CN111943698B - 精铸蜡模的面层耐火材料 - Google Patents

精铸蜡模的面层耐火材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精铸蜡模的面层耐火材料，它是由下述方法制备的：按质量百分比，工业氧化铝75~85％、脉石英11~18％、锆英砂3~6％，混匀，采用三相星形电弧炉2100~2300℃冶炼，粉碎，研磨；由于设计配料合理，主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石；刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间；除两种主晶相外，还有少量玻璃相，微量氧化锆；易脱模，不粘结，粘砂少，保证了精铸产品的光洁度；比重为3.l0g/cm3；热导率大，线膨胀系数小，为5×10‑6；减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生。

Description

精铸蜡模的面层耐火材料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种精铸蜡模的面层耐火材料。
背景技术
耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类，以便于科学研究、合理选用和管理；耐火材料的分类方法很多，按化学矿物组成分类：1）硅质耐火材料；2）硅酸铝质耐火材料；3）镁质耐火材料；4）白云石质耐火材料；5）碳复合耐火材料；6）含锆耐火材料；7）特种耐火材料；然而，现有耐火材料膨胀系数较大、热导系数小、耐火度低、杂质含量波动大、低熔物高、颗粒形状流平性差、锆英砂价格高；
20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。在中国有许多工厂生产耐火材料产品。中国有丰富的资源，也正因为这方面的原因，各大外国投资商也来到国内一展身手，展露头角。
发明内容
本发明目的是为解决耐火材料用的天然高等级矿石贫乏、现有耐火材料膨胀系数较大、热导系数小、耐火度低、杂质含量波动大、低熔物高、颗粒形状流平性差、锆英砂价格高的问题，而提供一种耐火材料。
精铸蜡模的面层耐火材料，它是由下述方法制备的：
按质量百分比，工业氧化铝75~85％、脉石英11~18％、锆英砂3~6％，混匀，2100~2300℃冶炼，粉碎，研磨；
所述的工业氧化铝含量≥99％、脉石英含量为99％，锆英砂含量＞66％；
所述的工业氧化铝75~80％、脉石英15~18％、锆英砂4~6％；
所述的工业氧化铝76％、脉石英18％、锆英砂6％；
所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼，用三根起弧棒2在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与起弧棒2压实后在起弧焦3处放置碳粒，再在碳粒上面放氧化铝粉，待电流升至正常值后，原料缓慢投入，保证电压电流的额定值；
所述的碳粒和氧化铝粉的比例为0.9~1.1:200；
所述的碳粒和氧化铝粉的比例为1:200；
所述的起弧棒2为碳棒，所述的电极为石墨电极；
接包时熔池深度不能大于300mm，倒炉时电极圆范围内保留50mm熔液；
所述的精铸蜡模的面层耐火材料的粒径小于0.045mm。
本发明提供了精铸蜡模的面层耐火材料，它是由下述方法制备的：按质量百分比，工业氧化铝75~85％、脉石英11~18％、锆英砂3~6％，混匀，2100~2300℃冶炼，粉碎，研磨；所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼，用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒，再在碳粒上面放200kg氧化铝粉，待电流升至正常值后，原料缓慢投入，保证电压电流的额定值；本发明优点在于：
1）耐火材料比重为3.l0g/cm3，照比锆英砂（比重4.20g/cm3）轻1.10 g/cm3；
2）照比天然矿石杂质含量少而且可控，没有波动，将铸产品的麻点少；
3）耐火度高(1800℃)，适合于高温金属的浇铸；
4）透气件好，干燥速度快，节省能源，缩短了产品的生产周期；
5）流平性好，保证了产品的盲孔，棱角的几何形状；
6）热导率大，线膨胀系数小，线膨胀系数为5×10-6，减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生；
7) 由于设计配料合理，主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石；刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间；除两种主晶相外，还有少量玻璃相，微量氧化锆；易脱模，不粘结，粘砂少，保证了精铸产品的光洁度。
附图说明
图1 精铸蜡模的面层耐火材料在50倍电镜下显微结构图；
图2 精铸蜡模的面层耐火材料在25倍电镜下显微结构图；
图3 精铸蜡模的面层耐火材料在300倍电镜下显微结构图；
图4 精铸蜡模的面层耐火材料在100倍电镜下显微结构图；
图5 精铸蜡模的面层耐火材料在300倍电镜下显微结构图；
图6 精铸蜡模的面层耐火材料在100倍电镜下显微结构图；
图7 精铸蜡模的面层耐火材料在400倍电镜下显微结构图；
图8 精铸蜡模的面层耐火材料在耐火材料分析谱图；
图9 精铸蜡模的面层耐火材料电弧炉示意图。
具体实施方式
实施例1生产精铸蜡模的面层耐火材料的电弧炉
请参见图9，生产精铸蜡模的面层耐火材料的电弧炉，它包括：炉膛、炉衬、电极、起弧棒2、起弧焦3；
炉底4为碟形（炉底电极圆区）、起弧棒2星型摆放，星点处为起弧焦3，起弧棒2另一端与三个电极（电极A、电极B、电极C）相连接；所述的起弧棒2为碳棒，所述的电极为石墨电极。
实施例2精铸蜡模的面层耐火材料的制备
1）配比：原料采用含量≥99％的Al2O3 (工业氧化铝)，含量99％的SiO2(脉石英)，含量＞66％的ZrO2(锆英砂)；按原料质量分数Al2O3 80％、SiO2 15％、ZrO2 5％进行均匀混配；
2）冶炼：用电弧炉冶炼，熔炼工艺是：开炉前，先把炉底电极圆区域内修成碟形，以利于开炉熔液集中；用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒，再在碳粒上面放200kg氧化铝粉，以利于送电后能顺利融化成熔液；待电流升至正常值后（1000kva变压器电压180V电流3200A。1500kva变压器，电压200V，电流4300A），将步骤1）混配好的原料缓慢投入，在炉况正常后，按设定好的投料速度定时投料，并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量，要保证电压电流的额定值；熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间；
3）接包：根据接包容量确定每包的投料量，正常控制在4-5T；熔池深度不能大于300mm，防止炉底凝固不能倒出；之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液，保证后续送电顺利熔炼，这样操作就可安全连续进行生产；
4）冷却：接包吨位在4-5T，倒包结束后，冷却四小时即可脱包；待冷却到常温后，即可按不同的规格进入制砂、制粉工序；
5）将冷却后的块进行分选，剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序；
