CN101768498B - 一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料及其制备方法，采用玻璃粉为携带剂，纳米二硫化钼改性后的氟化石墨为润滑剂，微晶石蜡为脱模剂，在球磨机中共混粉碎即得。本发明在不改变原有加料方式和不增加工序的前提下，解决了传统润滑剂的夹渣问题，并且可根据浇铸温度，调节成分比例，适合各种牌号的铜合金的半连铸使用，可以大大降低铜锭和结晶器之间的摩擦系数，减少铜锭和结晶器表面的磨损，提高铜锭的拉铸速度，减少拉漏，提高生产效率，在冶金、化工、材料等高温润滑领域有着重要的应用价值。

Description

一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种冶金润滑材料领域，具体是一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料及其制备方法。
背景技术
在半连铸生产铜锭过程中，铸锭质量与铸造温度、拉铸速度、冷却强度等因素紧密相关，如果铸造温度过高、拉铸速度过快、冷却跟不上，很容易造成铸锭表面产生裂纹，影响铸锭组织结构，甚至出现拉漏；因此半连铸过程常采用高温润滑材料保证拉铸过程的正常进行。过去广泛采用煤气保护、机油润滑工艺，但由于其成本较高、操作繁琐，且在操作过程会产生火焰以及很大的烟气，造成废气污染，严重影响当地空气质量，现已基本被淘汰。硼砂作为半连铸的高温润滑材料，因其成本低廉、操作简便，现已被大多数铜合金生产厂家采用。硼砂的使用方法是直接添加在结晶器内铜液表面，可以起到隔绝空气，防止铜液被氧化；形成润滑薄膜；均匀铸锭与结晶器内壁间的传热；保护结晶器内壁免受直接的冲蚀和热击等作用(任少华，硼砂保护与铜锭质量关系初探，特种铸造及有色合金，2002，1∶57)。
虽然硼砂能起到很好的高温润滑作用，但是采用硼砂润滑后的铜锭表面容易出现硼砂夹渣，也即硼砂熔融后的玻璃态物质容易粘结在铜锭表面难以去除，在后续铜锭扎制等加工过程会将表面的硼砂压入铜块，形成砂眼，影响产品的质量。随着客户对产品质量要求的提高，目前，国内外大多数厂家采用铣面或者酸液浸泡的办法去除铜锭表面残留的硼砂，但这两种方法均增加了一道工序，增大了生产成本，降低了铜锭的成材率，显然是没有办法的办法；针对该情况，中国专利(CN 1230140A)公布了一种除去结晶器保护渣的系统和方法，主要是通过设计了一套新型铸造系统，通过喷施加压流体来对铸坯打松结晶器保护渣，用吸力吸走保护渣和多余的流体的方法，虽然该法在一定程度上也能解决问题，但对于国内大多数生产厂家来说，要全部引进并更换上新设备，又要增大投资，显然是不合算的。中国专利(CN 1159123C)公布了一种连铸结晶器高温润滑剂及其制备工艺，该产品主要是通过涂刷在结晶器内侧壁，起到润滑作用；该法操作繁琐，降低了生产效率，并且很容易在铸锭的刮擦下，出现润滑剂和侧壁剥离，导致润滑失败。综上可以看出，以上方法既有一定的优势，也均存在许多缺陷，因此没有得到推广。
发明内容
本发明提供了一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料及其制备方法，既能满足铜合金在半连铸过程的润滑、隔氧等作用又能防止润滑材料在铜合金表面夹渣。
本发明利用氟化石墨和纳米二硫化钼的协同润滑特性，在水玻璃溶液中制备成良好的分散体系，干燥后，同时添加玻璃粉、微晶石蜡经球磨机粉碎至15-160目即可。
本发明的技术方案为：
一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料，其特征在于：各原料组分按重量份比为：携带剂50-80、润滑剂0.7-20、脱模剂5-30；
所述的携带剂选用玻璃粉，玻璃粉包括化学组成Na2O、SiO2和CaO，其按质量比为(15.5-62)∶(7.2-54)∶28；
所述的润滑剂选用经过纳米二硫化钼改性的氟化石墨；纳米二硫化钼改性的氟化石墨采用下列方法制得：将0.2～5质量份的纳米二硫化钼添加到质量浓度为0.5～15％的硅酸钠水溶液中，超声分散均匀后，加入0.5～15质量份氟化石墨，加热至50-70℃，充分搅拌12～24小时，过滤干燥，即得润滑亮剂；
所述的脱模剂选用含45-90个碳原子的微晶石蜡。
所述的铜合金半连铸结晶器高温润滑材料，其特征在于：所述的纳米二硫化钼的粒径为20-200nm，粒径分布宽度低于100nm；所述的氟化石墨氟碳比为0.5-1.2。
所述的铜合金半连铸结晶器高温润滑材料的制备方法，其特征在于：将0.7-20质量份润滑剂和50～80质量份玻璃粉，5～30质量份的微晶石蜡，投入到球磨机粉碎至150～160目，即得高温润滑材料。
本发明是利用玻璃粉的熔融状态将润滑材料带入结晶器侧壁，起到润滑作用，拉铸出来的铸锭表面极少的残留物可依靠微晶石蜡的脱模作用带下来，其特征在于玻璃粉成分是由Na2O，SiO2，CaO构成。
与已有技术相比，本发明的优势体现在：
1、本发明的高温润滑材料采用玻璃粉熔融后将纳米二硫化钼改性后的氟化石墨带入结晶器内侧，解决了氟化石墨难形成熔融膜以及纳米二硫化钼的高温易分解问题。本发明在铜液表面起到了很好的覆盖隔氧作用，同时纳米二硫化钼改性的氟化石墨具备滑动摩擦和滚动摩擦的协同作用，可以大大降低铜锭和结晶器之间的摩擦系数，减少铜锭和结晶器表面的磨损，提高铜锭的拉铸速度，减少拉漏，提高生产效率。
2、本发明在不改变原加料方式和不增加工序的前提下，解决了硼砂熔融后在铸锭表面的夹渣问题，采用微晶石蜡作脱模剂，拉铸后铸锭表面的残留物可以直接剥离，或进入铜锭后续的退火阶段也很容易被高温烧化去除。
3、本发明方法制备高温润滑材料，根据玻璃粉中各物料的三元相图，通过调控组分含量，达到调控玻璃粉熔融温度的目的，可以控制铜液表面粉渣层和液渣层高度比，从而实现对不同牌号铜合金的拉铸温度的需求。
4、本发明高温润滑材料的制备方法，通过调节各组分的比例，即可得到相应的高温润滑材料，该方法简单可靠，有效解决了常规润滑材料的夹渣等问题，在冶金、化工、材料等高温润滑领域有着重要的应用价值。
具体实施方式
实施例1
称取2.0g纳米二硫化钼加入装有200mL质量浓度为4％的硅酸钠水溶液的中，超声分散30min后，加入10g氟化石墨，加热至50℃，充分搅拌12小时，冷却至室温后，过滤干燥，将干燥物和800g玻璃粉(质量比Na2O∶SiO2∶CaO＝31∶36∶28)，180g微晶石蜡，投入到球磨机粉碎至150-160目，即得高温润滑材料，适合H62铜合金半连铸用。
实施例2
称取10g纳米二硫化钼加入装有200mL质量浓度为8％的硅酸钠水溶液的中，超声分散30min后，加入14g氟化石墨，加热至60℃，充分搅拌12小时，冷却至室温后，过滤干燥，将干燥物和760g玻璃粉(质量比Na2O∶SiO2∶CaO＝37.2∶30∶28)，200g微晶石蜡，投入到球磨机粉碎至150-160目，即得高温润滑材料，适合H68铜合金半连铸用。
实施例3
称取50g纳米二硫化钼加入装有200mL质量浓度为15％的硅酸钠水溶液的中，超声分散30min后，加入20g氟化石墨，加热至70℃，充分搅拌24小时，冷却至室温后，过滤干燥，将干燥物和600g玻璃粉(质量比Na2O∶SiO2∶CaO＝46.5∶39∶28)，300g微晶石蜡，投入到球磨机粉碎至150-160目，即得高温润滑材料。

