專利名稱：：一種粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鑄造涂料的制備，特別涉及一種粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法。
背景技術(shù)：
：鑄造涂料是覆蓋在鑄型型腔和型芯表面，以改善其表面耐火性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗金屬液沖刷性和抗粘沙性等性能的鑄造輔助材料。耐火涂料在鑄造業(yè)中有著十分重要的作用。鑄件澆注前，在鑄型表面涂敷一層耐火涂料，可有效地防止鑄件粘砂、夾砂、砂眼等缺陷，提高鑄件表面質(zhì)量，降低鑄件成本。鑄型表面涂敷涂料可以減少鑄件的清理工作量，減輕勞動，改善勞動環(huán)境。據(jù)概略的估算，鑄件清理成本約占鑄件生產(chǎn)總成本的30%，而涂敷涂料后可使鑄件的清理成本降低至15%左右，扣除約5%的涂料及其涂敷成本，所以，涂敷涂料后可使鑄件的清理成本降低10%。更重要的是，由于涂敷涂料改善了鑄件表面質(zhì)量，減少了鑄件缺陷，提高了鑄件質(zhì)量，鑄件價格得以提高，其經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。鑄造涂料經(jīng)歷了一個相當(dāng)長的歷史過程。早在4500年前，我國的鑄造工匠就已經(jīng)配制并成功的使用了鑄造涂料。直到20世紀(jì)，鑄造涂料才有了迅速發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為了提高鑄件產(chǎn)品的市場競爭力，人們開始重視鑄造涂料的研究。在涂料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面，都有了重大突破，并且各種"專利涂料"不斷出現(xiàn)。我國從80年代開始注重涂料的使用和研究，并引進(jìn)一些國外的涂料生產(chǎn)技術(shù)，各地還出現(xiàn)了一些專業(yè)化鑄造涂料生產(chǎn)廠家，開始供應(yīng)商品涂料。但我國涂料無論在品種上、質(zhì)量上和基礎(chǔ)理論的研究上與國外相比還有很大差距。大多數(shù)工廠的涂料還是自配自用，許多廠使用的涂料的質(zhì)量、工效和配置場所的勞動條件都較差。目前，鑄鐵涂料主要用石墨、石英粉、鋯英粉、高鋁礬土等耐火材料作為骨料配置涂料。選用耐火粉料應(yīng)考慮其基本性質(zhì)及特點(diǎn)，如耐火粉料的粒度和形狀；密度；耐火度；熱膨脹系數(shù)；與鑄造金屬的化學(xué)反應(yīng)性；在澆注溫度下與型砂的化學(xué)反應(yīng)性；熱傳導(dǎo)率；氣體含量；原材料的易得程度及價格；對人體健康有無危害、對環(huán)境污染程度等。在此基礎(chǔ)上，人們也在不斷尋求各種新型耐火材料，如粉煤灰、電熔莫來石粉、剛玉粉等。粉煤灰是火力發(fā)電廠煤粉燃燒后排放的固體廢料，粉煤灰鑄鐵涂料是本發(fā)明研究的重點(diǎn)。粉煤灰的化學(xué)組成、理化性質(zhì)和礦物組成上符合鑄造涂料對骨料的要求，可以用做鑄造涂料粉料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種適應(yīng)砂型鑄鐵件生產(chǎn)的粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟1)配方原料及其質(zhì)量百分比的組成A、耐火粉料耐火粉料由粉煤灰和高鋁礬土組成，其質(zhì)量百分比為粉煤灰80%，高鋁礬土20%;B、添加劑添加劑由有機(jī)膨潤土、酚醛樹脂、PVB、CMC和消泡劑組成，它們分別占耐火粉料的質(zhì)量百分比為有機(jī)膨潤土2%，酚醛樹脂3.8%，PVB:0.5%，CMC:0.3%，消泡劑0.1%;C、載液酒精，占耐火粉料的35%~45%;2)原材料預(yù)處理有機(jī)膨潤土用二甲苯調(diào)成半透明的膏狀，二甲苯的用量為有機(jī)膨潤土的510倍；CMC:用冷水浸泡化開，制成膠體狀且濃度為1%~2%的水溶液，浸泡時間在24h以上；PVB:將其溶入酒精，配成濃度為2%5%的溶液，浸泡時間在24h以上；酚醛樹脂將其溶入酒精，酒精用量為酚醛樹脂的35倍；3)混合攪拌、分散將稱量好酒精、粉煤灰、高鋁礬土粉料、消泡劑、預(yù)處理過的有機(jī)膨潤土、CMC、PVB、酚醛樹脂依次加入到攪拌機(jī)中，進(jìn)行混合、攪拌及分散,控制攪拌機(jī)的速度在6001000r/min，攪拌時間為l~2h，使涂料混合均勻。