一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂及其制备方法

1.本发明涉及铜合金熔炼技术领域，具体的说是一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂及其制备方法。


背景技术：

2.铜铁合金（铁含量为5~50%）具有优良的导热性和抗弯折性能，在铁含量大于30%时具有非常优良的磁性，电磁屏蔽性能，另外还有良好的低热膨胀系数、耐磨性等优异特性，在磁屏蔽、导电及焊接材料等领域具有巨大的应用前景。
3.铜铁合金的非真空熔炼温度大概在1250~1550℃。传统的熔炼或钢包覆盖剂都是通过在复配组分中添加碳质材料，利用碳质材料的燃烧、氧化发热来实现对表层熔体的保温以及促进覆盖剂融化的目的。然而，覆盖剂中碳质材料的添加，会使铜铁合金在熔炼的过程中，铁元素与碳元素发生复合反应，生成铁碳化合物，铁碳化合物在合金中的生成会大大影响成品铜铁合金的综合性能。同时，由于铜合金的熔炼和浇铸通常都是在一个熔炼炉中进行，保证熔渣在吸收铁氧化物后性质的稳定，防止结壳结团对于覆盖效果有重要意义。因此，如何设计并制备一种不含常规必备组分碳质材料，发热性能好，且使用后铜铁合金材料稳定性好，不粘壳、结团的覆盖剂，对于提高铜铁合金的熔炼可靠性和成品性能来说实为必要。


