CN100381400C - 制备熔铸氧化铝耐火材料用镁质型砂 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种制备熔铸氧化铝耐火材料用镁质型砂，由粗、中、细粒镁砂和镁铝尖晶石粉及水玻璃无机结合剂等组成，其配比为：粒度为6-3mm部分的镁砂重量占总量的30-40%，粒度为3-1mm部分的镁砂重量占总量的30-40%，粒度为＜1mm部分的镁砂及镁铝尖晶石重量占总量的20-40%，在该粒度中镁砂和镁铝尖晶石的比例为4∶1～5∶0，上述镁砂的MgO含量≥90%，上述镁铝尖晶石的Al2O3+MgO含量≥90%，其中镁铝尖晶石的MgO含量≥20%，无机结合剂水玻璃模数为2.0-3.2，其外加入量为上述固体料总重量的5-10%，根据配比将混制好的料成型干燥后拼装成为一定形状的砂型，该砂型具有强度高，高温性能好、抗热冲击性能好、易清砂和不污染铸件等优点，可以用于生产熔铸氧化铝耐火材料。
Description
涉及领域
本发明涉及一种制备耐火材料所用砂型的型砂材料。
对比技术
熔铸氧化铝砖是用于砌筑玻璃熔窑关键部位的高档耐火材料。该种材料熔化温度很高，难于制造。浇铸时，该材料熔液的温度达到2000℃左右，且保温退火的时间长，高温熔液对浇铸用砂型产生强烈的热冲击和长期持续高温作用。因此，此种砂型的工作条件十分苛刻，是生产熔铸氧化铝高级耐火制品的关键材料。
传统砂型的制做材料——型砂采用水玻璃为结合剂，硅质原料为造型材料制作。因SiO2的熔点仅1713℃，高温浇铸时硅质砂型表面被熔化，并和氧化铝质铸件在高温下发生剧烈反应和紧密粘连。所以，传统硅质砂型不能用于生产熔铸氧化铝材料。表1为传统硅质砂型理化性能指标。
表1 传统硅质砂型理化性能指标
*注：抗热冲击性判定方法：厚度为40mm砂型板，组合成为以下型腔尺寸的砂型模具：高×宽×厚＝600mm×400mm×75mm，5个为一组，从高度方向(400mm×75mm组合面)进行连续浇铸，在浇铸过程中，如有一组中的一个发生损坏即停止浇铸；然后进行第二组浇铸，依此类推，共浇铸三组。如果三组都没有破损判定良好，只有一组发生破损判定合格，两组或者两组以上发生破损均判定不合格。
目前，采用水玻璃为结合剂，并以熔铸氧化铝废砖料作为造型材料制作用于生产熔铸氧化铝耐火材料的砂型。氧化铝的熔点很高，但水玻璃会和氧化铝反应形成霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2，熔点仅1526℃)。因此，水玻璃结合熔铸氧化铝废砖砂型的高温性能虽有改善，但仍然经常发生铸件粘砂、变形等事故。
表2熔铸氧化铝废砖料砂型理化性能指标
随着工艺技术进步，生产熔铸氧化铝砖时产生的废砖越来越少，利用熔铸氧化铝废砖料作为砂型原料越来越困难。所以，必须尽快研制新一代的熔铸氧化铝砖用砂型材料。
发明内容
本发明的目的在于研制一种制备熔铸氧化铝耐火材料用镁质型砂，使其制备的砂型具有良好的机械强度和抗热冲击性、高温性能好，更好地满足熔铸氧化铝砖对砂型的使用要求。
提高砂型的高温性能必须使用耐火度高的矿物原料，方镁石矿物具有很好的耐高温性和抗侵蚀性，但该原料易于水化、热膨胀系数很高，抗热震性差，不耐热冲击，不能简单地被用于制作熔铸氧化铝制品用砂型材料。本发明以镁砂为主要原料，以水玻璃为结合剂，采用特殊添加物质和颗粒配比，改善了材料的抗水化，抗热冲击性能。
