CN108453246A - 一种铸钢保温冒口覆盖剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸钢保温冒口覆盖剂及其制备方法，属于铸造工业技术领域。本发明利用胶体状态的磷酸盐会在材料的表面形成一层胶体薄膜的特点，在复合物料与磷酸盐混制时，胶体薄膜就均匀地包裹在复合材料的表面上，形成轻质多孔或网状结构，在这种结构中，骨架之间具有分散多孔洞的组织，相互是点接触，明显降低了热传导面积，提高了热阻值，改善保温效果，同时，包覆在多孔洞中的空气又是一种良好的绝缘体，从而达到了绝热作用，使冒口中的金属液在补缩期间处于熔融状态，以保证获得良好的补缩效果；本发明通过在镁橄榄石烧制过程中引入锆质材料，提高镁橄榄石的耐火度，利于夹杂物与钢液分离，减少铸坯夹渣缺陷，大大提高了产品质量。

Description

一种铸钢保温冒口覆盖剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸钢保温冒口覆盖剂及其制备方法，属于铸造工业技术领域。

背景技术

铸造是制造复杂零件最灵活的方法，先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力的同时，也使铸造业遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。在铸钢的铸造过程中，采用铸钢冒口覆盖剂可减缓冒口中钢水的冷却速度，提高冒口钢液对铸钢件的补缩能力，从而降低钢水用量，提高铸钢件的质量和出品率。

铸造过程中铸钢冒口覆盖剂的作用是很明显的，当铸钢冒口覆盖剂加到冒口内的钢液面上时，迅速在钢液面上形成熔渣层、烧结层、过渡层和粉渣层，隔绝冒口钢液与空气的接触，防止对流与辐射传热，减小热传导，致使冒口钢液有着较慢的凝固速度，随着铸件的凝固，冒口钢液不断补缩，铸钢冒口覆盖剂不断下沉，以保证冒口钢液面上铸钢冒口覆盖剂形成稳定的层状，起到很好的保温绝热的效果。所以铸钢冒口覆盖剂与连铸铸钢冒口覆盖剂的作用基本相似，主要作用如下：（1）对顶部裸露的钢液绝热保温防止散热，提高冒口的补缩能力；（2）聚集、溶解从钢水中上浮到钢液面的非金属夹杂物，净化钢水；（3）隔绝空气，防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化。铸钢冒口覆盖剂这些良好的性能与其化学组成、原料的选择、原料间的组合方式以及配比等因素有关。也就是说，良好的物理及化学性质，合理的覆盖特性及层状结构，是一种好的铸钢冒口覆盖剂不可或缺的两个条件。

从连铸铸钢冒口覆盖剂的发展趋势和现况来看，铸钢冒口覆盖剂的化学组成具有超高碱性、高玻璃化发展的特征。铸钢冒口覆盖剂的品种更加系列化，以适应不同钢种、不同工艺参数的浇注，铸钢冒口覆盖剂的有关物理性质可以采用各种经验公式进行计算，铸钢冒口覆盖剂配方设计也逐步走上规范化的道路。值得注意的是对铸钢冒口覆盖剂的重要作用，在一些从事铸造的工程技术人员中至今还未引起足够的重视。所以必须把铸造铸钢冒口覆盖剂研制和生产建立在科学的基础上，开发出自己的铸钢冒口覆盖剂系列，以满足我国铸造事业发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有铸钢冒口覆盖剂的保温性能不理想，补缩能力和铺展性较差，保温效果不是很稳定的问题，提供了一种铸钢保温冒口覆盖剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铸钢保温冒口覆盖剂，包括下述重量份原料组成：200～300份膨胀珍珠岩，80～100份烟道灰，80～100份硅藻土，600～800份铝矾土，200～400份耐火骨料，400～500份磷酸盐粘结剂，200～300份发热材料，15～30份硅钙合金粉。

