硼砂在黄铜半连续铸造中的应用

硼砂在黄铜半连续铸造中的应用洛铜集团技术中心王涛一、问题黄铜铸造采用煤气、烟灰保护时，保护气氛中含有游离氧，不可避免地使合金元素氧化，同时压缩空气压入润滑油时不可避免地带入水份，加剧了合金元素地氧化，在液流控制不稳时，造成液面急剧变化，结晶器内表面易粘结氧化物，使铸锭表面产生加渣、冷隔、裂纹等缺陷。二、硼砂的特点及用途硼砂化学名称：Na2BB4O7·10H2O，白色晶体，熔点741℃，比重1.73g/cm，60℃时失去8个结晶水，温度达到320℃时失却全部结晶水，比重2.367g/cm。熔铸上用于覆盖的硼砂是脱水硼砂。其是黄铜铸造的理想溶剂，主要作用如下：331、硼砂在结晶器中，变成熔融状态均匀覆盖在液面上，阻碍锌蒸气逸出，减少合金元素的挥发和氧化，避免熔体由于氧化造成的夹杂及表面的氧化，铸锭呈光亮的金属本色；2、熔融硼砂在铸锭和结晶器内壁形成润滑液膜，减少了引锭阻力，也没有氧化物附着在结晶器壁上，避免了铸锭凝壳的拉裂现象，减少了表面夹杂、冷隔等缺陷；3、硼砂具有净化熔体的作用，可以溶解熔液上方的氧化渣，克服有害合金元素的不良作用，扩大旧料使用的比例；4、熔融硼砂减缓了结晶器上部的冷却强度，使冷却主要集中在结晶器的下部和二次冷却区，导致纵向结晶效果显著，液穴比气体保护或烟灰覆盖铸造液穴浅，可提高铸造速度，同时具有细化晶粒，改善黄铜的高温性能的作用。三、硼砂的加入方法结晶器中液面上升到埋住浇注管时，在浇注管附近加入硼砂，熔融硼砂层厚度以2mm为宜。为维持结晶器内相对热平衡，应按“适当、及时、均匀”的原则补加硼砂。为防止硼砂卷入铸锭中，浇注管应埋入液面10～30mm。用于铸造的硼砂必须严格脱水，可采用远红外烘干炉进行硼砂的脱水处理，得到蓬松多孔的块状脱水硼砂，粉碎后即可使用。四、硼砂的熔体净化功能硼砂在熔融状态下分解成偏硼酸钠和硼酐：Na2BB4O7=2NaBO2+B2O3游离的硼酐成酸性与金属氧化物按下面的方式反应，溶解或生产稳定的熔盐。CuO+B2O3=Cu（BO2）22Cu2O+B2O3=2Cu2O·BB2O3ZnO+B2O3=Zn（BO2）2PbO+B2O3=Pb（BO2）2MnO+B2O3=Mn（BO2）2MnO2+B2O3=MnO2·BB2O3Al2O3+B2O3=Al2O3·BB2O3开始放流时，金属落差大，出现飞溅，碰到冷的结晶器和引锭头时，产生大量的金属氧化物和金属微粒，其比重较小、熔点高，浮在熔体表面，加入硼砂后生成偏硼酸盐或熔渣，较重的金属由于氧化膜的消失而下沉到金属中，使熔渣迅速消失。硼砂之所以能够吸附熔渣及非金属夹杂物，是由于硼砂中含有大量活性金属离子钠，使硼砂液态的表面张力远远小于氧化膜的表面张力，也小于液体的浮力，所以夹杂物可顺利上浮到硼砂液体层中，与硼酐反应生成低熔熔盐，达到去除熔体熔渣的作用。另外在扁锭铸造时采用三通浇注系统，变垂直供流为两侧水平供流，没有向下的液流，改善了熔渣上浮的条件，有利于减少熔体的氧化夹杂几率，同时改善了熔渣上浮的条件。五、硼砂可以改善铸造的冷却条件铸造是凝壳不断形成和增厚的过程，但由于冷却收缩，铸锭表面与结晶器壁之间会形成气隙，热阻增大，凝固速度显著下降，在不断流入的液流作用下，原来形成的凝壳变薄，并在液体静压下重新贴到结晶器壁上，获得冷却后又形成气隙，如此反复直到进入二次冷却区。在这个过程中由于结晶器上部冷却速度较大，下部冷却速度较小，这不是理想的结晶铸造情况，这样只能导致熔体粘度由于温降越来越粘，流动性越来越差，反应在铸锭质量上就是夹杂、冷隔严重。采用硼砂覆盖时，熔融的硼砂导热性比气体大而比金属小，覆盖在液面上具有保温作用，能保证结晶器上方金属处于较高的温度，有利于熔渣上浮，同时由于硼砂具有较低的表面张力，可轻松地进入铸锭凝壳与结晶器内壁地缝隙中，熔融地硼砂填补了由于铸锭凝壳收缩形成的气隙，改善了结晶器下部的冷却条件，且熔融的硼砂具有润滑作用，大大改善了铸造冷却条件，液穴浅平，具有提高铸造速度、改善铸锭表面的作用。六、硼砂的晶粒细化功能单质硼本身就是良好的变质剂，合金中含硼0.005～0.015%即可起到晶粒细化作用，硼砂覆盖可向熔体内增加微量的硼，起熔体结晶核心的作用。另外硼砂覆盖减少了熔体中的温度梯度，使液穴浅平，也从另一方面改善了结晶条件，促进了晶粒细化功能的发挥。硼砂熔化需要吸收部分热量，对于防止熔体过热造成的晶粒过分粗大具有一定的抑制作用。七、复合硼砂的应用硼砂具有较高的熔点，对于H68H65熔点比硼砂熔点741℃高200℃的合金采用硼砂覆盖较为适宜，但对熔点较低的其他高锌黄铜或复杂黄铜，采用硼砂覆盖会严重降低金属及硼砂的流动性，使粘度增大，造成硼砂夹杂。因而这时宜采用硼砂复合溶剂，对复合溶剂的要求是：在不润湿金属的前提下粘度越小越好，以利于流动和对夹杂物的吸附，其粘度是随温度的升高而降低的。向溶剂中加入10％左右冰晶石、增加适量的硼酐即可达到降低溶剂熔点的目的。在HSn70－1和HPb59－1熔铸时采用加入10％左右的NaCl也具有良好的效果。这是由于氟离子、氯离子、钠离子具有较好的表面活性，有利于降低溶剂的表面张力。八、对于熔点较低的高锌、复杂黄铜硼砂溶剂的使用对于熔点较低的黄铜，均可造成硼砂夹杂，在生产中采用高温、快速、深埋管的办法，加上精心操作可以避免硼夹杂，主要控制措施是：严格要求浇注管、结晶器、托座三者同心，看稳液面，在液面波动时不能加入硼砂，添加硼砂要做到均匀、适量、及时。