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