專利名稱：用于熔模鑄造制殼材料球形α-氧化鋁及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于熔模鑄造制殼材料球形a -氧化鋁及制備方法。
背景技術(shù)：
熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌?，在?jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”?？捎萌勰ｈT造法生產(chǎn)的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。熔模鑄造型殼是由粘接劑、耐火材料及附加物組成的。其中耐火材料占總比重的90%以上，對型殼性能影響很大。制殼耐火材料應(yīng)使型殼有足夠的常溫強度和高溫強度，在高溫下不發(fā)生變形；有良好的透氣性、熱震穩(wěn)定性、熱化學(xué)穩(wěn)定性、脫殼性等性能。為此，制殼用耐火材料必須有足夠的耐火度、熱化學(xué)穩(wěn)定性、小而均勻的熱膨脹系數(shù)、合適的粒度，并要有利于涂料性能的穩(wěn)定。此外，作為制殼材料還應(yīng)對人體健康無害、貨源充足和質(zhì)量穩(wěn)定。目前，應(yīng)用于熔模制殼的材料有石英、電熔剛玉、鋯英砂及硅鋁系耐火材料，但這些材料在應(yīng)用方面一直存在一些不可避免缺點。石英在自然界中大多是低溫型的，且主要是以β石英存在，因此，用石英作耐火材料制得的型殼，在加熱至573°C時由β石英轉(zhuǎn)變?yōu)閍石英，這時隨著多晶轉(zhuǎn)化體積驟然膨脹，線膨脹值達1.4%，對型殼得高溫性能影響很大；另外，由于鉻、鎳、鈦、錳、鋁等合金元素在高溫下易與酸性Si02發(fā)生化學(xué)作用，造成鑄件表面麻點及粘砂缺陷，故不宜應(yīng)用于制殼材料。熔模鑄造用的白剛玉是工業(yè)氧化鋁在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫熔融、冷卻結(jié)晶成錠塊，再經(jīng)粉碎、挑選，加工篩選而 得。電熔剛玉的粒型為尖角型顆粒，其殼型的潰散性差，易造成鑄件粘砂，托殼困難，而且托殼過程產(chǎn)生大量粉塵，惡化生產(chǎn)環(huán)境。鋯英砂其分子式為ZrO2. SiO2 (或ZrSiO4)，理論組成為ZrO2為67. 23%, SiO2為32. 77%，純ZrSiO4的耐火度在2000°C以上，隨雜質(zhì)含量增加，耐火度相應(yīng)降低，高純度鋯英砂約在1540°C開始緩慢分解，1700°C時迅速分解。當含有氧化物等雜質(zhì)時分解穩(wěn)定下降；分解時析出SiO2有較大活性，能與金屬中的某些元素起化學(xué)反應(yīng)，使鑄件表面產(chǎn)生“麻點”等缺陷；鋯英砂價格昂貴且有輻射作用，長期接觸對人體健康不利。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于熔模鑄造制殼材料的球形a-氧化鋁及制備方法。本發(fā)明的球形a -氧化鋁為粒型圓整球形度彡0.9 ； a -Al2O3含量彡99% ;耐火度高為彡1960°C。本發(fā)明的一種用于熔模鑄造制殼材料的球形a -氧化鋁制備方法，步驟如下
