CN101885044A - 一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂及其应用。该覆盖剂由下述组分按重量百分比组成：冰晶石40～70％；磷铜中间合金2～10％；余量为炭灰；各组分重量百分比之和为100％。该覆盖剂应用于铝青铜的立式半连续铸造时，采用的是“稀薄覆盖”技术，即在结晶器上固定圆形多孔网筛，覆盖剂置于其中；铸造时，随着结晶器的振动，网筛中的粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度仅为0.5～2mm。本发明的覆盖剂不仅可以减少铸锭表层夹渣、气孔、冷隔等缺陷，而且能降低夹渣在铸锭中的深度，因此，铸锭表面质量好，成材率提高10～40％，并具有优良的力学性能。采用该覆盖剂铸造铝青铜时还能使铝青铜铸造的生产效率提高15～35％，结晶器寿命提高50～80％。本覆盖剂配制简便，使用成本低，生产操作简单。

Description

一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂及其应用
技术领域
本发明属于新材料领域。涉及一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂及其应用。
背景技术
铝青铜是机械制造中广泛应用的一种高强度结构材料，因为具有优异的力学和耐磨、耐腐蚀性能而广泛应用于制造各种高强耐磨零件，在民用和军工领域都起着很重要的作用。
铝青铜中由于含有较高量的铝，氧化倾向很严重，在熔铸过程中容易吸气和氧化而生成Al2O3。完整致密的Al2O3薄膜可以阻止铜液的继续氧化，但是熔炼过程中对熔体的搅拌、结晶器的振动以及结晶器中熔体的滚动都有可能使致密的Al2O3薄膜破裂成为块状的Al2O3而失去保护作用。浇注过程中存在于熔体表层的块状Al2O3随着熔体向结晶器壁滚动，进而被压入铸锭与结晶器壁的间隙中形成Al2O3夹渣，降低了铸件的表面质量，严重影响了铸件的成材率和力学性能。轻者减少铸件的使用寿命，重者引起铸件报废。因此，有必要选择一种合适的覆盖剂来有效地保护结晶器内的熔体，减少其吸气和氧化，从而提高铸件的质量。
目前国内外针对铝青铜的覆盖剂的研究较少，已有的多为一些企业在实际生产中经过长时间的实践而探索出的一些方法。目前对于铝青铜的覆盖剂的选择总结起来有以下三种：(1)炭黑或石墨，如肖恩奎等建议利用炭黑或石墨的润滑和覆盖作用对结晶器内的熔体进行保护。(2)冰晶石。(3)混合盐，如美国铸造协会推荐采用碎玻璃或化学助熔剂(如45％Na2CO3+CaO)来防止铝的氧化。文献中极少报道铸造过程中覆盖剂使用时的覆盖层厚度。经生产现场考察发现，以上几种覆盖剂使用时的厚度一般达到10～20mm。
针对铝青铜中铝含量高的特点，为了得到高质量的铸锭，覆盖剂要同时发挥两个方面的作用。一方面要阻止熔体与大气接触而产生吸气氧化，另一方面还要能与已产生的块状Al2O3反应以避免其进入结晶器壁间隙。以上三种类型的覆盖剂有各自的缺陷。炭黑加在结晶器中只能起到隔绝空气的作用，而不能将熔体表面的块状Al2O3溶解，因此总存在大量炭黑和块状Al2O3一起被卷入铸锭表层，形成较深的Al2O3夹渣和凹坑。和炭黑相比，用冰晶石或者混合盐作为铸造过程的覆盖剂，其不仅可以防止熔体与空气的接触，而且还可以将已形成的块状Al2O3熔化，阻止其流入结晶器内表面，但覆盖剂的加入量较难控制。当加入较大的量时，其中未和熔体直接接触的部分容易成为杂质被卷入结晶器与铸锭的间隙，造成夹渣，少量的覆盖剂又不能发挥最佳覆盖效果。
综上，研制开发出一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂并确定其加入量，使其既能有效地隔绝空气，又能将已形成的块状Al2O3熔化，还能对结晶器壁起到较好的润滑作用，对实际生产将有明显的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂及其应用，以满足制造业对高质量铝青铜材料的需求，同时提高生产效率、降低生产成本。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂，由下述组分按重量百分比组成：
冰晶石：40％～70％；
磷铜中间合金：2～10％；
余量为炭灰；各组分重量百分比之和为100％。
作为进一步的优化，所述覆盖剂中各组分所占的重量百分比为：
冰晶石50～70％；
磷铜中间合金：3～8％；
余量为炭灰；各组分重量百分之和为100％。
本发明中一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂的应用是：在铝青铜的立式半连续铸造时，采用“稀薄覆盖”技术，将粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度为0.5～2mm。
作为进一步的优化，所述的一种用于铝青铜立式半连续铸造覆盖剂的应用是：在铝青铜的立式半连续铸造时，在结晶器上固定一个20～50目的圆形多孔网筛，覆盖剂即置于其中；铸造时，随着结晶器以1～3Hz的频率振动，网筛中的粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度为0.5～2mm。
一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂的制备方法是：将原料按上述质量百分数配好；先进行初步粉碎，再通过搅拌器混合均匀；将混合均匀的覆盖剂放入烘烤炉内，在200～300℃下干燥2～3小时；烘干后进一步粉碎、过筛，使之成为直径为10～600μm的粉末；最后将其用防水塑料袋包装。
