專利名稱：一種新型熔煉銅合金用爐襯材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術領域，特別是涉及一種新型熔煉銅合金用爐襯材料及其制備方法。
背景技術：
隨著對金屬材料研究的不斷深入，銅合金中添加鈣、鎂、鋯、鋁、鈦、鋅、鐵等元素能顯著提高材料的某些方面的性能，因而受到越來越多的關注。但是，由于這類元素很活潑， 在熔煉時這些元素在高溫下與常用的爐襯或坩堝材料反應，造成熔煉時元素的收得率低， 熔煉過程中合金成分不易控制等問題。在有些情況下，采用現有的爐襯材料合金熔煉不能進行。例如，鉻鋯銅具有高的強度和良好的導電、導熱性能，因此被廣泛應用于高強、高導領域，如制備高速列車接觸線、電阻焊電極、連鑄機結晶器內襯、集成電路引線框架、觸頭材料等。而含鋯銅合金的工業化生產首先要解決合金熔煉的問題。鋯元素非常活潑，容易與其他元素發生反應而燒損，因此在熔煉鋯銅時必須解決鋯元素的燒損問題。國內外鋯銅的生產通常采用真空熔煉，造成生產效率低、成本高，批量小等問題，限制了鉻鋯銅的應用。采用工頻有芯感應爐熔煉銅合金，具有操作方便，加熱速度快，節省電能，打爐方便，熔化成本低，適用于連續鑄造等一系列優點。因此，在一定的保護措施下，采用工頻有芯感應爐大氣熔煉鉻鋯銅具有很大的實用和經濟價值。此外，為了降低由于與坩堝材料反應造成的鋯的燒損，鉻鋯銅熔煉時，一般采用石墨或高純鎂砂坩堝。石墨不能用作工頻有芯感應爐打爐的爐襯材料。一般熔銅工頻有芯感應爐能達到的最高溫度為1300 1400°C，而單一的高純鎂砂由于燒結溫度在1700°C以上，因此，鎂砂在工頻有芯感應爐上難以燒結。因此，必須開發高穩定性、低燒結溫度的新型爐襯材料。通過查新，檢索到如下爐襯材料有關的專利申請號為CN200710054710的專利，涉及一種銅冶煉爐用鎂質噴補料其原料組成包括骨料、細粉、結合劑以及添加劑；所述骨料和細粉的原料組成包括電熔鎂鉻砂、電熔鎂砂、燒結鎂砂、鎂橄欖石。骨料的臨界粒度為0. 1 5mm，細粉的粒度< 0. 088mm ；其重量比為顆粒為3 5mm的電熔鎂鉻砂0 20%，燒結鎂砂10 30%，鎂橄欖石0 20% ；顆粒為1 3mm的燒結鎂砂10 40%，鎂橄欖石10 40% ；顆粒為0. 1 Imm的電熔鎂砂 0 20 %，燒結鎂砂5 20 %，鎂橄欖石5 20 % ；粒度< 0. 088mm電熔鎂砂6 20 %，鎂橄欖石0 15% ；結合劑5% 15% ；添加劑6% 20%。該材料用于對有色金屬熔煉爐襯大面積或局部蝕損部位進行噴涂、修補，該申請中的鎂質噴補料，和常用的高純鎂砂相比都具有燒結溫度較高的特點，由于該材料用于噴補，該鎂質噴補料并不存在燒結問題。申請號為CN94110946公開了一種感應電爐酸性爐襯耐火材料配方。它是由微晶石英，結合劑，礦化劑組成的混合物，經筑爐打實，烘爐燒結成感應電爐酸性爐襯。其中的微晶石英有下列級配關系，網目數5 7#的含量為18 20%，10 20#的為18 22%， 20 40# 的為 14 16%，50 100# 的為 19 21%，140 270# 的為 20 24%，600# 的
3為2 4% ；結合劑采用硼酐(0. 6 1. 2% )，礦化劑采用氧化銅(0. 08 0. 10% )。該爐襯材料以石英為主要成分，在高溫下鋯與石英反應，會顯著降低鋯的收得率。申請號為CN200710006059的專利公開了一種銅合金保溫爐體用材料配方。針對采用酸性耐火材料作爐襯，銅合金熔煉保溫爐易結渣，結渣難以清理，需小清理結渣的周期短，大清理結渣需停爐停電等缺點，本發明采用鎂碳磚、鋁碳磚、鎂鋁碳磚之一作保溫爐爐體用材料，結渣需小清理的周期延長11. 5 14. 8倍，結渣易于清理，不再需要停爐停電的大清理結渣的工序，大大提高生產效率。該申請優選適合用廢雜銅作原料制備銅合金熔液的保溫爐、連鑄保溫爐，也適合銅合金的熔煉爐用爐體材料。
發明內容
本發明的目的為了克服上述現有技術爐襯材料的不足，提供一種新型熔煉銅合金用爐襯材料及其制備方法，實現了在較低溫度下燒結，且不易開裂，延長了使用壽命。本發明的技術解決方案如下一種新型熔煉銅合金用爐襯材料，特點是其原料粒度和重量百分比組成為粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 80. 00 90. OOwt % ；粒度為50 200um的高鋁砂 10. 00 20. OOwt %。所述的電熔MgO-ZrO2 包括 MgO 90 98wt % ；ZrO2 2 IOwt % ；SiO2 等雜質 < 2. 0%。所述的高鋁砂含有SiO2等雜質< 2. 0%。制備新型熔煉銅合金用爐襯材料的方法包括如下步驟①將所述的電熔MgO-^O2和所述的高鋁砂混合均勻，并搗打結實；②升溫至1200 1500°C，保溫2 3h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2和高鋁砂燒結成爐襯材料。本發明的技術效果與現有技術相比，本發明新型熔煉銅合金用爐襯材料具有高溫穩定性好、燒結溫度低、不易開裂，使用壽命長，可用做熔煉含活潑元素的銅合金的特點。
