CN105170891A - 高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

以高铝高炉渣、粉煤灰、镁砂、钠基膨润土、碳化硅、氟硅酸镁、滑石粉、硼酸锌、膨胀珍珠岩、硬酯酸钙、水玻璃、γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、肉豆蔻酸异丙酯、丙烯腈纤维、酒石酸钾钠、松香酸钠、乙醇、水为原料，制备出了使用性能优良、生产成本低的消失模铸造涂料，达到综合回收利用高铝高炉渣、粉煤灰并降低生产成本的目的。

Description

高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于消失模铸造涂料领域，尤其涉及一种高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料及其制备方法。

背景技术

消失模铸造技术是铸造行业中新兴的一种铸造工艺方法，消失模铸造工艺是指用泡沫塑料（EPS、ETMMA或EPMMA）制作成与所需铸件形状结构、尺寸大小完全相同的模样，涂刷耐火涂料后烘干，埋入特殊砂箱干砂（一般使用石英砂）中造型，在保持一定负压状态下进行浇注，模样受热气化分解，金属熔液不断占据模型位置后最终成型。消失模铸造在国内主要称为干砂实型铸造、负压实型铸造，国外简称EPC铸造。

目前最为成熟的消失模铸造工艺是用于汽车铸件的批量生产，所生产的产品有铝合金铸件(如进气管、缸体、缸盖等)和铸铁件(如曲轴、缸盖、变速器壳体、排气管等)。国内外实践证明，消失模铸造在生产汽车铸件方面具有巨大的发展潜力。当前，我国的汽车工正处在发展时期，预计在今后的一段时期内汽车铸件产量会有较大幅度的增加，同时对汽车铸件质量的要求将会更加严格。汽车工业的发展，为我国铸造行业带来了机遇与挑战，也为在我国推广和发展消失模铸造技术带来了新的契机。

消失模铸造用于大批量生产成功与否，50%取决于模样，30%取决于涂料，20%取决于其它工艺因素。毋庸置疑，涂料是获得优质铸件必不可少的工艺环节，科研和生产都已证实，对于消失模铸造工艺，涂料可使其获得成功的潜力大大增加。国外对消失模铸造涂料的研究起步较早，己经有一些商品性的涂料，但是价格偏贵，导致生产成本提高，在一定程度上限制了消失模铸造工艺的发展。目前，中国已有多家高校和研究单位开展针对消失模铸造的模样材料、成型工艺、涂料技术、工装设备等各个环节的研究开发工作，取得一定的成就，但与国外相比仍有较大差距，例如涂料的商品化程度很差。因此，为促进消失模铸造这一先进制造技术的推广应用，结合国内资源情况，从研究涂料的各组分种类和加入量对涂料性能的影响入手，研制适合我国国情的成本低、质量好的消失模铸造涂料，实现消失模铸造涂料的国产化是非常必要的。

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3。高炉渣一种工业固体废物，高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，高炉渣的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，利用高铝高炉渣-粉煤灰生产使用性能优良、生产成本低的消失模铸造涂料，以达到综合回收利用高铝高炉渣、粉煤灰并降低生产消失模铸造涂料成本的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料，其特征在于，所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成：

高铝高炉渣30-34份

粉煤灰28-32份

镁砂12-15份

钠基膨润土7-10份

碳化硅6-8份

氟硅酸镁2~6份

滑石粉2-5份

硼酸锌2-4份

膨胀珍珠岩2~4份

硬酯酸钙2~3份

水玻璃2~3份

γ-胺基丙基三乙氧基硅烷4-6份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6-8份

聚甲基丙烯酸羟乙酯2-4份

甲基丙烯酸缩水甘油酯0.3-0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4-0.6份

肉豆蔻酸异丙酯0.3-0.6份

丙烯腈纤维2~3份

酒石酸钾钠1~3份

松香酸钠2~3份

乙醇20-25份

水6-13份；

所述高铝高炉渣的主要化学成分为Al₂O₃18.41wt%，MgO13.2wt%，CaO34.12wt%，SiO₂33.12wt%，MnO0.53wt%，FeO0.62wt%；