(I)選用非球形工業(yè)氧化鋁粉通過氧氣和天然氣的高溫火焰熔融球化；(2)通過冷卻區(qū)冷卻收集；(3)顆粒分級。所述步驟(I)的非球形氧化鋁粉、氧氣和天然氣共同通過分散設(shè)備進入球化爐體內(nèi)，粉料在氧氣和天然氣燃燒過程中被高溫熔融球化。采用壓縮氧氣輸送非球形工業(yè)氧化鋁粉，天然氣、氧氣和氧化鋁粉一起通過裝燃燒器進入球化爐，如圖1、2所示，燃燒器2是由三層管道組成內(nèi)層2-1是氧化鋁粉原料通道、中層2-2是天然氣通道和外層2-3是氧氣通道，氧化鋁粉原料在天然氣和氧氣的高溫火焰中熔融，由于表面張力下落冷卻形成球形，。所述的非球形工業(yè)氧化鋁粉Al2O3含量大于98. 0%，F(xiàn)e2O3含量小于O. 05%、Na2O含量小于O. 2%ο裝有分散設(shè)備的燃燒器通過傳感設(shè)備控制給料頻率、氧氣和天然氣比例、氧氣量和天然氣量，達到充分利用燃燒能的目的。本發(fā)明利用天然氣和氧氣產(chǎn)生火焰，讓非球形氧化鋁顆粒通過火焰，非球形氧化鋁顆粒被所述的火焰熔融，在自由落體時通過表面的張力形成球形。氧氣和天然氣作為本發(fā)明的選擇是因為天然氣燃燒氣 體和氧氣助燃的火焰溫度達到2200攝氏度左右，非球形氧化鋁粉熔點在2050攝氏度，這樣既能達到熔化粉料的目的又能充分利用燃料能量。本發(fā)明的技術(shù)特點是用結(jié)構(gòu)疏松的非球形工業(yè)氧化鋁經(jīng)高溫火焰熔融球化，得到致密的球形α-氧化鋁，球形α-氧化鋁的性能特點為粒型圓整、熱膨脹性小、熱穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性高，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好、耐火度高。球形α-氧化鋁用于熔模鑄造制殼材料，給鑄件帶來的有益效果為，殼型潰散性提高、鑄件表面光潔、改善生產(chǎn)環(huán)境、對人體健康無害。


圖1為燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為球化生產(chǎn)工藝流程；圖3使用球形α -氧化鋁制殼的鑄件；圖4使用電熔剛玉制殼的鑄件。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種熔模鑄造制殼材料球形α -氧化鋁及制造方法，此材料制殼特點為涂掛性能優(yōu)良、耐火度高、脫殼性好。本發(fā)明具有特定的成分組成，成分Al2O3含量應(yīng)在98.0%以上、Fe2O3含量小于O. 05%、Na2O 含量小于 O. 2%ο本發(fā)明是以氧化鋁作為對象，但并不局限于氧化鋁，可以廣泛適用于普通的材料。本發(fā)明的特征在于使用顆粒粉末作為原料粉末，這是為了在得到顆粒粉末的階段能夠?qū)⒘６确植紝挾瓤刂频谜?，而且還能控制其粒徑。本發(fā)明使用的原料為工業(yè)氧化鋁粉。氧化鋁化學(xué)式Al2O3，分子量101. 96，礬土的主要成分。白色粉末，具有不同晶型，常見的是C1-Al2O3和Y-Al2O3，自然界中的剛玉為a -Al2O3，六方緊密堆積晶體，a -Al2O3的熔點2015±15°C，密度3. 965g/cm3，硬度8. 8，不溶于水、酸或堿。Y -Al2O3屬立方緊密堆積晶體，不溶于水，但能溶于酸和堿，是典型的兩性氧化物。工業(yè)氧化鋁是從一水鋁石、三水鋁石、鋁土礦、礬土礦等天然含鋁礦物中通過理化處理，除去其中硅、鐵、鈦等的氧化物雜質(zhì)而制得，氧化鋁含量可達98. 5%，是低溫形態(tài)的鱗片狀白色結(jié)晶，真密度為3. 42-3. 60g/cm3。將符合粒度要求的氧化鋁粉末利用高壓的氣體載體壓送至燃燒的火焰，粉粒在火焰滯留過程中被高溫熔融成球形顆粒。本發(fā)明的具體實施步驟如下1.原料一工業(yè)氧化鋁粉Al2O3含量大于98. 0%，F(xiàn)e203含量小于O. 05%、Na2O含量小于O. 2% ；2.燃氣控制器將燃氣；阻燃氧氣；壓送氧氣；空氣等進行控制，通過有制氧站和鼓風(fēng)機進入該裝置進行調(diào)控分配；3.有外網(wǎng)進入調(diào)壓站，使天然氣穩(wěn)定壓力`并計量；4.