6）将制成的砂投入制粉设备中，同时配入添加剂等材料进行共磨，制成粒径小于0.045mm（45μm）的粉体；在50倍、300倍电镜下显微结构图分别见图1、3；
7）使用时按硅溶胶（根据工件大小，确定型号规格），与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上，使用中要始终搅拌，防止偏析，保证涂掛均匀一致。
8）本产品适用于低、中、高温蜡模使用的面层耐火材料，外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例3精铸蜡模的面层耐火材料的制备
1）配比：原料采用含量≥99％的Al2O3 (工业氧化铝)，含量99％的SiO2(脉石英)，含量＞66％的ZrO2(锆英砂)；按原料质量分数Al2O3 85％、SiO2 11％、ZrO2 4％进行均匀混配；
2）冶炼：用倾倒炉冶炼，熔炼工艺是：开炉前，先把炉底电极圆区域内修成碟形，以利于开炉熔液集中；用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒，再在碳粒上面放200kg氧化铝粉，以利于送电后能顺利融化成熔液；待电流升至正常值后，将步骤1）混配好的原料缓慢投入，在炉况正常后，按设定好的投料速度定时投料，并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量，要保证电压电流的额定值；熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间；
3）接包：根据接包容量确定每包的投料量，正常控制在4-5T；熔池深度不能大于300mm，防止炉底凝固不能倒出；之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液，保证后续送电顺利熔炼，这样操作就可安全连续进行生产；
4）冷却：接包吨位在4-5T，倒包结束后，冷却四小时即可脱包；待冷却到常温后，即可按不同的规格进入制砂、制粉工序；
5）将冷却后的块进行分选，剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序；
6）将制成的砂投入制粉设备中，同时配入添加剂等材料进行共磨，制成粒径小于0.045mm(45μm)的粉体；在100倍、300倍电镜下显微结构图见图4、5；
7）使用时按硅溶胶（根据工件大小，确定型号规格），与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上，使用中要始终搅拌，防止偏析，保证涂掛均匀一致。
8）本产品适用于低、中、高温蜡模使用的面层耐火材料，外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例4精铸蜡模的面层耐火材料的制备
1）配比：原料采用含量≥99％的Al2O3 (工业氧化铝)，含量99％的SiO2(脉石英)，含量＞66％的ZrO2(锆英砂)；按原料质量分数Al2O3 76％、SiO2 18％、ZrO2 6％进行均匀混配；
2）冶炼：用倾倒炉冶炼，熔炼工艺是：开炉前，先把炉底电极圆区域内修成碟形，以利于开炉熔液集中；用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒，再在碳粒上面放200kg氧化铝粉，以利于送电后能顺利融化成熔液；待电流升至正常值后，将步骤1）混配好的原料缓慢投入，在炉况正常后，按设定好的投料速度定时投料，并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量，要保证电压电流的额定值；熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间；
3）接包：根据接包容量确定每包的投料量，正常控制在4-5T；熔池深度不能大于300mm，防止炉底凝固不能倒出；之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液，保证后续送电顺利熔炼，这样操作就可安全连续进行生产；
4）冷却：接包吨位在4-5T，倒包结束后，冷却四小时即可脱包；待冷却到常温后，即可按不同的规格进入制砂、制粉工序；
5）将冷却后的块进行分选，剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序；
6）将制成的砂投入制粉设备中，同时配入添加剂等材料进行共磨，制成粒径小于0.045mm(45μm)的粉体；在25倍、100倍、400倍电镜下显微结构图分别见图2、6、7；
7）使用时按硅溶胶（根据工件大小，确定型号规格），与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上，使用中要始终搅拌，防止偏析，保证涂掛均匀一致；
8）本产品适用于低、中、高温蜡模使用的面层耐火材料，外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例5 耐火材料指标检测
一、将制备出的耐火材料送国家耐火材料质量监督检验中心检测，检测开始日期2019年4月18日，报告日期2019年5月16日，试样重量300g，其成分含量和性能检测结果如下表所示：
Figure 706570DEST_PATH_IMAGE001
线膨胀率结果如下：
Figure 707893DEST_PATH_IMAGE002
二、将制备的耐火材料，送中钢集团洛阳耐火材料研究院检测，检测结果如下：
1、试样经切割、磨剑、喷金后置于电镜下观察，图1、2、4、6所示为试样低倍显微结构；主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石；刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间；高倍下观察，显微结构如图3、5、7所示，除两种主晶相外，还有少量玻璃相，微量氧化锆；
2、任取几处材料，经SEM及EDAX分析后得到如表3的结果：
Figure 423487DEST_PATH_IMAGE004
3、经XRD分析，测试条件为：CuK α；λ=1.541A；45Kv，40mA；得到的结果如下：
该样品以莫来石为主，含量50~60%；其次为刚玉，含量30~40%；单斜氧化锆，含量1~3%（图8）；
4、实施例1~3制备的耐火材料的理化特性
1）耐火材料比重为3.l0g/cm3，照比锆英砂（比重4.20g/cm3）轻1.10 g/cm3；
2）照比天然矿石杂质含量少而且可控，没有波动，将铸产品的麻点少；
3）耐火度高(1800℃)，适合于高温金属的浇铸；
4）透气件好，干燥速度快，节省能源，缩短了产品的生产周期；
5）流平性好，保证了产品的盲孔，棱角的几何形状；
6）热导率大，线膨胀系数小，线膨胀系数为5×10-6，减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生；
7) 由于设计配料合理，主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石；刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间；除两种主晶相外，还有少量玻璃相，微量氧化锆；易脱模，不粘结，粘砂少，保证了精铸产品的光洁度。
因为耐火材料用的高等级矿石越来越贫乏，不会再生，所以采用这种人工合成的耐火材料可以替代一些贫乏的矿源；而且材料纯度高，用量比例少，所以对生态环境是起到一个很大的保护作用。