所述粉煤灰的主要化学成分为粉煤灰：SiO₂49.65wt%，Al₂O₃28.92wt%，Fe₂O₃11.34wt%，CaO2.21wt%，MgO0.45wt%，SO₃0.31wt%，K₂O2.21wt%，Ti₂O1.12wt%；

所述镁砂中氧化镁含量≥95wt%。

所述的高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将30-34份高铝高炉渣、28-32份粉煤灰、12-15份镁砂、7-10份钠基膨润土、6-8份碳化硅、2~6份氟硅酸镁、2~5份滑石粉、2~4份硼酸锌、2~4份膨胀珍珠岩、2~3份硬酯酸钙、2~3份水玻璃放入球磨机中球磨2小时，混合均匀，然后过筛，得到200目以下的混合物料；

2）开启反应釜，将4-6份γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、6-8份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、20-25份乙醇、6-13份水加入到反应釜中，在搅拌下进行水解反应，转速为1200r/min，反应温度为80℃，搅拌时间为30min，得到偶联剂的醇水溶液；

3）将步骤1）所得混合物料物料加入到步骤2）中偶联剂的醇水溶液中，在80℃下搅拌2小时；然后再将2-4份聚甲基丙烯酸羟乙酯、0.3-0.6份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.4-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3-0.6份肉豆蔻酸异丙酯、2~3份丙烯腈纤维、1~3份酒石酸钾钠、2~3份松香酸钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料。

本发明与现有技术相比，其优点为：

1）在制备涂料过程中利用了高铝高炉渣、粉煤灰等工业固体废弃物制备消失模铸造涂料，大大降低了耐火材料的制造成本；

2）并用γ-胺基丙基三乙氧基硅烷和二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯对高铝高炉渣、粉煤灰、镁砂、钠基膨润土、碳化硅、氟硅酸镁滑石粉、硼酸锌、膨胀珍珠岩、硬酯酸钙、水玻璃进行了表面改性处理，提高了材料与基料的粘结性和分散性，使得消失模铸造涂料在高温下结构更稳定，大大提高了消失模铸造涂料耐火极限。

具体实施方式

实施例1

一种高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料，其特征在于，所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成：

高铝高炉渣30份

粉煤灰28份

镁砂12份

钠基膨润土7份

碳化硅6份

氟硅酸镁2份

滑石粉2份

硼酸锌2份

膨胀珍珠岩2份

硬酯酸钙2份

水玻璃2份

γ-胺基丙基三乙氧基硅烷4份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6份

聚甲基丙烯酸羟乙酯2份

甲基丙烯酸缩水甘油酯0.3份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4份

肉豆蔻酸异丙酯0.3份

丙烯腈纤维2份

酒石酸钾钠1份

松香酸钠2份

乙醇20份

水6份；

所述的高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）将30份高铝高炉渣、28份粉煤灰、12份镁砂、7份钠基膨润土、6份碳化硅、2份氟硅酸镁、2份滑石粉、2份硼酸锌、2份膨胀珍珠岩、2份硬酯酸钙、2份水玻璃放入球磨机中球磨2小时，混合均匀，然后过筛，得到200目以下的混合物料；

2）开启反应釜，将4份γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、6份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、20份乙醇、6份水加入到反应釜中，在搅拌下进行水解反应，转速为1200r/min，反应温度为80℃，搅拌时间为30min，得到偶联剂的醇水溶液；

3）将步骤1）所得混合物料物料加入到步骤2）中偶联剂的醇水溶液中，在80℃下搅拌2小时；然后再将2份聚甲基丙烯酸羟乙酯、0.3份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.4份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3份肉豆蔻酸异丙酯、2份丙烯腈纤维、1份酒石酸钾钠、2份松香酸钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料。

实施例2

一种高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料，其特征在于，所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成：

