CN115094255A - 一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，本发明属于铜镁合金铸锭技术领域，原材料为电解铜和镁板，采用干馏煤、沥青焦、无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉复配作覆盖剂，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁具有良好的覆盖性具有扩散和脱氧的作用，而干馏煤、沥青焦颗粒较大，与较小的玉米芯粉以及无水光卤石粉、无水硫酸钠形成级配，更好的形成对熔体表面的覆盖，熔减少了造成熔体的吸气及与挥发，避免了对环境的污染和对人体的危害，也降低了铸锭缺陷形成的可能性，减少熔了体与空气的接触。
Description
技术领域
本发明属于铜镁合金材料技术领域，具体涉及一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法。
背景技术
在非铁合金的溶炼中，各种金属元素的特性不同，为满足各自熔炼合金的需要，常采用各种中间合金。铜镁中间合金有着重要用途，在轨道交通接触线、铝合金熔炼等领域有重要应用。镁是一种低熔点易燃烧的轻金属，其燃点为475℃，密度124g/cm3，熔点649℃，沸点1108℃，而铜的熔点为1080℃，接近镁的沸点。少量的镁含量对铜液的流动性产生很大的影响，而上引连铸工艺设备对铜的流动性非常敏感，流动性降低使镁铜合金在结晶器内壁凝固的过程中摩擦力增大，导致牵引力增大，并且造成表面裂纹，甚至拉断。镁是很强的还原剂，极易与炉体中的氧和空气中的氧氧化生成氧化镁。铜镁中间合金，目前的制备工艺需要两个坩埚，目前的制备工艺需要两个坩埚，在第一个坩埚内熔化高纯铜，在第二个坩埚内加入镁，将镁液与铜液混合，又或者当坩埚内铜液温度达到预设温度时，石墨钟罩将镁压入铜水内，等镁完全熔化以后，将钟罩取出来，配制成Cu-Mg的中间合金，后浇铸成型。但现有方法极易造成镁的偏析。例如CN102994789A一种铜镁中间合金添加装置及添加方法，包括底座、支柱、塞棒、钟罩、压头及横臂，是利用钟罩将镁压入铜水内，但制备成本造价高，并不能从根本上上改善现有工艺的缺陷，避免明解决镁元素含量不均匀、镁损耗大、易氧化结渣的问题依然存在。例如CN104611584A一种铜镁中间合金的熔制方法将预热后的铜分三批加入到镁液中，继续加热镁液，但偏析的不良情况仍然存在。 由于合金化程度高，结晶范围宽，氧化、吸气严重，易含气夹杂，成分宏/微观分布均匀性难以控制，并且铸造时极易开裂，成品率低。宽型厚截面、大扁锭及大直径高合金化均质无裂纹铸锭的熔炼、随着加工材截面积增大，合金铸锭规格相应增大，铸锭裂纹废品较多，铸锭与加工材组织均一性下降，这是因铸锭内部显微疏松、氧化夹渣、非金属夹杂等严重铸造缺陷所带来的废品比例增高，因此本领域技术人员亟待开发出一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，弥补现有技术的缺陷，进而满足现有的市场需求和性能要求。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照Mg为49％~50％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；
（2）非真空感应熔炼：在坩埚底部加入干馏后的干馏煤，其上加入电解铜板，然后中频感应电炉通电加热，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状镁板放入熔液内，并迅速用占熔体3~5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20~30 mm，调整电炉功率急速升温，1190~1240℃时下保温10~20 min；
（3）浇铸：关闭电源以及以一定速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1160~1190℃，半连续铸造采用保护气体氮气对浇铸过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1140~1180℃，拉铸速度2.5~3.5m/hn，冷却水压力0.05~0.20MPa，冷却水流量：60~65m3/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm，长度5320mm 的铜镁合金铸锭锭，完成浇铸大扁锭。
无水硫酸钠在884℃熔化，熔化后是很稀的流体，浮在熔融物上面，自成一相。在高温下不挥发，无贵金属损失和污染环境之弊病。玉米芯粉含碳量高，疏松多孔，以往主要用于饲料和菌蘑栽培，价格便宜。
进一步的，所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份干馏煤40~50份，沥青焦40~50份，无水光卤石粉3~5份，无水硫酸钠3~5份，玉米芯粉2份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钠、干馏煤，沥青焦、玉米芯粉分别放入烘箱中100-150℃干燥2~3小时，冷却至室温；S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉以及干馏煤、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中干馏煤和沥青焦为为大小40~50mm的块状体，玉米芯粉的粒径为3~8mm，其中干馏煤硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。