技术实现要素：

4.本发明的技术目的为：通过铜铁合金熔炼用覆盖剂中原料组分的调整，以及工艺参数的限制，制备并提供一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，该覆盖剂利用金属铝粉末、二磷化三钙和金属氧化物作为发热热源，能够较好的配合低熔点的铜铁合金进行使用，实现了无碳质材料覆盖剂的开发；覆盖剂自身具有熔点低、粘度合适等优点，使用后可实现铜合金熔炼浇铸过程中防氧化、促吸渣、保温等功能，以保证铜铁合金在非真空条件下顺利的进行熔炼和浇铸，提高铜铁合金的成品性能。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，该覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：20~55%的氧化钙、15~30%的碳酸钠、4~14%的金属铝、0.5~4%的二磷化三钙、0.5~2%的氧化镁、3~8%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
6.进一步的，该覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：34%的氧化钙、18%的碳酸钠、5.5%的金属铝、1.4%的二磷化三钙、1%的氧化镁、2%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
7.进一步的，所述的覆盖剂中金属铝和二磷化三钙的总质量百分占比≥5.0%。
8.进一步的，所述的金属铝呈粉末结构，且金属铝中活性铝的含量＞95%。
9.进一步的，所述的覆盖剂中杂质铁氧化物的质量百分含量＜3%。
10.进一步的，所述的覆盖剂于1200℃温度下融化后，20min内熔渣的定温粘度为0.6~
2.0pa.s。
11.进一步的，所述的覆盖剂呈颗粒状，且粒径在0.20~1.0mm之间的颗粒质量占比为80~85%。
12.无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：将覆盖剂中的各原料分别进行破碎，按质量百分配比充分混匀后雾化造粒，之后，将所得颗粒置于65~90℃温度下进行烘烤处理2～4h，使成品颗粒的含水量≤0.5%，即得成品无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
13.进一步的，所述雾化造粒的粒径为0.20~1.0mm。
14.有益效果：1、本发明的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，实现了无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制造，覆盖剂本身通过配方组分的调整，使复配物中的多种组分在铜铁合金熔炼的过程中相互作用、相辅相成，实现了成品铜铁合金性能的显著提升。覆盖剂的原料配方一方面通过使用金属铝粉，使得覆盖剂整体在加入到铜液表面后，可通过铝粉的持续快速放热实现表面热量的补充；另一方面原料配方中特别添加的二磷化三钙作为辅助燃烧材料，可在高温下发生反应，生成氧化钙和磷氧化物，这些化合物均不会与铜溶液发生反应，二磷化三钙的添加不仅可有效减少铝质发热材料使用，还大大降低了金属铝在铜液中的反应残留量，进而降低了成本，提高了成品铜铁合金的纯度和综合性能。
15.2、本发明的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，使用特定组分配比的碳酸钠和氧化锂作为溶剂，显著的降低了熔渣的熔点，保证了熔渣的融化性能和高温粘度合理性，实现了溶液表面铺展好，对溶液全覆盖的作用目的。
16.3、本发明的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，熔渣中因为3~8%质量百分含量的氧化锂的使用，保证了熔渣在吸收合金溶液中的铁氧化物后，熔渣的熔点和粘度性能变化稳定，实现了长时间覆盖不接壳，覆盖良好的使用效果，从而降低溶液中合金元素的损失，提高了收率。
17.4、本发明提供的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制备工艺，步骤简单，操作方便，制备得到的成品覆盖剂性能优异，使用后可实现铜合金熔炼浇铸过程中防氧化、促吸渣、保温的目的，能够较好地保证铜铁合金在非真空条件下顺利的进行熔炼和浇铸。
具体实施方式
18.为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述和说明。公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例。
19.本发明的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，由以下质量百分比的组分构成：20~55%的氧化钙、15~30%的碳酸钠、4~14%的金属铝、0.5~4%的二磷化三钙、0.5~2%的氧化镁、3~8%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
20.进一步的，所述的覆盖剂中金属铝和二磷化三钙的总质量百分占比≥5.0%。
21.进一步的，所述的金属铝呈粉末结构，且金属铝中活性铝的含量＞95%。
22.进一步的，所述的覆盖剂中杂质铁氧化物的质量百分含量＜3%。
23.进一步的，所述的覆盖剂于1200℃温度下融化后20min，熔渣的定温粘度为0.6~2.0pa.s。
24.进一步的，所述的覆盖剂呈颗粒状，且粒径在0.20~1.0mm之间的颗粒质量占比为80~85%。
25.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：将覆盖剂中的各原料分别进行破碎，按质量百分配比充分混匀后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，之后，将该颗粒置于65~90℃温度下进行烘烤处理2～4h，使成品颗粒的含水量≤0.5%，即得成品无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
26.本发明的覆盖剂体现两个主要特点：无碳质发热材料和低融化温度及吸收氧化铁后性质稳定。覆盖剂使用金属铝粉末、二磷化三钙和金属氧化物作为发热热源，实现了覆盖剂中无碳质发热材料。通过加入碳酸钠和氧化锂两种溶剂，降低了熔渣的熔化温度，并且当熔渣吸收一定量的铁氧化物后，熔渣的熔化温度和粘度没有发生显著改变，保证了使用效果（不结壳、全覆盖），可实现铜合金熔炼浇铸过程中防氧化、促吸渣、保温的目的，以便能够保证铜铁合金在非真空条件下顺利的进行熔炼和浇铸。
27.实施例1本实施例所制备的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：氧化钙34%、碳酸钠18%、金属铝粉末5.5%、二磷化三钙1.4%、氧化镁1.0%、氧化锂2.0%、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
28.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的具体制备工艺为：按照上述配比分别取各原料充分破碎后，进行均匀掺杂混合，之后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，再将所得颗粒置于65℃温度下烘烤4h，控制其水分≤0.5%，即得成品发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
29.本实施例制得的覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。
30.经测定：本实施例制得的覆盖剂于1200℃融化后，20min内熔渣的定温粘度在0.95pa.s；水淬渣融化温度测试值为1010℃；加入其质量5%的三氧化二铁后的粘度为1.1pa.s。
31.实施例2本实施例所制备的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：氧化钙40%、碳酸钠23%、金属铝4.5%、二磷化三钙2.0%、氧化镁1.0%、氧化锂3.0%，余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
32.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的具体制备工艺为：按照上述配比分别取各原料充分破碎后，进行均匀掺杂混合，之后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，再将所得颗粒置于90℃温度下烘烤2h，控制其水分≤0.5%，即得成品发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
33.本实施例制得的覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。
34.经测定：本实施例制得的覆盖剂于1200℃融化后，20min内熔渣的定温粘度在1.2pa.s；水淬渣融化温度测试值为1025℃；加入其质量5%的三氧化二铁后的粘度为
1.35pa.s。
35.实施例3本实施例所制备的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：氧化钙20%、碳酸钠25%、金属铝11%、二磷化三钙0.5%、氧化镁2.0%、氧化锂6.0%，余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
36.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的具体制备工艺为：按照上述配比分别取各原料充分破碎后，进行均匀掺杂混合，之后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，再将所得颗粒置于70℃温度下烘烤3h，控制其水分≤0.5%，即得成品发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
37.本实施例制得的覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。
38.经测定：本实施例制得的覆盖剂于1200℃融化后，20min内熔渣的定温粘度在1.4pa.s；水淬渣融化温度测试值为1030℃；加入其质量5%的三氧化二铁后的粘度为1.7pa.s。
39.实施例4本实施例所制备的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：氧化钙31%、碳酸钠30%、金属铝4%、二磷化三钙4%、氧化镁0.5%、氧化锂4.0%，余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
40.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的具体制备工艺为：按照上述配比分别取各原料充分破碎后，进行均匀掺杂混合，之后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，再将所得颗粒置于70℃温度下烘烤2.5h，控制其水分≤0.5%，即得成品发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
41.本实施例制得的覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。
42.经测定：本实施例制得的覆盖剂于1200℃融化后，20min内熔渣的定温粘度在1.1pa.s；水淬渣融化温度测试值为1020℃；加入其质量5%的三氧化二铁后的粘度为1.25pa.s。
43.实施例5本实施例所制备的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：氧化钙55%、碳酸钠15%、金属铝14%、二磷化三钙0.5%、氧化镁1.5%、氧化锂8%，余量为二氧化硅和不可避免的杂质。
44.该无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的具体制备工艺为：按照上述配比分别取各原料充分破碎后，进行均匀掺杂混合，之后雾化造粒成粒径为0.20~1.0mm的颗粒，再将所得颗粒置于80℃温度下烘烤2h，控制其水分≤0.5%，即得成品发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。
45.本实施例制得的覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。
46.经测定：本实施例制得的覆盖剂于1200℃融化后，20min内熔渣的定温粘度在0.90pa.s；水淬渣融化温度测试值为1010℃；加入覆盖剂质量5%的三氧化二铁后的粘度为
1.1pa.s。