圖1是不同粒度的鎂鋯砂、高鋁砂燒結效果示意圖。圖中1-鎂鋯砂；2-高鋁砂。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。實施例1.制備新型熔煉銅合金用爐襯材料的方法包括如下步驟①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 90. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂10. 00襯％混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1200°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2和高鋁砂燒結成爐襯材料。實施例2.制備新型熔煉銅合金用爐襯材料的方法包括如下步驟①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 90. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂10. 00襯％混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1500°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2 和高鋁砂燒結成爐襯材料。實施例3.制備新型熔煉銅合金用爐襯材料的方法包括如下步驟①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 85. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂15. 00襯％混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1200°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2 和高鋁砂燒結成爐襯材料。實施例4.①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 85. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂15. 00襯％混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1500°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2 和高鋁砂燒結成爐襯材料。實施例5.①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 80. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂20. OOwt %混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1200°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2 和高鋁砂燒結成爐襯材料。實施例6.①將粒度為500 2000um的電熔MgO-ZrO2 80. Owt %和粒度為50 200um的高鋁砂20. OOwt %混合均勻，并搗打結實；②工頻有芯感應爐將銅液升溫至1500°C，保溫2h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2 和高鋁砂燒結成爐襯材料。該方法的原理是基于高鋁砂表面融化溫度低，通過電熔MgOIrO2和高鋁砂的混合搗打，使鎂鋯砂顆粒之間填充高鋁砂，降低整個爐襯材料的燒結溫度。而高鋁砂高溫穩定性不高，在高溫下容易與銅液中的活潑元素反應，為了保護銅液中活潑元素，爐襯材料中應盡量降低高鋁砂的含量。為了實現燒結和保護活潑元素的雙重需要本發明提出的爐襯材料是采用較小的高鋁砂填充在粒度較大的鎂鋯砂間隙，如圖1所示。下面將本發明實施例1-6的爐襯材料；粒度彡lOOOum、雜質含量彡2. 0%硅砂； 粒度彡lOOOum、雜質含量彡2. O%高鋁砂；粒度彡lOOOum、雜質含量彡2. O%高純鎂砂；含有MgO-ZrO2 95. Owt %、高鋁砂15. OOwt %的比較材料1 ；含有MgO-ZrO2 75. Owt %、高鋁砂 25. 00wt%的比較材料2 ；分別用于真空感應熔煉爐上進行實驗。(1)材料的燒結性能實驗用石墨芯加熱至不同溫度下燒結，用紅外測溫儀測溫， 其結果見表1。
權利要求
1.一種新型熔煉銅合金用爐襯材料，其特征在于重量百分比組成為粒度為500 2000um 的電熔 MgO-ZrO2 80. 00 90. OOwt % ；粒度為 50 200um 的高鋁砂 10. 00 20. OOwt %。
2.根據權利要求1所述的新型熔煉銅合金用爐襯材料，其特征在于所述的電熔 MgO-ZrO2 包括 MgO 90 98wt% ； ZrO2 2 IOwt % ；SiO2 等雜質彡 2. 0%o
3.根據權利要求1所述的新型熔煉銅合金用爐襯材料，其特征在于所述的高鋁砂含有 SiO2等雜質彡2. 0%。
4.制備權利要求1所述的新型熔煉銅合金用爐襯材料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟①將所述的電熔MgOIrO2和所述的高鋁砂混合均勻，并搗打結實；②升溫至1200 1500°C，保溫2 3h，將所述搗打過的電熔MgOIrO2和高鋁砂燒結成爐襯材料。
全文摘要
本發明公開了一種新型熔煉銅合金用爐襯材料，其重量百分比組成為粒度為500～2000um的電熔MgO-ZrO2 80.00～90.00wt％；粒度為50～200um的高鋁砂10.00～20.00wt％，及該爐襯材料的制備方法。本發明降低了燒結溫度，實現了在較低溫度下燒結，且不容易開裂，延長了使用壽命，活潑元素的收得率得到了提高。
文檔編號C04B35/622GK102206085SQ20111008032
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者劉平, 劉新寬, 張戍, 李偉, 王典鈞, 陳小紅, 馬鳳倉 申請人:上海理工大學, 江蘇包羅銅材集團股份有限公司