所述耐火骨料为镁橄榄石砂、无烟煤、轻烧镁粉、质量分数为1%亚硫酸溶液、锆英石、铝矾土，球磨干燥后保温煅烧，再研磨过筛，得耐火骨料。

所述耐火骨料中各原料的重量份为400～480份镁橄榄石砂，300～360份无烟煤，120～150份轻烧镁粉，15～25份亚硫酸溶液，20～30份锆英石，100～120份铝矾土。

所述保温煅烧过程为在氮气氛围下，加热至1500～1600℃保温煅烧3～4h。

所述磷酸盐粘结剂为磷酸与去离子水混合加热至80～90℃，再加入氢氧化铝、氧化锌，持续搅拌加热至90～100℃后加入氧化镁反应制得。

所述物料重量份为400～560份磷酸，160～200份去离子水，70～80份氢氧化铝，50～60份氧化锌，16～24份氧化镁。

所述发热材料由下述重量份原料组成：120～150份铝粉，60～80份氧化铁粉，10～20份二氧化锰，200～300份可膨胀石墨。

所述硅钙合金粉含Ca27%～32%，Si56%～60%。

一种铸钢保温冒口覆盖剂的制备方法，具体步骤为：

（1）取镁橄榄石砂、无烟煤、轻烧镁粉装入球磨机中球磨1～2h，再加入质量分数为1%亚硫酸溶液、锆英石、铝矾土，继续球磨1～2h后出料得复合料；

（2）将复合料干燥后装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1500～1600℃保温煅烧3～4h，冷却后研磨，过200目筛，得耐火骨料；

（3）取磷酸与去离子水混合加热至80～90℃，再加入氢氧化铝、氧化锌，持续搅拌加热至90～100℃后加入氧化镁，继续搅拌并保温反应20～30min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂；

（4）取铝粉、氧化铁粉、二氧化锰、可膨胀石墨装入球磨机中球磨2～3h，得发热材料；

（5）取膨胀珍珠岩、烟道灰、硅藻土、铝矾土、耐火骨料、磷酸盐粘结剂、发热材料、硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌3～5min，再置于200～220℃烘干炉中，烘烤2～3h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明利用胶体状态的磷酸盐会在材料的表面形成一层胶体薄膜的特点，在复合物料与磷酸盐混制时，胶体薄膜就均匀地包裹在复合材料的表面上，形成轻质多孔或网状结构，在这种结构中，骨架之间具有分散多孔洞的组织，相互是点接触，明显降低了热传导面积，提高了热阻值，改善保温效果，同时，包覆在多孔洞中的空气又是一种良好的绝缘体，从而达到了绝热作用，使冒口中的金属液在补缩期间处于熔融状态，以保证获得良好的补缩效果；

（2）本发明通过在镁橄榄石烧制过程中引入锆质材料，让耐高温氧化锆把其它材料包覆，在镁橄榄石的表面包裹一层氧化锆层，从而提高镁橄榄石的耐火度，改善其热稳定性、抗氧化、抗侵蚀、抗热震性，使得在钢水高温作用下，镁质可与钢水中的夹杂物形成一定数量的液相膜填充于固体颗粒之间，从而形成一定厚度的烧结层，防止钢水的渗入，同时防止碳质材料进入，污染钢水，且还原的镁铝粉末结合硅钙合金粉作为还原剂，增强覆盖剂吸收钢液界面的FeS与FeO的能力，降低钢液及初生凝固壳中S、O含量，收集钢液中的非金属夹杂物，利于夹杂物与钢液分离，减少铸坯夹渣缺陷，大大提高了产品质量。