Claims (7)

1.精铸蜡模的面层耐火材料，它是由下述方法制备的：
按质量百分比，工业氧化铝76~85％、脉石英11~18％、锆英砂3~6％，混匀，2100~2300℃冶炼，粉碎，研磨；
所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼，用三根起弧棒（2）在炉底摆成与三相电极相对应的星型，电极与起弧棒（2）压实后在星点处放置碳粒，再在碳粒上面放氧化铝粉，待电流升至正常值后，原料缓慢投入，保证电压电流的额定值；所述的碳粒和氧化铝粉的质量比为0.9~1.1:200；
准备倒包时熔池深度不能大于300mm，倒炉时电极圆范围内保留50mm熔液。
2.根据权利要求1所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的工业氧化铝含量≥99％、脉石英含量为99％，锆英砂含量＞66％。
3.根据权利要求2所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的工业氧化铝76~80％、脉石英15~18％、锆英砂4~6％。
4.根据权利要求3所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的工业氧化铝76％、脉石英18％、锆英砂6％。
5.根据权利要求4所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的碳粒和氧化铝粉的质量比为1:200。
6.根据权利要求5所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的起弧棒（2）为碳棒，所述的电极为石墨电极。
7.根据权利要求6所述的精铸蜡模的面层耐火材料，其特征在于：所述的精铸蜡模的面层耐火材料的粒径小于0.045mm。
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