本發(fā)明屬于金屬鑄造用耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種鑄造用特種澆道管及其制備方法。

背景技術(shù)：

耐火材料是熱工領(lǐng)域的基礎(chǔ)性材料，廣泛用于水泥、玻璃、陶瓷、金屬冶煉等行業(yè)。在鋼鐵冶煉中，除冶煉高溫熔爐使用耐火材料外，還在鑄造中使用一種耐火材料澆道管，通常稱之為陶瓷澆道管或陶管。這種澆道管實(shí)際上是介于耐火材料和陶瓷之間的中間產(chǎn)品：若稱其為耐火材料，卻按照陶瓷的燒成工藝制備而成；若稱其為陶瓷，但原料選擇和使用卻完全符合耐火材料。所以，這種澆道管實(shí)際上是一種特殊的耐火材料質(zhì)陶瓷澆道管。

目前在金屬鑄造中使用的陶瓷澆道管有多種，包括國(guó)產(chǎn)的和進(jìn)口的。因各種澆道管的化學(xué)礦物組成存在著較大差異，所以使用性能也有較大不同?，F(xiàn)有市售澆道管一般采用高鋁質(zhì)熟料加結(jié)合粘土制成，采用的制備工藝一般為以下流程：原料熟料破粉碎→篩分分級(jí)→按配方和顆粒級(jí)配配料→混料制成可塑性泥料→練泥→陳腐→可塑法擠管成型→干燥→燒成。

現(xiàn)有陶管在實(shí)際使用中的主要問(wèn)題有：粘連、脫片、開(kāi)裂、耐火度不高等，而且正是由于這些問(wèn)題使現(xiàn)有陶管幾乎不太適用于高端鑄造。分析其主要原因之一是：現(xiàn)有陶管制品中的莫來(lái)石礦相含量普遍不高，而石英礦相等雜相較多所造成。還與原料的選擇和使用以及制品制備工藝密切關(guān)系。

莫來(lái)石(mullite)是al2o3-sio2二元系統(tǒng)相圖中唯一穩(wěn)定的固溶體結(jié)晶硅酸鋁，其化學(xué)組成范圍為3al2o3·2sio2～2al2o3·sio2，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，莫來(lái)石質(zhì)耐火材料具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和特有的化學(xué)機(jī)械性能，如機(jī)械強(qiáng)度高，耐火度高，高溫下抗酸性渣侵蝕性強(qiáng)，以及耐高溫荷重性、抗剝落性和抗熱震性等都較高，因而以高莫來(lái)石相含量作為高品質(zhì)耐火材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鑒于此因，提高現(xiàn)有陶管制品中的莫來(lái)石相含量就成為迫切需要解決的問(wèn)題之一。

引起現(xiàn)有陶管主要問(wèn)題及不適合高端鑄造的另一主要原因是氣孔率高且氣孔分布不均勻。這一因素直接造成制品體積密度不高、機(jī)械強(qiáng)度較低、抗剝落性和抗熱震性變差。究其原因主要與現(xiàn)有陶管的配合料制備工藝密切相關(guān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鑄造用特種澆道管及其制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，按照本發(fā)明的工藝技術(shù)制備的陶瓷澆道管能夠滿足高端鑄造工藝的需要。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鑄造用特種澆道管的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

步驟二：將破粉碎的鋁礬土生料進(jìn)行輕燒，制得鋁礬土輕燒料；

步驟三：按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為56～60％，sio2質(zhì)量百分比為30～34％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

步驟四：將混合料進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

步驟五：將所得配合料進(jìn)行粗練泥，粗練后泥料陳腐至少一周；對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

步驟六：將陳腐后的泥料進(jìn)行精練泥，隨后擠管成型得到成型坯體；

步驟七：將成型坯體干燥；

步驟八：將干燥后的成型坯體進(jìn)行燒成，然后隨爐冷卻即得到鑄造用特種澆道管。

進(jìn)一步地，步驟二中輕燒溫度為900～1100℃，時(shí)間為4～5h。

進(jìn)一步地，步驟四中采用雷蒙磨將混合料進(jìn)行干法共磨。

進(jìn)一步地，步驟五中采用練泥機(jī)將所得配合料進(jìn)行1～2次粗練泥。

進(jìn)一步地，步驟六中采用真空練泥機(jī)進(jìn)行精練泥。

進(jìn)一步地，步驟七中將成型坯體進(jìn)行烘干室烘干或自然干燥至含水量小于2％。

進(jìn)一步地，步驟八中采用梭式窯氧化焰對(duì)干燥后的成型坯體進(jìn)行燒成。

進(jìn)一步地，步驟八中燒成溫度為1250～1300℃，時(shí)間為3～5h。

一種鑄造用特種澆道管，采用上述的鑄造用特種澆道管的制備方法制得。

進(jìn)一步地，所述鑄造用特種澆道管的顯氣孔率為22.6～23.8％，吸水率為11.9～12.6％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