具体实施方式

取400～480g镁橄榄石砂，300～360g无烟煤，120～150g轻烧镁粉装入球磨机中球磨1～2h，再加入15～25g质量分数为1%亚硫酸溶液，20～30g锆英石，100～120g铝矾土，继续球磨1～2h后出料得复合料，将复合料置于烘箱中，在110～120℃下干燥至恒重，干燥结束后将干燥产物装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1500～1600℃保温煅烧3～4h，随炉冷却至室温后转入研磨机中研磨，过200目筛，得耐火骨料，取400～560g磷酸与160～200mL去离子水混合，在80～90℃恒温水浴下以300～400r/min搅拌20～30min，再加入70～80g氢氧化铝，50～60g氧化锌，持续搅拌20～30min后加热至90～100℃，再加入16～24g氧化镁，继续搅拌并保温反应20～30min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂，取120～150g铝粉，60～80g氧化铁粉，10～20g二氧化锰，200～300g可膨胀石墨，装入球磨机中球磨2～3h，得发热材料，取200～300g膨胀珍珠岩，80～100g烟道灰，80～100g硅藻土，600～800g铝矾土，200～400g耐火骨料，400～500g磷酸盐粘结剂，200～300g发热材料，15～30g硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌3～5min，再置于200～220℃烘干炉中，烘烤2～3h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。

实例1

取400g镁橄榄石砂，300g无烟煤，120g轻烧镁粉装入球磨机中球磨1h，再加入15g质量分数为1%亚硫酸溶液，20g锆英石，100g铝矾土，继续球磨1h后出料得复合料，将复合料置于烘箱中，在110℃下干燥至恒重，干燥结束后将干燥产物装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1500℃保温煅烧3h，随炉冷却至室温后转入研磨机中研磨，过200目筛，得耐火骨料，取400g磷酸与160mL去离子水混合，在80℃恒温水浴下以300r/min搅拌20min，再加入70g氢氧化铝，50g氧化锌，持续搅拌20min后加热至90℃，再加入16g氧化镁，继续搅拌并保温反应20min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂，取120g铝粉，60g氧化铁粉，10g二氧化锰，200g可膨胀石墨，装入球磨机中球磨2h，得发热材料，取200g膨胀珍珠岩，80g烟道灰，80g硅藻土，600g铝矾土，200g耐火骨料，400g磷酸盐粘结剂，200g发热材料，15g硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌3min，再置于200℃烘干炉中，烘烤2h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。

实例2

取440g镁橄榄石砂，330g无烟煤，135g轻烧镁粉装入球磨机中球磨1h，再加入20g质量分数为1%亚硫酸溶液，25g锆英石，110g铝矾土，继续球磨1h后出料得复合料，将复合料置于烘箱中，在115℃下干燥至恒重，干燥结束后将干燥产物装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1550℃保温煅烧3h，随炉冷却至室温后转入研磨机中研磨，过200目筛，得耐火骨料，取480g磷酸与180mL去离子水混合，在85℃恒温水浴下以350r/min搅拌25min，再加入75g氢氧化铝，55g氧化锌，持续搅拌25min后加热至95℃，再加入20g氧化镁，继续搅拌并保温反应25min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂，取135g铝粉，70g氧化铁粉，15g二氧化锰，250g可膨胀石墨，装入球磨机中球磨2h，得发热材料，取250g膨胀珍珠岩，90g烟道灰，90g硅藻土，700g铝矾土，300g耐火骨料，450g磷酸盐粘结剂，250g发热材料，28g硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌4min，再置于210℃烘干炉中，烘烤2h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。

实例3

取480g镁橄榄石砂，360g无烟煤，150g轻烧镁粉装入球磨机中球磨2h，再加入25g质量分数为1%亚硫酸溶液，30g锆英石，120g铝矾土，继续球磨2h后出料得复合料，将复合料置于烘箱中，在120℃下干燥至恒重，干燥结束后将干燥产物装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1600℃保温煅烧4h，随炉冷却至室温后转入研磨机中研磨，过200目筛，得耐火骨料，取560g磷酸与200mL去离子水混合，在90℃恒温水浴下以400r/min搅拌30min，再加入80g氢氧化铝，60g氧化锌，持续搅拌30min后加热至100℃，再加入24g氧化镁，继续搅拌并保温反应30min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂，取150g铝粉，80g氧化铁粉，20g二氧化锰，300g可膨胀石墨，装入球磨机中球磨3h，得发热材料，取300g膨胀珍珠岩，100g烟道灰，100g硅藻土，800g铝矾土，400g耐火骨料，500g磷酸盐粘结剂，300g发热材料，30g硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌5min，再置于220℃烘干炉中，烘烤3h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。

