CN101602088A - 一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，该方法制得的铸铁涂料由耐火粉料、添加剂和载液组成，其中，耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，载液为酒精，制备过程是将有机膨润土、CMC、PVB和酚醛树脂预处理，然后和其他原料在搅拌机中进行混合、搅拌及分散，经研磨均化并调节涂料的密度和粘度，装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。该粉煤灰铸铁涂料，涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。

Description

一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及铸造涂料的制备，特别涉及一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法。

背景技术

铸造涂料是覆盖在铸型型腔和型芯表面，以改善其表面耐火性、化学稳定性、抗金属液冲刷性和抗粘沙性等性能的铸造辅助材料。耐火涂料在铸造业中有着十分重要的作用。铸件浇注前，在铸型表面涂敷一层耐火涂料，可有效地防止铸件粘砂、夹砂、砂眼等缺陷，提高铸件表面质量，降低铸件成本。

铸型表面涂敷涂料可以减少铸件的清理工作量，减轻劳动，改善劳动环境。据概略的估算，铸件清理成本约占铸件生产总成本的30％，而涂敷涂料后可使铸件的清理成本降低至15％左右，扣除约5％的涂料及其涂敷成本，所以，涂敷涂料后可使铸件的清理成本降低10％。更重要的是，由于涂敷涂料改善了铸件表面质量，减少了铸件缺陷，提高了铸件质量，铸件价格得以提高，其经济效益更加明显。

铸造涂料经历了一个相当长的历史过程。早在4500年前，我国的铸造工匠就已经配制并成功的使用了铸造涂料。直到20世纪，铸造涂料才有了迅速发展。随着科学技术的飞速发展为了提高铸件产品的市场竞争力，人们开始重视铸造涂料的研究。在涂料的理论研究和实际应用方面，都有了重大突破，并且各种“专利涂料”不断出现。我国从80年代开始注重涂料的使用和研究，并引进一些国外的涂料生产技术，各地还出现了一些专业化铸造涂料生产厂家，开始供应商品涂料。但我国涂料无论在品种上、质量上和基础理论的研究上与国外相比还有很大差距。大多数工厂的涂料还是自配自用，许多厂使用的涂料的质量、工效和配置场所的劳动条件都较差。

目前，铸铁涂料主要用石墨、石英粉、锆英粉、高铝矾土等耐火材料作为骨料配置涂料。选用耐火粉料应考虑其基本性质及特点，如耐火粉料的粒度和形状；密度；耐火度；热膨胀系数；与铸造金属的化学反应性；在浇注温度下与型砂的化学反应性；热传导率；气体含量；原材料的易得程度及价格；对人体健康有无危害、对环境污染程度等。在此基础上，人们也在不断寻求各种新型耐火材料，如粉煤灰、电熔莫来石粉、刚玉粉等。

粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后排放的固体废料，粉煤灰铸铁涂料是本发明研究的重点。粉煤灰的化学组成、理化性质和矿物组成上符合铸造涂料对骨料的要求，可以用做铸造涂料粉料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种适应砂型铸铁件生产的粉煤灰铸铁涂料的制备方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)配方原料及其质量百分比的组成：

A、耐火粉料：耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，其质量百分比为：粉煤灰：80％，高铝矾土：20％；

B、添加剂：添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，它们分别占耐火粉料的质量百分比为：有机膨润土：2％，酚醛树脂：3.8％，PVB：0.5％，CMC：0.3％，消泡剂：0.1％；

C、载液：酒精，占耐火粉料的35％～45％；

2)原材料预处理

有机膨润土：用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的5～10倍；

CMC：用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1％～2％的水溶液，浸泡时间在24h以上；

PVB：将其溶入酒精，配成浓度为2％～5％的溶液，浸泡时间在24h以上；

酚醛树脂：将其溶入酒精，酒精用量为酚醛树脂的3～5倍；

3)混合搅拌、分散

将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散，控制搅拌机的速度在600～1000r/min，搅拌时间为1～2h，使涂料混合均匀。

4)研磨均化

将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，并按涂料生产标准加入载液，调节涂料的密度和粘度，达到涂料生产标准要求；