Claims (3)

1.一种铜合金半连铸结晶器高温润滑材料，其特征在于：各原料组分按重量份比为：携带剂50-80、润滑剂0.7-20、脱模剂5-30；
所述的携带剂选用玻璃粉，玻璃粉包括化学组成Na2O、SiO2和CaO，其按质量比为(15.5-62)∶(7.2-54)∶28；
所述的润滑剂选用经过纳米二硫化钼改性的氟化石墨；纳米二硫化钼改性的氟化石墨采用下列方法制得：将0.2～5质量份的纳米二硫化钼添加到质量浓度为0.5～15％的硅酸钠水溶液中，超声分散均匀后，加入0.5～15质量份氟化石墨，加热至50～70℃，充分搅拌12～24小时，过滤干燥，即得润滑剂；
所述的脱模剂选用含45-90个碳原子的微晶石蜡。
2.根据权利要求1所述的铜合金半连铸结晶器高温润滑材料，其特征在于：
所述的纳米二硫化钼的粒径为20-200nm，粒径分布宽度低于100nm；所述的氟化石墨氟碳比为0.5-1.2。
3.根据权利要求1所述的铜合金半连铸结晶器高温润滑材料的制备方法，其特征在于：将0.7-20质量份润滑剂和50～80质量份玻璃粉，5～30质量份的微晶石蜡，投入到球磨机粉碎至150～160目，即得高温润滑材料。
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