本發(fā)明提出了從原料的選擇和使用、配合料的制備以及改進(jìn)澆道管的制備工藝等方面的綜合解決方案。第一：在原料的選擇和使用上，放棄了現(xiàn)有耐火材料行業(yè)采用高鋁熟料加粘土的普遍做法，采取以下兩條措施。其一，選擇氧化鋁含量高的鋁礬土代替現(xiàn)有的焦寶石和高鋁石。氧化鋁含量越高的鋁礬土燒成制品后生成的莫來(lái)石礦相含量才能越高，這是提高制品莫來(lái)石礦相含量的最主要方式。

第二，采用鋁礬土輕燒料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁質(zhì)熟料。所謂輕燒料是指在比現(xiàn)有陶管燒成溫度低的溫度下將鋁礬土生料煅燒。大家知道，熟料的煅燒溫度一般較高，甚至遠(yuǎn)高于陶管的燒成溫度。即就是說(shuō)在陶管的燒成溫度下這些熟料實(shí)際上是“死燒料”或“過(guò)燒料”，其中的礦相結(jié)構(gòu)在陶管的燒成過(guò)程中是不會(huì)再發(fā)生太大變化的。我們的焦寶石熟料和高鋁石熟料的礦相組成，經(jīng)xrd分析與陶管礦相組成十分相似，含有較多的方石英和石英相雜相，無(wú)法制得以莫來(lái)石相為主晶相的陶管，這就是例證。采用輕燒料的好處有二，一是輕度燒結(jié)，起到熟料同樣的作用。二是輕燒活化，在陶管燒成溫度下更有利于莫來(lái)石相的生成。

本發(fā)明在配合料的制備上，采取以下三條措施。其一，嚴(yán)格按照莫來(lái)石的化學(xué)組成范圍配比配料。莫來(lái)石礦相的化學(xué)組成范圍為3al2o3·2sio2～2al2o3·sio2。只有按照這個(gè)組成范圍配料，才能確保燒成的制品中含有最高的莫來(lái)石相含量，也基本不會(huì)產(chǎn)生其它雜相礦相。其二，采用精陶的配合料做法，全部采用粒度均勻的細(xì)料配料。傳統(tǒng)的陶管采用粗中細(xì)搭配配料，這是造成氣孔率高、致密度小、易粘連等缺陷的根本原因之一。而全部采用細(xì)料配料，泥料中沒(méi)有級(jí)配的粗顆粒，可以預(yù)見(jiàn)制品的氣孔率就不會(huì)過(guò)高，更重要的是氣孔分布很均勻，結(jié)果必然是制品體密度高、機(jī)械強(qiáng)度高、抗剝落性和抗熱震性都較強(qiáng)。其三，采用共磨工藝。傳統(tǒng)的方法是將各種原料分別研磨，篩分分級(jí)，再按照配比和顆粒級(jí)配混合，制成配合料。其缺點(diǎn)是除非經(jīng)過(guò)充分練泥和陳腐過(guò)程，否則不易使配合料均勻化。而共磨法是將各種原料一起共磨，這樣在配合料制備初期就基本實(shí)現(xiàn)了均勻化，這對(duì)后續(xù)的練泥和陳腐等工序大為有益。

本發(fā)明在燒成工序采取的措施是提高燒成溫度。傳統(tǒng)陶管的燒成溫度一般在1250℃以下，這樣的燒成溫度對(duì)完全轉(zhuǎn)化莫來(lái)石并不夠。為了避免制品中不能完全轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石相而產(chǎn)生其它雜相，必須提高煅燒溫度。

由上述措施可知，本發(fā)明具有兩個(gè)顯著特點(diǎn)，一是陶管制品中莫來(lái)石相含量高，品質(zhì)好。二是制品氣孔率低，體密度高、機(jī)械強(qiáng)度高、抗剝落性和抗熱震性都較強(qiáng)。因此，按照本發(fā)明的工藝技術(shù)制備的陶瓷澆道管能夠滿足高端鑄造工藝的需要。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的樣品的xrd測(cè)試圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的樣品的sem圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種鑄造用特種澆道管的制備方法，包括以下步驟：

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到900～1100℃，保溫4～5h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為56～60％，sio2質(zhì)量百分比為30～34％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行1～2次粗練泥。粗練后泥料陳腐至少一周；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型，對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行烘干室烘干或自然干燥，使含水量小于2％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1250～1300℃，保溫時(shí)間3～5h，之后隨爐冷卻。

本發(fā)明選擇原產(chǎn)于河南的鋁礬土，該鋁礬土的主要化學(xué)成分為：al2o366.3％，sio225.5％，完全符合高氧化鋁含量的需要。在結(jié)合粘土的選擇上，本發(fā)明以具有高可塑性粘土為首選。為此選用原產(chǎn)于陜西的青坩為結(jié)合粘土，該粘土的主要化學(xué)成分為。sio267.2％，al2o326.4％，具有較強(qiáng)的可塑性。