本发明的设计原理是：经深入研究和反复试验，选择出在铝青铜工艺熔化温度下能熔解又不与铜发生反应，比重小于铝青铜熔体的物质作为熔体表面的覆盖剂。在该温度下，将其均匀撒入到铝青铜熔体表面，保护铝青铜熔体在铸造过程中不再增加吸气和氧化。所述物质能将已形成的块状Al2O3溶解，并在熔体表面迅速成膜，且流动性好，避免块状Al2O3在结晶器内壁附近聚集结渣后折入铸锭表层，形成夹杂和冷隔等缺陷。同时，该物质还要能在流入结晶器内壁后起润滑作用，提高铸造效率。
本发明中一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂的比重小于铝青铜熔体，主要成分为冰晶石，它可迅速溶解Al2O3膜，减少铸锭表层的夹杂和冷隔等缺陷，提高成材率；而添加微量磷是为了提高表层熔体的流动性，提高铸件质量；炭灰则可降低表层熔体的氧化程度，并对铸锭起到一定的润滑作用，有效提高生产效率及结晶器的使用寿命。
该覆盖剂应用于铝青铜的立式半连续铸造时，采用的是“稀薄覆盖”技术，即在结晶器上固定一个20～50目的圆形多孔网筛，覆盖剂即置于其中；铸造时，随着结晶器以1～3Hz的频率振动，网筛中的粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度仅为0.5～2mm，可以有效降低生产成本。
与现有技术相比，本发明涉及的覆盖剂的主要优势及应用时产生的积极效果表现在：
1、采用本发明的覆盖剂进行铝青铜立式半连续铸造时，铸锭表面夹渣很少且很浅，其成材率提高了10～40％；
2、采用本发明的覆盖剂进行铝青铜立式半连续铸造时，生产效率提高了15％～35％，结晶器寿命提高50％～80％；
3、采用本发明的覆盖剂铸造出的铝青铜铸件，力学性能和成形性能均良好。
4、本发明的覆盖剂原材料易得、造价低廉、应用成本低、使用简便。
具体实施方式
以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
一种用于铝青铜立式半连续铸造过程中的覆盖剂的制备
按冰晶石60％、炭灰35％、CuP14磷铜中间合金5％的重量百分数将原料配好；先将其进行初步粉碎，再通过搅拌器混合均匀；将混合均匀的覆盖剂放入烘烤炉内，在300℃下干燥3小时；烘干后进一步粉碎、过筛，使之成为直径为10～500μm的粉末；最后将其用防水塑料袋包装。
实施例2
本发明的覆盖剂在QAl10-4-4立式半连续铸造过程中的应用
将本发明所述的覆盖剂应用到QAl10-4-4的立式半连续铸造过程中，覆盖剂各组分的质量百分数分别为冰晶石40％、炭灰58％、CuP10磷铜中间合金2％，加入到结晶器内熔体表面的厚度为0.5mm。与常规覆盖剂(炭黑或混合盐，覆盖厚度大于15mm)相比，采用本发明所述的覆盖剂使铸锭表层的夹杂、冷隔等缺陷减少，成材率提高了21％，生产效率提高了30％，结晶器寿命提高了70％，且覆盖剂本身的成本降低50％以上；铸件的强度和塑性都得到了有效提高，后续加工性能良好。
实施例3
本发明的覆盖剂在QAl9-2立式半连续铸造过程中的应用
将本发明所述的覆盖剂应用到QAl9-2的立式半连续铸造过程中，覆盖剂各组分的质量百分数分别为冰晶石60％、炭灰35％、CuP14磷铜中间合金5％，加入到结晶器内熔体表面的厚度为1mm。与常规覆盖剂(炭黑或混合盐，覆盖厚度大于15mm)相比，采用本发明所述的覆盖剂使铸锭表层的夹杂、冷隔等缺陷减少，成材率提高了35％，生产效率提高了22％，结晶器寿命提高了65％，且覆盖剂本身的成本降低45％以上；铸件的强度和塑性都得到了有效提高，后续加工性能良好。
实施例4
本发明的覆盖剂在QAl10-3-1.5立式半连续铸造过程中的应用
将本发明所述的覆盖剂应用到QAl10-3-1.5的立式半连续铸造过程中，覆盖剂各组分的质量百分数分别为冰晶石70％、炭灰20％、CuP14磷铜中间合金10％，加入到结晶器内熔体表面的厚度为2mm。与常规覆盖剂(炭黑或混合盐，覆盖厚度大于15mm)相比，采用本发明所述的覆盖剂使铸锭表层的夹杂、冷隔等缺陷减少，成材率提高了28％，生产效率提高了15％，结晶器寿命提高了56％，且覆盖剂本身的成本降低35％以上；铸件的强度和塑性都得到了有效提高，后续加工性能良好。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于铝青铜立式半连续铸造的覆盖剂，由下述组分按重量百分比组成：
冰晶石：40％～70％；
磷铜中间合金：2～10％；
余量为炭灰；各组分重量百分之和为100％。
2.根据权利要求1所述的覆盖剂，由下述组分按重量百分比组成：
冰晶石：50％～70％；
磷铜中间合金：3～8％；
余量为炭灰；各组分重量百分之和为100％。
3.权利要求1或2所述的一种用于铝青铜立式半连续铸造覆盖剂的应用，其特征在于：该覆盖剂应用于铝青铜的立式半连续铸造时，采用“稀薄覆盖”技术，将粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度为0.5～2mm。
4.根据权利要求3所述的一种用于铝青铜立式半连续铸造覆盖剂的应用，其特征在于：在铝青铜的立式半连续铸造时，在结晶器上固定一个20～50目的圆形多孔网筛，覆盖剂即置于其中；铸造时，随着结晶器以1～3Hz的频率振动，网筛中的粉状覆盖剂均匀地撒在熔体表面，覆盖层厚度为0.5～2mm。
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