无水光卤石是由天然光卤石(MgCl2·KC1·6H2O)脱水粉碎而成。无水光卤石熔点为400~480℃，远低于铜合金的熔点，其粘结度较小。无水光卤石中主要成份MgC1，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成HCl、H2、C12等保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁，因而具有良好的覆盖性。
无水光卤石熔化温度低，而纯MgCl2的熔点为718℃，而无水光卤石的熔点则为400~480℃，亦降低了粘度和表面张力。能阻止脱水过程中MgCl2的水解过程，减少MgCl2的耗损量。
进一步的，所述整个工艺过程所使用的坩埚采用高纯石墨坩埚。
进一步的，所述步骤（3）一定速率逐步关闭功率按钮的速率为1~1.5kW/min。
进一步的，所述步骤（3）铁模烘烤温度为250~300℃，烘烤时间为2~3h。
本发明的有益效果：
本发明原材料为电解铜和镁板，采用干馏煤、沥青焦、无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉复配作覆盖剂，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成HCl、H2、C12等保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁具有良好的覆盖性具有扩散和脱氧的作用，在高温状态空气中的停留时间，减少了合金液的吸气和氧化强化预防氧化和吸入空气，发挥覆盖作用形成对金属熔液的保护，把金属溶液与空气完全隔离，使其不能与空气发生反应，使合金溶液无法再吸入空气，从而达到预防金属元素发生氧化等现象，保障熔炼作业质量。而干馏煤、沥青焦颗粒较大，与较小的玉米芯粉以及无水光卤石粉、无水硫酸钠形成级配，更好的形成对熔体表面的覆盖。
现有技术相比，本发明具有以下优点在：
以往非真空铜镁合金熔炼除对环境的污染较为严重外，还会增加气孔、反偏析及成分不均等铸锭缺陷产生的可能性。非真空条件下熔炼时，而干馏煤、沥青焦颗粒较大，与较小的玉米芯粉以及无水光卤石粉、无水硫酸钠形成级配，更好的形成对熔体表面的覆盖，熔减少了造成熔体的吸气及与挥发，避免了对环境的污染和对人体的危害，也降低了铸锭缺陷形成的可能性，减少熔了体与空气的接触，铸锭质量及生产环境都得到了显著的改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
第一步、配料：按照Mg为50％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料严格按照领料单和上述重量执行，Cu采用电解铜板，Mg采用镁板中间合金的形式加入；第二步、非真空感应熔炼：下料：在高纯石墨坩埚底部加入干馏后的干馏煤，选用粒径规格为10mm的沥青焦，投入量以覆盖坩埚底部30mm厚；下电解铜板：电解铜板的加入顺序为:先加入小块的电解铜板在坩埚底部、然后加入大块电解铜板，注意不要堆积过高、过重，以免坩埚受压损坏；然后中频感应电炉通电加热，开启循环水泵电源开关，确定循环水冷却系统运转正常；启动中频感应炉，调整功率250KW，开始加热熔炼，铜料全部熔化后，用木勺清理坩埚内壁的铜渣和沥青焦，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状镁板放入熔液内，并迅速用占熔体5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20mm，调整电炉功率急速升温，用木棍拨开沥青焦，用传感测温仪测量铜液温度，1180℃时下保温10min；所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份干馏煤40份，沥青焦40份，800目无水光卤石粉3份，无水硫酸钠3份，玉米芯粉2份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钠、干馏煤，沥青焦、玉米芯粉分别放入烘箱中100-150℃干燥2小时，冷却至室温；其中成份为无水光卤石粉为44%MgC12、48%KCl，余量为氯化钠。S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉以及干馏煤、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中干馏煤和沥青焦为为大小40mm的块状体，玉米芯粉的粒径为8mm，其中干馏煤为煅烧干馏煤，硫含量小于0.5%，灰分小于5%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%；第三步、浇铸：关闭电源以及以1kW/min速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1190℃，半连续铸造：采用保护气体氮气对浇铸过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1140℃，拉铸速度2.5m/hn，冷却水压力0.05MPa，冷却水流量：60m3/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm、长度6420mm的铜镁合金铸锭锭，完成浇铸大扁锭。
Mg为50%，Fe＜0.15%；铜中间合金锭表面光洁，无飞边、毛刺、无有溶渣及外来夹杂物，断口组织无熔渣、无明显的偏析，铜的含量为100%减去主要成分及表中所列成分总和的余量。
实施例2