5)包装：

将调整好密度和粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。

本发明制备的粉煤灰铸铁涂料，涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。

附图说明

图1是粉煤铸铁铸造涂料制备流程图；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

1、粉煤灰铸铁涂料可行性分析

(1)粉煤灰的化学组成

化学组成是粉煤灰的重要特性之一，是进行粉煤灰铸铁涂料试验研究的主要依据。大量的研究结果表明：粉煤灰的主要化学成分是SiO₂、Al₂O₃、CaO和Fe₂O₃等。我国电厂粉煤灰化学成分的一般变化范围如表1。

表1：粉煤灰的化学成分

(2)粉煤灰的理化性质

粉煤灰是粉煤燃烧后由烟气自锅炉带出的粉状残留物，是煤炭中的灰分(主要为硅、铝、钙、铁等元素的无机矿物质)，在锅炉经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程后形成的固体颗粒。粒径在0.001mm～0.1mm之间。粉煤灰是灰白色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈黑色。粉煤灰的组成和性质是由原煤的成分、燃烧的条件和处理方法等因素决定的。经研究证明，我国粉煤灰的平均比重2.14g/cm³。

(3)粉煤灰的矿物组成

粉煤灰具有以硅铝为主的化学成分，矿物相包括大量的玻璃相和矿物晶相及各种结构类型。这主要是因为煤的种类和多种矿物杂质的存在。煤中的主要矿物包括硅酸盐、氧化物、碳酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。由于这些矿物的存在，在煤燃烧后而成为灰分。在灰分(粉煤灰)中，结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、赤铁矿和少量方解石、钙长石等组成。灰分就是这些无机化合物的混合物，没有固定的熔点，通常以其软化温度作为它的熔点。根据灰分的软化温度，灰分可分为以下三类：

①易熔灰分＜1200℃；

②可熔灰分1200℃～1350℃；

③难熔灰分＞1350℃。

通过对粉煤灰的理化性质、化学组成以及矿物组成的分析，结合对铸造涂料粉料的要求可以看出：

A、在成分方面，铸造涂料所用的骨料一般有石英粉、滑石粉、云母粉、刚玉、锆英粉、镁砂粉、橄榄石粉等耐火材料。而这些耐火粉料的主要成分是SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、ZrO₂、Fe₂O₃等。从上面对粉煤灰的成分分析可以看出，其主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃等，粉煤灰的成分与铸造涂料骨料的成分基本相符。因而在化学成分上基本符合要求。

B、在物化性质方面，因为现在铸造涂料所用到的粉料石英粉、刚玉粉、铝矾土、石墨粉、镁砂等，比重都在2.0g/cm³以上。而我国粉煤灰的平均比重为2.14g/cm³，因而满足粉料对密度的要求。

C、一般用于铸造涂料的耐火骨料，具有比较高的耐火度，是衡量能否作为粉料的重要指标，比如锆石粉、刚玉类的耐火粉料。由于粉煤灰的矿物组成中，很大一部分是由莫来石相组成，而莫来石的熔点在1900℃以上，因而使得粉煤灰具有一定的耐火度。从粉煤灰的软化温度来看，如果配加一些其它耐火粉料，会使耐高温性能进一步提高。

综上所述，粉煤灰用于铸造涂料粉料是可行的。

2、铸铁涂料的基本配方如下表2所示：

表2：铸铁涂料的基本配方

3、用粉煤灰生产铸铁涂料的经济效益

(1)粉煤灰制备铸造涂料具有重要的现实意义

粉煤灰是我国主要的固体废弃物，利用粉煤灰生产铸造涂料，是实现资源综合利用的措施之一，也是我国倡导的经济可持续发展的战略，不仅粉煤灰资源获得了利用，而且也防止了环境污染。现在铸铁件常采用石墨粉涂料、石墨粉涂料虽然可以防止铸件粘砂，但却往往在铸件表面上留下一层黑灰，在铸件清砂时造成环境污染严重。而粉煤灰铸铁涂料可以改善劳动条件和环境卫生。

(2)投资小，见效快

粉煤灰的价格便宜(40元/吨)，投资50万元建厂，年产量可达到1000吨，若每吨涂料按3000元计算，销售收入300万元，当年即盈利。

(3)设备简单、操作方便。

4、粉煤灰铸铁涂料制备

参见图1，制备工序包括：

(1)原材料预处理

有机膨润土：用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的5～10倍；

CMC(羧甲基纤维素钠)：用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1-2％的水溶液，浸泡时间在24h以上；