4)石開磨均化將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，并按涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度和粘度，達(dá)到涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求；5)包裝將調(diào)整好密度和粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。本發(fā)明制備的粉煤灰鑄鐵涂料，涂敷砂型(芯)表面后，點(diǎn)燃快干形成涂層，增強(qiáng)鑄型表面強(qiáng)度及抗粘砂性。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良的效果。圖1是粉煤鑄鐵鑄造涂料制備流程圖；以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。具體實(shí)施方式1、粉煤灰鑄鐵涂料可行性分析(1)粉煤灰的化學(xué)組成化學(xué)組成是粉煤灰的重要特性之一，是進(jìn)行粉煤灰鑄鐵涂料試驗(yàn)研究的主要依據(jù)。大量的研究結(jié)果表明粉煤灰的主要化學(xué)成分是Si02、A1203、CaO和Fe203等。我國電廠粉煤灰化學(xué)成分的一般變化范圍如表l。表l:粉煤灰的化學(xué)成分成分Si02A1203CaOFe203MgOR20其它含量(％)33.9-59.716.5-35.40.8-10.41.5-19.70.7-1.90.8-41.2-23.6(2)粉煤灰的理化性質(zhì)粉煤灰是粉煤燃燒后由煙氣自鍋爐帶出的粉狀殘留物，是煤炭中的灰分(主要為硅、鋁、鈣、鐵等元素的無機(jī)礦物質(zhì))，在鍋爐經(jīng)歷了分解、燒結(jié)、熔融及冷卻等過程后形成的固體顆粒。粒徑在O.001mrn0.lmm之間。粉煤灰是灰白色的粉狀物，含水量大的粉煤灰呈黑色。粉煤灰的組成和性質(zhì)是由原煤的成分、燃燒的條件和處理方法等因素決定的。經(jīng)研究證明，我國粉煤灰的平均比重2.14g/cm3。(3)粉煤灰的礦物組成粉煤灰具有以硅鋁為主的化學(xué)成分，礦物相包括大量的玻璃相和礦物晶相及各種結(jié)構(gòu)類型。這主要是因?yàn)槊旱姆N類和多種礦物雜質(zhì)的存在。煤中的主要礦物包括硅酸鹽、氧化物、碳酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等。由于這些礦物的存在，在煤燃燒后而成為灰分。在灰分(粉煤灰)中，結(jié)晶相主要有石英、莫來石、云母、長石、赤鐵礦和少量方解石、鈣長石等組成?；曳志褪沁@些無機(jī)化合物的混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，通常以其軟化溫度作為它的熔點(diǎn)。根據(jù)灰分的軟化溫度，灰分可分為以下三類①易熔灰分〈120(TC;②可熔灰分1200°C1350°C;③難熔灰分〉135(TC。通過對粉煤灰的理化性質(zhì)、化學(xué)組成以及礦物組成的分析，結(jié)合對鑄造涂料粉料的要求可以看出A、在成分方面，鑄造涂料所用的骨料一般有石英粉、滑石粉、云母粉、剛玉、鋯英粉、鎂砂粉、橄欖石粉等耐火材料。而這些耐火粉料的主要成分是Si02、A1203、CaO、MgO、Zr02、Fe203等。從上面對粉煤灰的成分分析可以看出，其主要成分包括Si02、A1203、CaO、Fe203等，粉煤灰的成分與鑄造涂料骨料的成分基本相符。因而在化學(xué)成分上基本符合要求。B、在物化性質(zhì)方面，因?yàn)楝F(xiàn)在鑄造涂料所用到的粉料石英粉、剛玉粉、鋁礬土、石墨粉、鎂砂等，比重都在2.0g/cr^以上。而我國粉煤灰的平均比重為2.14g/cm3，因而滿足粉料對密度的要求。