第一步、配料：按照Mg为49％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料严格按照领料单和上述重量执行，Cu采用电解铜板，Mg为镁板；第二步、非真空感应熔炼：下料：在高纯石墨坩埚底部加入干馏后的干馏煤，选用粒径规格为20mm的干馏煤；下电解铜板：电解铜板的加入顺序为:先加入小块的电解铜板在坩埚底部、然后加入大块电解铜板，注意不要堆积过高、过重，以免坩埚受压损坏；然后中频感应电炉通电加热，开启循环水泵电源开关，确定循环水冷却系统运转正常；启动中频感应炉，调整功率350KW，开始加热熔炼，铜料全部熔化后，用木勺清理坩埚内壁的铜渣和沥青焦，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的破碎的镁板放入熔液内，并迅速用占熔体3%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为30mm，调整电炉功率急速升温，用木棍拨开沥青焦，用传感测温仪测量铜液温度，1350℃时下保温10min；所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份干馏煤40份，沥青焦50份，800目无水光卤石粉5份，无水硫酸钠3份，玉米芯粉2份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钠、干馏煤，沥青焦、玉米芯粉分别放入烘箱中150℃干燥2小时，冷却至室温；其中成份为无水光卤石粉为52%MgC12、32%KCl，余量为氯化钠。S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉以及干馏煤、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中干馏煤和沥青焦为为大小50mm的块状体，玉米芯粉的粒径为3mm，其中干馏煤为煅烧干馏煤，硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%；第三步、浇铸：关闭电源以及以1.5kW/min速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1180℃，半连续铸造：采用保护气体氮气对浇铸过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1180℃，拉铸速度3.5m/hn，冷却水压力0.20MPa，冷却水流量：65m3/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm、长度6420mm 的铜镁合金铸锭锭，完成浇铸大扁锭。
Mg为49%，Fe＜0.15%；铜中间合金锭表面光洁，无飞边、毛刺、无有溶渣及外来夹杂物，断口组织无熔渣、无明显的偏析，铜的含量为100%减去主要成分及表中所列成分总和的余量。
注：化学成分的分析按GB/T5121-2008铜及铜合金化学分析方法；YS/T 283-2009铜中间合金锭。
Claims (4)
1.一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：按照Mg为49％~50％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料，Mg采用镁板的形式加入；
（2）非真空感应熔炼：在坩埚底部加入干馏后的干馏煤，其上加入电解铜板，然后中频感应电炉通电加热，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的镁板放入熔液内，并迅速用占熔体3~5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20~30 mm，调整电炉功率急速升温，1190~1240℃时下保温10~20 min；
（3）浇铸：关闭电源以及以一定速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1160~1190℃，半连续铸造，完成浇铸大扁锭。
2.如权利要求1所述的一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，其特征在于，所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份干馏煤40~50份，沥青焦40~50份，无水光卤石粉3~5份，无水硫酸钠3~5份，玉米芯粉2份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钠、干馏煤，沥青焦、玉米芯粉分别放入烘箱中100~150℃干燥2~3小时，冷却至室温；S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钠、玉米芯粉以及干馏煤、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中干馏煤和沥青焦为为大小40~50mm的块状体，玉米芯粉的粒径为3~8mm，其中干馏煤硫含量小于0.5%，灰分小于5%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。
3.如权利要求1所述的一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，其特征在于，所述整个工艺过程所使用的坩埚采用高纯石墨坩埚。
4.如权利要求1所述的一种非真空铜镁合金大扁锭的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）一定速率逐步关闭功率按钮的速率为1~1.5kW/min。
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