对照例：辽宁某公司生产的铸钢保温冒口覆盖剂。

将实例及对照例的铸钢保温冒口覆盖剂进行检测，具体检测如下：

导热系数的测定：实验选用球壁导热仪测量覆盖剂的导热系数。

熔化温度测试：采用RDS-05全自动炉渣熔点熔速测定仪。

膨胀石墨含量对膨胀性能的影响试验：（1）称取4份质量为16g的覆盖剂放入坩埚中，编号分别为1、2、3、4，分别向其中加入0、1%、2%、3%、的酸化石墨，混合后待用。（2）将加热炉升温至800℃，恒温2h，打开炉盖，然后迅速将1投入炉内的均热板上，30min后停炉，待覆盖剂冷却后，将覆盖剂收集在坩埚内，用量筒测量其体积。（3）重复上述步骤，分别测量剩余3种覆盖剂的膨胀性。

具体检测结果如表1。

表1性能表征对比表

由表1可知，本发明制备的铸钢保温冒口覆盖剂具有很好的膨胀性和铺展性，良好的隔热保温性能，覆盖剂的熔化温度也处于合适的水平。

Claims (9)

1.一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，包括下述重量份原料组成：200～300份膨胀珍珠岩，80～100份烟道灰，80～100份硅藻土，600～800份铝矾土，200～400份耐火骨料，400～500份磷酸盐粘结剂，200～300份发热材料，15～30份硅钙合金粉。

2.如权利要求1所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述耐火骨料为镁橄榄石砂、无烟煤、轻烧镁粉、质量分数为1%亚硫酸溶液、锆英石、铝矾土，球磨干燥后保温煅烧，再研磨过筛，得耐火骨料。

3.如权利要求2所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述耐火骨料中各原料的重量份为400～480份镁橄榄石砂，300～360份无烟煤，120～150份轻烧镁粉，15～25份亚硫酸溶液，20～30份锆英石，100～120份铝矾土。

4.如权利要求2所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述保温煅烧过程为在氮气氛围下，加热至1500～1600℃保温煅烧3～4h。

5.如权利要求1所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述磷酸盐粘结剂为磷酸与去离子水混合加热至80～90℃，再加入氢氧化铝、氧化锌，持续搅拌加热至90～100℃后加入氧化镁反应制得。

6.如权利要求5所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述物料重量份为400～560份磷酸，160～200份去离子水，70～80份氢氧化铝，50～60份氧化锌，16～24份氧化镁。

7.如权利要求1所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述发热材料由下述重量份原料组成：120～150份铝粉，60～80份氧化铁粉，10～20份二氧化锰，200～300份可膨胀石墨。

8.如权利要求1所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂，其特征在于，所述硅钙合金粉含Ca27%～32%，Si56%～60%。

9.如权利要求1～8任意一项所述的一种铸钢保温冒口覆盖剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）取镁橄榄石砂、无烟煤、轻烧镁粉装入球磨机中球磨1～2h，再加入质量分数为1%亚硫酸溶液、锆英石、铝矾土，继续球磨1～2h后出料得复合料；

（2）将复合料干燥后装入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至1500～1600℃保温煅烧3～4h，冷却后研磨，过200目筛，得耐火骨料；

（3）取磷酸与去离子水混合加热至80～90℃，再加入氢氧化铝、氧化锌，持续搅拌加热至90～100℃后加入氧化镁，继续搅拌并保温反应20～30min，冷去至室温后出料，得磷酸盐粘结剂；

（4）取铝粉、氧化铁粉、二氧化锰、可膨胀石墨装入球磨机中球磨2～3h，得发热材料；

（5）取膨胀珍珠岩、烟道灰、硅藻土、铝矾土、耐火骨料、磷酸盐粘结剂、发热材料、硅钙合金粉，装入拌料桶中搅拌3～5min，再置于200～220℃烘干炉中，烘烤2～3h，冷却至室温后出料封装，得铸钢保温冒口覆盖剂。