水化主要是镁砂中的方镁石和水的反应(MgO+H2O＝Mg(OH)2)。抗热冲击性能主要和两个方面的因素有关：1)Mg(OH)2受热脱水(Mg(OH)2＝MgO+H2O↑)，瞬间产生大量蒸气，使砂型破坏；2)MgO的热膨胀系数很高，受热冲击后产生很大的热应力，使砂型破坏。为了减少MgO的水化和提高抗热震性，本发明用镁铝尖晶石细粉取代部分等粒度镁砂，并采用高粗颗粒含量的配方。实验表明：将6～3mm镁砂颗粒的含量从20％增加到30～40％后，可以提高抗热震性1～3次；用占总量5～8％、＜1mm的镁铝尖晶石代替等粒度镁砂后，还可提高抗热震性1～2次，并使材料汽蒸2.5小时后具有较好的体积稳定性(不开裂)。从而使本发明研制的镁质砂型具有高温性能好，抗热冲击性能强，不污染氧化铝铸件等优点，能够完全满足生产熔铸氧化铝砖对砂型的使用要求。
本发明采用以下配比工艺实现上述方案：
1)6-3mm部分的重量占总量的30-40％，材料为MgO含量≥90％的镁砂。
2)3-1mm部分的重量占总量的30-40％，材料为MgO含量≥90％的镁砂。
3)＜1mm部分的重量占总量的20-40％，材料为MgO含量≥90％的镁砂和Al2O3+MgO含量≥90％的镁铝尖晶石，其中镁铝尖晶石的MgO含量≥20％。在该粒度中，镁砂和镁铝尖晶石的比例为4∶1～5∶0。
4)无机结合剂水玻璃模数为2.0-3.2，其外加入量为上述固体料总重量的5-10％。
符合上述粒度和成分要求的原料经称量、配合后，加入水玻璃结合剂制成镁质型砂，再混制、成型、干燥，根据铸件的形状进行拼装成砂型。
具体实施例
实施例1：将粒度6-3mmMgO含量94.0％的镁砂30％、3-1mmMgO含量94.0％的镁砂30％、＜1mmMgO含量94.0％的镁砂32％、＜1mm Al2O3+MgO含量为95.5％的镁铝尖晶石(其中MgO含量≥25％)8％配合后，外加7％模数为2.8的水玻璃配制成镁质型砂，经混制、成型、干燥后，拼装成为内腔尺寸长×宽×高＝500mm×400mm×200mm的镁铝质耐火材料砂型，用于浇铸熔铸氧化铝砖，熔液温度1920℃。浇铸时砂型不断裂，保温退火完成后容易清砂，熔铸氧化铝砖铸件外形尺寸符合要求。镁质砂型材料的性能为：
表3镁质砂型材料的性能指标
实施例2：将粒度6-3mmMgO含量为98.5％的镁砂35％、3-1mmMgO含量为98.5％的镁砂35％、＜1mmMgO含量为98.5％的镁砂30％配合后，外加7％模数为2.8的水玻璃配制成镁质型砂，经混制、成型、干燥后，拼装成为内腔尺寸长×宽×高＝400mm×120mm×600mm的镁质耐火材料砂型，用于浇铸熔铸氧化铝砖，熔液温度1920℃。浇铸时砂型不断裂，保温退火完成后容易清砂，熔铸氧化铝砖铸件外形尺寸符合要求。镁质砂型材料的性能为：
表4 镁质砂型材料的性能指标
从以上实施例可知：镁质耐火材料砂型具有良好的机械强度和抗热冲击性、高温性能好，完全可以满足熔铸氧化铝砖对砂型的使用要求。
Claims (1)
1.一种制备熔铸氧化铝耐火材料用镁质型砂，其特征在于：所述型砂由粗、中、细粒镁砂和镁铝尖晶石粉及水玻璃组成，其配比为：粒度为6-3mm部分的镁砂重量占总量的30-40％，粒度为3-1mm部分的镁砂重量占总量的30-40％，粒度为＜1mm部分：镁砂及镁铝尖晶石重量占总量的20-40％，在该粒度中，镁砂和镁铝尖晶石的比例为4∶1～5∶0，上述所有镁砂的MgO含量均≥90％，上述镁铝尖晶石的Al2O3+MgO含量≥90％，其中镁铝尖晶石的MgO含量≥20％，无机结合剂水玻璃模数为2.0-3.2，其外加入量为上述固体料总重量的5-10％。
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