PVB(市售的聚乙烯醇缩丁醛树脂或聚乙烯醇缩丁醛胶片)：将其溶入酒精，配成PVB浓度为2％～5％的酒精溶液，浸泡时间在24h以上；

酚醛树脂：将其溶入酒精，配成酒精溶液，酒精用量为酚醛树脂3～5倍。

(2)混合搅拌、分散

将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散。控制搅拌机的速度在600～1000r/min，搅拌时间为1～2h，使涂料混合均匀。

(3)研磨均化

将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，使涂料成为稳定的体系，具有良好的悬浮能力，并按涂料生产标准规定加入载液，调节涂料的密度、粘度等，以达到涂料标准要求。

(4)装桶(罐)

将调整好粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。

5、涂料制备设备

(1)搅拌机：容积0.3cm³，转速可调n＝100～1000r/min

(2)胶体磨：JTM85DG型立式胶体磨，是一种超细粉碎机械，它兼有粉碎、乳化、分散、均质、搅拌等功能。

6、涂料的各项性能及特点

1)适用范围：粉煤灰铸铁涂料适应砂型铸铁件生产。涂料涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。

2)涂料性能如表3所示

表3：涂料的性能指标

主要技术指标	测试条件	测试结果
			涂料外观	目测	均匀
密度/(g/cm3)	量筒法	1.46
			悬浮性/(％)	放置2小时	98
条件黏度(φ4流杯)/s	流杯4mm	14.61
			涂刷性	刷涂或浸涂	滑爽
流淌性	砂型上涂敷	涂层不出现滴痕等缺陷

渗透深度	涂层切开	3倍砂粒直径
			流平性	观察是否有刷痕	较好
涂层耐磨性	手搔法	好
			高温抗裂性	1200℃爆热试验	I级

3)涂料的性能特点

(1)涂料外观均匀，涂料没有腐蚀性物质和放射性；

(2)涂料具有良好的悬浮性，并且不结块、易搅拌，不腐败霉变；

(3)粘度合适，具有良好的流淌性和流平性，在涂敷时比较容易，涂层均匀，不出现流淌及叠层等缺陷；

(4)涂料有较高的渗透能力，渗透能力强，涂层不易开裂，抗粘砂能力强；

(5)涂层点燃干燥良好，干燥后涂层的耐磨性好，强度高，没有出现任何裂纹；

(6)在高温下，表面光滑无裂纹，涂料与基体之间无剥离现象，涂料的高温抗裂性达到一级；

(7)涂料价格便宜。

7、粉煤灰铸铁涂料使用实施例：

浇注灰铸铁件，铸件质量为650kg，壁厚为20mm。采用树脂砂型。将粉煤灰铸铁涂料涂敷铸型上，型腔表面涂刷1～2次涂料，涂层厚度为0.5mm～1mm，点燃干燥后，涂层无裂纹不剥落、强度较好。进行浇注试验，浇注灰铸铁铸件，浇注温度为1350℃。铸件清砂后轮廓清晰，没有出现任何粘砂现象和其它缺陷，铸件表面质量优良。

Claims (2)

1、一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)配方原料及其质量百分比组成：

A、耐火粉料：耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，其质量百分比为：粉煤灰：80％，高铝矾土：20％；

B、添加剂：添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，它们分别占耐火粉料的质量百分比为：有机膨润土：2％，酚醛树脂：3.8％，PVB：0.5％，CMC：0.3％，消泡剂：0.1％；

C、载液：酒精，占耐火粉料的35％～45％；

2)原材料预处理

有机膨润土：用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的5～10倍；

CMC：用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1％～2％的水溶液，浸泡时间在24h以上；

PVB：将其溶入酒精，配成浓度为2％～5％的溶液，浸泡时间在24h以上；

酚醛树脂：将其溶入酒精，酒精用量为酚醛树脂的3～5倍；

3)混合搅拌、分散

将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散，控制搅拌机的速度在600～1000r/min，搅拌时间为1～2h，使涂料混合均匀。

4)研磨均化

将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，并按涂料生产标准加入载液，调节涂料的密度和粘度，达到涂料生产标准要求；

5)包装：

将调整好密度和粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粉煤灰的粒度为300目和200目，各占粉煤灰总质量的一半。