发明制备的保护渣采用na2o-b2o3基，且a12o3含量低于9％，渣金界面反应性弱，减少合金液中feo或fe2o3与a12o3形成高熔点氧化物程度。多元碱度（cao+2 na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)在0.5-0.9范围内，碱度合理，熔渣粘度随温度变化缓
和，从而保证结晶器液态保护渣的合适下渣量。
11.2、保护渣中sio2和b2o3作为网络结构形成体，直接影响渣系粘度。（cao+2 na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)的质量比保持稳定，渣系粘度稳定。
12.3、保护渣中b2o3的加入，一方面，可以与铜基铁合金中主要的杂质氧化物feo和fe2o3发生反应，形成低熔点的化合物，不仅可以有效地祛除铜铁合金中的杂质，保证其成品的品质，还能保证熔渣的熔点、粘度不发生明显波动，进而保证成品铸坯内部结构较好的均一性。另一方面能促进铜中feo和fe2o3夹杂物的吸收，净化铜液。
13.4、保护渣中添加剂a12o3，则是为了适当保证在高温状态（大于1200℃）下，熔渣的粘度能够保持在0.1~0.7pa.s附近。
14.本发明的有益效果是：本发明提供的一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣具有渣金界面反应性弱、性质稳定、吸收al2o3、feo和fe2o3夹杂物能力强等优点。在（cao+sio2+a12o3）/（b2o3+na2o）的总质量比低的条件下，保护渣结晶倾向小，有利于促进传热，有助于结晶器初始凝固区域坯壳的形成；同时，其理化性能如粘度、熔化温说度等能满足高铁铜合金([fe]＝5-18％，[si]＝0-1％)连铸要求，良好的液渣流动性可以满足润滑要求，从而减少漏铜事故发生。。
具体实施方式
[0015]
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
[0016]
实施例1：一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣，以质量百分比计，包括以下组分： cao 8.6%，sio
2 8.7%，b2o
3 55.0%，a12o
3 3.2%，na2o 24.5%。
[0017]
优选的，（cao+2na2o)/(sio2+al2o3+b2o3) 质量比为0.86；（cao+sio2+a12o3）/（b2o3+na2o）质量比为0.26。
[0018]
所述保护渣的制备过程如下：将上述保护渣原料按目标成分称量，进行机械搅拌，使各成分充分混和均匀；然后将混合后的样品加入矿热炉中加热至1250℃熔化，除去挥发分和气体物质，待其熔化后搅拌均匀并保温10min，各组分间形成熔融态熔体；将熔融态熔体倒入水中急冷得到玻璃态保护渣块体，将玻璃态保护渣块体干燥处理后进行机械破碎碾磨至粒径≤200目，得到高铁铜合金连铸结晶器保护渣粉体。
[0019]
实施例2：一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣，以质量百分比计，包括以下组分：cao 18.8%，sio
2 16.6%，b2o
3 48.5%，a12o
3 6.1%，na2o 10%。
[0020]
优选的（cao+2na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)质量比为0.54；（cao+sio2+a12o3）/（b2o3+na2o）质量比为0.71。
[0021]
所述保护渣的制备方法与实施例1相同。
[0022]
实施例3：一种高铁铜合金连铸结晶器保护渣，以质量百分比计，包括以下组分：cao 23.8%，sio
2 26.6%，b2o
3 33.5%，a12o
3 6.1%，na2o 10%。
[0023]
优选的，（cao+2na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)质量比为0.66；（cao+sio2+a12o3）/（b2o3+na2o）质量比为1.30。
[0024]
所述保护渣的制备方法与实施例1相同。
[0025]
对比例1：本对比例采用目前黄铜连铸用结晶器保护渣，以质量百分比计，包括以
下组分：b2o
3 69.3%， na2o 30.8%。
[0026]
其中，（cao+2na2o)/(sio2+al2o3+b2o3)质量比为0.44；（cao+sio2+a12o3）/（b2o3+na2o）质量比为0。
[0027]
本例中的保护渣熔渣熔点低、高温时粘度低。将实施例1~3和对比例1的结晶器保护渣用于含fe:5.0%的铜合金半连续浇铸，保护渣的主要物性参数见表1.表1 各实施例结晶器覆盖剂的主要物性参数由上表可知：本发明做提供的高铁铜合金连铸结晶器保护渣，具有较高的熔点和高温粘度，能够与铜铁合金较好配合，熔化温度在850~1041℃范围内，1200℃下粘度在0 .15~0 .66pa.s范围内，满足合金的连铸要求。
[0028]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。