C、一般用于鑄造涂料的耐火骨料，具有比較高的耐火度，是衡量能否作為粉料的重要指標(biāo)，比如鋯石粉、剛玉類的耐火粉料。由于粉煤灰的礦物組成中，很大一部分是由莫來石相組成，而莫來石的熔點(diǎn)在190(TC以上，因而使得粉煤灰具有一定的耐火度。從粉煤灰的軟化溫度來看，如果配加一些其它耐火粉料，會使耐高溫性能進(jìn)一步提高。綜上所述，粉煤灰用于鑄造涂料粉料是可行的。2、鑄鐵涂料的基本配方如下表2所示表2:鑄鐵涂料的基本配方<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>3、用粉煤灰生產(chǎn)鑄鐵涂料的經(jīng)濟(jì)效益(1)粉煤灰制備鑄造涂料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義粉煤灰是我國主要的固體廢棄物，利用粉煤灰生產(chǎn)鑄造涂料，是實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的措施之一，也是我國倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，不僅粉煤灰資源獲得了利用，而且也防止了環(huán)境污染?，F(xiàn)在鑄鐵件常采用石墨粉涂料、石墨粉涂料雖然可以防止鑄件粘砂，但卻往往在鑄件表面上留下一層黑灰，在鑄件清砂時造成環(huán)境污染嚴(yán)重。而粉煤灰鑄鐵涂料可以改善勞動條件和環(huán)境衛(wèi)生。(2)投資小，見效快粉煤灰的價格便宜(40元/噸)，投資50萬元建廠，年產(chǎn)量可達(dá)到IOOO噸，若每噸涂料按3000元計算，銷售收入300萬元，當(dāng)年即盈利。(3)設(shè)備簡單、操作方便。4、粉煤灰鑄鐵涂料制備參見圖l，制備工序包括(1)原材料預(yù)處理有機(jī)膨潤土用二甲苯調(diào)成半透明的膏狀，二甲苯的用量為有機(jī)膨潤土的510倍；CMC(羧甲基纖維素鈉)用冷水浸泡化開，制成膠體狀且濃度為1-2%的水溶液，浸泡時間在24h以上；PVB(市售的聚乙烯醇縮丁醛樹脂或聚乙烯醇縮丁醛膠片)將其溶入酒精，配成PVB濃度為2。/。5。/。的酒精溶液，浸泡時間在24h以上；酚醛樹脂將其溶入酒精，配成酒精溶液，酒精用量為酚醛樹脂35倍。(2)混合攪拌、分散將稱量好酒精、粉煤灰、高鋁礬土粉料、消泡劑、預(yù)處理過的有機(jī)膨潤土、CMC、PVB、酚醛樹脂依次加入到攪拌機(jī)中，進(jìn)行混合、攪拌及分散。控制攪拌機(jī)的速度在600~1000r/min,攪拌時間為l~2h，使涂料混合均勻。(3)研磨均化將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，使涂料成為穩(wěn)定的體系，具有良好的懸浮能力，并按涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度、粘度等，以達(dá)到涂料標(biāo)準(zhǔn)要求。(4)裝桶(罐)將調(diào)整好粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。5、涂料制備設(shè)備(1)攪拌機(jī)容積0.3cm3，轉(zhuǎn)速可調(diào)n=1001000r/min(2)膠體磨JTM85DG型立式膠體磨，是一種超細(xì)粉碎機(jī)械，它兼有粉碎、乳化、分散、均質(zhì)、攪拌等功能。6、涂料的各項(xiàng)性能及特點(diǎn)1)適用范圍粉煤灰鑄鐵涂料適應(yīng)砂型鑄鐵件生產(chǎn)。涂料涂敷砂型(芯)表面后，點(diǎn)燃快干形成涂層，增強(qiáng)鑄型表面強(qiáng)度及抗粘砂性。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良的效果。