采取變壓吸附的方法，將純度約93%的氧氣，加壓到O. 2MP ；5.用空壓機產(chǎn)生O. 65-0. 75MP，經(jīng)除水過濾的高壓空氣，送入控制氣動設(shè)備使用；6.用鼓風(fēng)機產(chǎn)生風(fēng)量50m3/min靜壓9kpa供爐壁和爐其它處使用；7.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)為球化設(shè)備提供，冷卻水供給量400M3/H，供給壓力O. 3Mpa的冷卻水量；8.使用加壓的氧氣送料，將顆粒原料通過分配器送入氧氣燃燒熔融爐內(nèi)，在專用的設(shè)備中使原料改性；9.經(jīng)氧氣燃燒器處理的料，通過收集器，進入料罐；10.用旋震篩將產(chǎn)品分級；11.經(jīng)分級后的產(chǎn)品按照標準，按照比例混合，并檢測；粒型圓整球形度彡O. 9 ；α -Al203含量彡99% ;耐火度高為彡I960。。。12.經(jīng)檢測合格后，裝入噸袋，入庫。本發(fā)明所述的球形α -氧化鋁用于熔模鑄造制殼材料的具體應(yīng)用方法制殼過程的主要工序和工藝I)模組的除油和脫脂在采用蠟基模料制蠟?zāi)r，為了提高涂料潤濕模組表面的能力，需將模組表面的油污去除掉。2)在模組上涂掛涂料和撒砂涂掛涂料以前，應(yīng)先把經(jīng)過粒度級配的球形α-氧化鋁粉料，和粘結(jié)劑硅溶膠混合、攪拌，盡可能減少涂料桶中粉料的沉淀，調(diào)整好涂料的粘度和比重，以使涂料能很好地填充和潤濕熔模，涂掛時，把模組浸泡在涂料中，左右上下晃動，使涂料很好的潤濕熔模，均勻覆蓋模組表面。涂料涂好后，即可進行撒砂。3)型殼干燥和硬化每涂覆好一層殼以后，就要對它進行干燥和硬化，使涂料中的粘結(jié)劑由溶膠向凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料連接在一起。4)型殼中熔失蠟?zāi)?br> 型殼完全硬化后，需需從型殼中熔去蠟?zāi)?，成為脫蠟。根?jù)加熱方法不同，有很多脫蠟方法，用的最多的是熱水法和同壓蒸汽法。5)焙燒型殼如需造型(填砂)澆注，在焙燒前，先將脫蠟后的型殼埋在砂粒之中，再裝爐焙燒。如型殼高溫強度大，不需造型澆注，則可把脫蠟后的型殼直接送入爐內(nèi)焙燒。焙燒時逐步增加爐溫，將型殼加熱至800-1000攝氏度，保溫一段時間，即可進行澆注。實施例選用非球形氧化鋁粉原料放入料斗I中.如圖1、2所示，將天然氣、 氧氣、氧化鋁粉的接入球化爐3中，燃燒用的氧氣、天然氣和氧化鋁粉粒通過同一燃燒器2進入球化爐中，燃燒器2有內(nèi)層2-1、中層2-2、外層2-3三層構(gòu)成，其中內(nèi)層2-1接通氧化鋁粉料料斗1，中層2-2接通天然氣，外層2-3接通氧氣。本實施例中氧氣的通入量是天然氣通入量的
2.1 2. 3倍(物質(zhì)的質(zhì)量的比)。所述的球化爐3內(nèi)部空間直徑為3m,高為IOm的圓柱體，其爐壁是耐火磚砌成，在球化爐3的上端中心處接入燃燒器2，在球化爐3的上端四周開有開口，天然氣和氧氣約通過燃燒器形成l-6m長的火焰,氧化招粉粒通過上述l-6m火焰的停留時間是O. 4s。氧化鋁粉粒通過上述火焰區(qū)后被熔融，在球化爐3的下端被冷卻。在球化爐3的下端，已經(jīng)成為球形的氧化鋁被風(fēng)機通過管道吸出，進入顆粒分級收集罐4和顆粒分級收集罐5的收集后得到分級的球形氧化鋁粉。比較例實驗普通的電熔α-氧化鋁和球形α-氧化鋁的應(yīng)用性能，在相同的生產(chǎn)環(huán)境下，分別使用兩種材料制作型殼。選擇同樣的蠟?zāi)＃M行涂掛，比較兩者的涂掛性能，球形α-氧化鋁的涂掛更加均勻、致密，由于不同大小球形材料堆積致密性好于同樣粒度的尖角型材料，尖角形顆粒的堆積的空隙率高；球形顆粒之間的摩擦力阻力遠小于尖角形顆粒之間的摩擦阻力，所以，球形材料漿料相比尖角形材料漿料的流動性、均勻性更好。撒砂、干燥后，進行脫蠟、焙燒、澆注，冷卻脫殼后，比較使用電熔α-氧化鋁和球形α-氧化鋁兩種材料制作的型殼，脫殼后鑄件的情況。如(圖3)和(圖4)所示，使用球形α-氧化鋁制作的型殼脫殼性能明顯好于電熔α-氧化鋁制作的型殼，前者生產(chǎn)的鑄件表面光潔，無粘砂現(xiàn)象；后者粘砂現(xiàn)象嚴重。