技术特征：
1.一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于，该覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：20~55%的氧化钙、15~30%的碳酸钠、4~14%的金属铝、0.5~4%的二磷化三钙、0.5~2%的氧化镁、3~8%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于，该覆盖剂由以下质量百分比的组分构成：34%的氧化钙、18%的碳酸钠、5.5%的金属铝、1.4%的二磷化三钙、1%的氧化镁、2%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于：所述的覆盖剂中金属铝和二磷化三钙的总质量百分占比≥5.0%。4.根据权利要求1或3所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于：所述的金属铝呈粉末结构，且金属铝中活性铝的含量＞95%。5.根据权利要求1所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于：所述的覆盖剂中杂质铁氧化物的质量百分含量＜3%。6.根据权利要求1所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于：所述的覆盖剂于1200℃温度下融化后，20min内熔渣的定温粘度为0.6~2.0pa.s。7.根据权利要求1所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，其特征在于：所述的覆盖剂呈颗粒状，且粒径在0.20~1.0mm之间的颗粒质量占比为80~85%。8.权利要求1-7任意一项所述的无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将覆盖剂中的各原料分别进行破碎，按质量百分配比充分混匀后雾化造粒，之后，将所得颗粒置于65~90℃温度下进行烘烤处理2～4h，使成品颗粒的含水量≤0.5%，即得成品无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂。9.根据权利要求8所述的一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂的制备方法，其特征在于：所述雾化造粒的粒径为0.20~1.0mm。

技术总结
一种无碳质发热型铜铁合金熔炼用覆盖剂，由以下质量百分比的组分构成：20~55%的氧化钙、15~30%的碳酸钠、4~14%的金属铝、0.5~4%的二磷化三钙、0.5~2%的氧化镁、3~8%的氧化锂、余量为二氧化硅和不可避免的杂质。本发明的覆盖剂实现了无碳质材料覆盖剂的开发；覆盖剂自身具有熔点低、粘度合适等优点，加入到合金液表面后铺展性较好，能快速、均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，长时间覆盖后，熔渣不存在结壳、结团现象。使用后可实现铜合金熔炼浇铸过程中防氧化、促吸渣、保温等功能，以保证铜铁合金在非真空条件下顺利的进行熔炼和浇铸，提高铜铁合金的成品性能。铜铁合金的成品性能。


技术研发人员：胡强 郭军力 邹晋 余辉辉 曾延琦 吴语
受保护的技术使用者：江西省科学院应用物理研究所
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/10/19