2)涂料性能如表3所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>滲透深度涂層切開3倍砂粒直徑流平性觀察是否有刷痕較好涂層耐磨性手搔法好高溫抗裂性1200'C爆熱試驗(yàn)I級3)涂料的性能特點(diǎn)(1)涂料外觀均勻，涂料沒有腐蝕性物質(zhì)和放射性；(2)涂料具有良好的懸浮性，并且不結(jié)塊、易攪拌，不腐敗霉變;(3)粘度合適，具有良好的流淌性和流平性，在涂敷時比較容易，涂層均勻，不出現(xiàn)流淌及疊層等缺陷；(4)涂料有較高的滲透能力，滲透能力強(qiáng)，涂層不易開裂，抗粘砂能力強(qiáng)；(5)涂層點(diǎn)燃干燥良好，干燥后涂層的耐磨性好，強(qiáng)度高，沒有出現(xiàn)任何裂紋；(6)在高溫下，表面光滑無裂紋，涂料與基體之間無剝離現(xiàn)象，涂料的高溫抗裂性達(dá)到一級；(7)涂料價格便宜。7、粉煤灰鑄鐵涂料使用實(shí)施例澆注灰鑄鐵件，鑄件質(zhì)量為650kg,壁厚為20mm。采用樹脂砂型。將粉煤灰鑄鐵涂料涂敷鑄型上，型腔表面涂刷12次涂料，涂層厚度為0.5mmlmm，點(diǎn)燃干燥后，涂層無裂紋不剝落、強(qiáng)度較好。進(jìn)行澆注試驗(yàn)，澆注灰鑄鐵鑄件，澆注溫度為1350°C。鑄件清砂后輪廓清晰，沒有出現(xiàn)任何粘砂現(xiàn)象和其它缺陷，鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良。權(quán)利要求1、一種粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟1)配方原料及其質(zhì)量百分比組成A、耐火粉料耐火粉料由粉煤灰和高鋁礬土組成，其質(zhì)量百分比為粉煤灰80％，高鋁礬土20％；B、添加劑添加劑由有機(jī)膨潤土、酚醛樹脂、PVB、CMC和消泡劑組成，它們分別占耐火粉料的質(zhì)量百分比為有機(jī)膨潤土2％，酚醛樹脂3.8％，PVB0.5％，CMC0.3％，消泡劑0.1％；C、載液酒精，占耐火粉料的35％～45％；2)原材料預(yù)處理有機(jī)膨潤土用二甲苯調(diào)成半透明的膏狀，二甲苯的用量為有機(jī)膨潤土的5～10倍；CMC用冷水浸泡化開，制成膠體狀且濃度為1％～2％的水溶液，浸泡時間在24h以上；PVB將其溶入酒精，配成濃度為2％～5％的溶液，浸泡時間在24h以上；酚醛樹脂將其溶入酒精，酒精用量為酚醛樹脂的3～5倍；3)混合攪拌、分散將稱量好酒精、粉煤灰、高鋁礬土粉料、消泡劑、預(yù)處理過的有機(jī)膨潤土、CMC、PVB、酚醛樹脂依次加入到攪拌機(jī)中，進(jìn)行混合、攪拌及分散，控制攪拌機(jī)的速度在600～1000r/min，攪拌時間為1～2h，使涂料混合均勻。4)研磨均化將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，并按涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度和粘度，達(dá)到涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求；5)包裝將調(diào)整好密度和粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粉煤灰的粒度為300目和200目，各占粉煤灰總質(zhì)量的一半。全文摘要本發(fā)明公開了一種粉煤灰鑄鐵涂料的制備方法，該方法制得的鑄鐵涂料由耐火粉料、添加劑和載液組成，其中，耐火粉料由粉煤灰和高鋁礬土組成，添加劑由有機(jī)膨潤土、酚醛樹脂、PVB、CMC和消泡劑組成，載液為酒精，制備過程是將有機(jī)膨潤土、CMC、PVB和酚醛樹脂預(yù)處理，然后和其他原料在攪拌機(jī)中進(jìn)行混合、攪拌及分散，經(jīng)研磨均化并調(diào)節(jié)涂料的密度和粘度，裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。該粉煤灰鑄鐵涂料，涂敷砂型(芯)表面后，點(diǎn)燃快干形成涂層，增強(qiáng)鑄型表面強(qiáng)度及抗粘砂性。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良的效果。文檔編號B22C3/00GK101602088SQ20091002330公開日2009年12月16日申請日期2009年7月13日優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日發(fā)明者劉明華,華建社,袁啟奇,趙小龍申請人:西安建筑科技大學(xué)