權(quán)利要求
1.一種用于熔模鑄造制殼材料的球形α-氧化鋁，其特征是球形α-氧化鋁為粒型圓整球形度彡O. 9 ；a -Al2O3含量彡99% ;耐火度高為彡1960°C。
2.權(quán)利要求1的用于熔模鑄造制殼材料球形α-氧化鋁的制備方法，其特征是步驟如下 (1)選用非球形工業(yè)氧化鋁粉通過氧氣和天然氣的高溫火焰熔融球化； (2)通過冷卻區(qū)冷卻收集； (3)顆粒分級。
3.如權(quán)利要求2所述的球形α-氧化鋁制備方法，其特征是所述步驟(I)的非球形氧化鋁粉、氧氣和天然氣共同通過分散設(shè)備進入球化爐體內(nèi)，粉料在氧氣和天然氣燃燒過程中被高溫熔融球化。
4.如權(quán)利要求2所述的球形α-氧化鋁制備方法，其特征是采用壓縮氧氣輸送非球形工業(yè)氧化鋁粉，天然氣、氧氣和氧化鋁粉一起通過裝有分散設(shè)備的燃燒器進入球化爐，燃燒器是由蜂窩狀的管道組成，每個管道分為三層氧化鋁粉和氧氣混合層、天然氣層和氧氣層，氧化鋁粉在天然氣和氧氣的高溫火焰中熔融，由于表面張力形成球形，下落冷卻。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的非球形工業(yè)氧化鋁粉Al2O3含量大于98. 0%, Fe2O3 含量小于 O. 05%、Na2O 含量小于 O. 2%。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是裝有分散設(shè)備的燃燒器通過傳感設(shè)備控制給料頻率、氧氣和天然氣比例、氧氣量和天然氣量，達到充分利用燃燒能的目的。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是氧氣和天然氣在球化爐中燃燒，其火焰溫度在2200°C，正好可以使熔點為2050°C攝氏度的氧化鋁原料熔融。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熔模鑄造制殼材料球形α-氧化鋁及制備方法。球形α-氧化鋁為粒型圓整球形度≥0.9；α-Al2O3含量≥99%；耐火度高為≥1960℃。選用非球形工業(yè)氧化鋁粉通過氧氣和天然氣的高溫火焰熔融球化；通過冷卻區(qū)冷卻收集；進行顆粒分級。本發(fā)明的技術(shù)特點是用結(jié)構(gòu)疏松的非球形工業(yè)氧化鋁經(jīng)高溫火焰熔融球化，得到致密的球形α-氧化鋁，球形α-氧化鋁的性能特點為粒型圓整、熱膨脹性小、熱穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性高，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好、耐火度高。球形α-氧化鋁用于熔模鑄造制殼材料，給鑄件帶來的有益效果為，殼型潰散性提高、鑄件表面光潔、改善生產(chǎn)環(huán)境、對人體健康無害。
文檔編號C04B35/66GK103030409SQ201210485569
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月25日
發(fā)明者高念 申請人:天津澤希礦產(chǎn)加工有限公司