本發(fā)明在成型方面采用了一項(xiàng)重要措施，即對(duì)厚壁管的泥料在擠管機(jī)擠管后再反向壓制成型。這項(xiàng)措施使燒成后的制品致密度和強(qiáng)度大為提高。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到1000℃，保溫4h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為56.8％，sio2質(zhì)量百分比為32％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行2次粗練泥。粗練后泥料陳腐一周；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型。對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行烘干室烘干，含水量為1.9％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1280℃，保溫時(shí)間4h，之后隨爐冷卻。

經(jīng)以上配料和制備工藝所得陶管外觀為淺橘黃色，主晶相為莫來(lái)石相，顯氣孔率23.8％，吸水率12.2％，符合高端鑄造用陶管的要求。

由圖1可見(jiàn)，本實(shí)施例制備的樣品的主晶相為莫來(lái)石相，峰形尖銳，峰強(qiáng)度高。其次，在礦相組成中還有一些剛玉相。剛玉相是高質(zhì)量陶管所需要的礦相，具有耐火度高、強(qiáng)度高、抗熱沖擊性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而也是本發(fā)明陶管所需要的礦相。在圖1中還可以看到有極少量方石英礦相的衍射峰，這是殘存石英相轉(zhuǎn)化為方石英相的標(biāo)志，表明煅燒效果良好。

從圖2可以看出，本實(shí)施例制備的樣品中莫來(lái)石晶體發(fā)育良好，且均勻細(xì)膩，出現(xiàn)了許多人字形莫來(lái)石晶體結(jié)構(gòu)，這是高鋁質(zhì)耐火材料中提高耐火度和強(qiáng)度的最佳礦相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到900℃，保溫5h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為56％，sio2質(zhì)量百分比為34％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行2次粗練泥。粗練后泥料陳腐10天；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型。對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行自然干燥，含水量為1.96％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1250℃，保溫時(shí)間5h，之后隨爐冷卻。

經(jīng)以上配料和制備工藝所得陶管外觀為淺橘黃色，主晶相為莫來(lái)石相，顯氣孔率23.2％，吸水率12.3％，符合高端鑄造用陶管的要求。

實(shí)施例3

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到1100℃，保溫4h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為60％，sio2質(zhì)量百分比為30％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行1次粗練泥。粗練后泥料陳腐兩周；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型。對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行烘干室烘干，含水量為1.8％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1300℃，保溫時(shí)間3h，之后隨爐冷卻。

經(jīng)以上配料和制備工藝所得陶管外觀為淺橘黃色，主晶相為莫來(lái)石相，顯氣孔率22.6％，吸水率12.5％，符合高端鑄造用陶管的要求。

實(shí)施例4

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到950℃，保溫5h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為57.6％，sio2質(zhì)量百分比為31.5％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行2次粗練泥。粗練后泥料陳腐12天；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型。對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行自然干燥，使含水量為1.8％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1290℃，保溫時(shí)間4h，之后隨爐冷卻。

經(jīng)以上配料和制備工藝所得陶管外觀為淺橘黃色，主晶相為莫來(lái)石相，顯氣孔率22.6％，吸水率11.9％，符合高端鑄造用陶管的要求。

實(shí)施例5

1、將鋁礬土生料和結(jié)合粘土青坩分別破粉碎至過(guò)100目篩；

2、將破粉碎的鋁礬土生料加熱到1050℃，保溫4h，制得鋁礬土輕燒料；

3、按照目標(biāo)產(chǎn)品中al2o3質(zhì)量百分比為58.2％，sio2質(zhì)量百分比為32.8％的比例設(shè)計(jì)配方，并分別稱取鋁礬土輕燒料和青坩粘土，混合得到混合料；

4、將混合料用雷蒙磨進(jìn)行干法共磨，共磨料過(guò)200目篩并電磁除鐵，制得配合料；

5、將所得配合料，用練泥機(jī)進(jìn)行1次粗練泥。粗練后泥料陳腐兩周；

6、將陳腐后的泥料用真空練泥機(jī)精練泥，并隨后用擠管機(jī)擠管成型。對(duì)厚壁管在擠管成型后再反向壓制成型；

7、將成型坯體進(jìn)行烘干室烘干，含水量為1.6％。

8、采用梭式窯氧化焰燒成，燒成溫度1260℃，保溫時(shí)間5h，之后隨爐冷卻。

經(jīng)以上配料和制備工藝所得陶管外觀為淺橘黃色，主晶相為莫來(lái)石相，顯氣孔率23.5％，吸水率12.6％，符合高端鑄造用陶管的要求。