高铝高炉渣34份

粉煤灰32份

镁砂15份

钠基膨润土10份

碳化硅8份

氟硅酸镁6份

滑石粉5份

硼酸锌4份

膨胀珍珠岩4份

硬酯酸钙3份

水玻璃3份

γ-胺基丙基三乙氧基硅烷6份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯8份

聚甲基丙烯酸羟乙酯4份

甲基丙烯酸缩水甘油酯0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.6份

肉豆蔻酸异丙酯0.6份

丙烯腈纤维3份

酒石酸钾钠3份

松香酸钠3份

乙醇25份

水13份；

所述的高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）将34份高铝高炉渣、32份粉煤灰、15份镁砂、10份钠基膨润土、8份碳化硅、6份氟硅酸镁、5份滑石粉、4份硼酸锌、4份膨胀珍珠岩、3份硬酯酸钙、3份水玻璃放入球磨机中球磨2小时，混合均匀，然后过筛，得到200目以下的混合物料；

2）开启反应釜，将6份γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、8份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、25份乙醇、13份水加入到反应釜中，在搅拌下进行水解反应，转速为1200r/min，反应温度为80℃，搅拌时间为30min，得到偶联剂的醇水溶液；

3）将步骤1）所得混合物料物料加入到步骤2）中偶联剂的醇水溶液中，在80℃下搅拌2小时；然后再将4份聚甲基丙烯酸羟乙酯、0.6份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.6份肉豆蔻酸异丙酯、3份丙烯腈纤维、3份酒石酸钾钠、3份松香酸钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料。

Claims (3)

1.一种高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料，其特征在于，所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成：

高铝高炉渣30-34份

粉煤灰28-32份

镁砂12-15份

钠基膨润土7-10份

碳化硅6-8份

氟硅酸镁2~6份

滑石粉2-5份

硼酸锌2-4份

膨胀珍珠岩2~4份

硬酯酸钙2~3份

水玻璃2~3份

γ-胺基丙基三乙氧基硅烷4-6份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6-8份

聚甲基丙烯酸羟乙酯2-4份

甲基丙烯酸缩水甘油酯0.3-0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4-0.6份

肉豆蔻酸异丙酯0.3-0.6份

丙烯腈纤维2~3份

酒石酸钾钠1~3份

松香酸钠2~3份

乙醇20-25份

水6-13份。

2.如权利要求1中所述的消失模铸造涂料，其特征在于：

所述高铝高炉渣的主要化学成分为Al₂O₃18.41wt%，MgO13.2wt%，CaO34.12wt%，SiO₂33.12wt%，MnO0.53wt%，FeO0.62wt%；

所述粉煤灰的主要化学成分为粉煤灰：SiO₂49.65wt%，Al₂O₃28.92wt%，Fe₂O₃11.34wt%，CaO2.21wt%，MgO0.45wt%，SO₃0.31wt%，K₂O2.21wt%，Ti₂O1.12wt%；

所述镁砂中氧化镁含量≥95wt%。

3.根据权利要求1或2所述的高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将30-34份高铝高炉渣、28-32份粉煤灰、12-15份镁砂、7-10份钠基膨润土、6-8份碳化硅、2~6份氟硅酸镁、2~5份滑石粉、2~4份硼酸锌、2~4份膨胀珍珠岩、2~3份硬酯酸钙、2~3份水玻璃放入球磨机中球磨2小时，混合均匀，然后过筛，得到200目以下的混合物料；

2）开启反应釜，将4-6份γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、6-8份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、20-25份乙醇、6-13份水加入到反应釜中，在搅拌下进行水解反应，转速为1200r/min，反应温度为80℃，搅拌时间为30min，得到偶联剂的醇水溶液；

3）将步骤1）所得混合物料物料加入到步骤2）中偶联剂的醇水溶液中，在80℃下搅拌2小时；然后再将2-4份聚甲基丙烯酸羟乙酯、0.3-0.6份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.4-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3-0.6份肉豆蔻酸异丙酯、2~3份丙烯腈纤维、1~3份酒石酸钾钠、2~3份松香酸钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-粉煤灰消失模铸造涂料。