CN100497261C - 一种复合熔模铸造耐火材料及其制造方法 - Google Patents

一种复合熔模铸造耐火材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合熔模铸造耐火材料，它的粒径为30-300微米，它以石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料为核心，在所述核心外有氧化铝涂层包覆，所述硅酸盐类耐火材料是高岭石类耐火材料或硅灰石。其制造方法为它通过颗粒粒径为10-250微米的石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料颗粒与铝溶胶按0.5-1.5∶1比例充分混合后，干燥造粒制得。所述干燥造粒是加热干燥后，再粉碎或者是喷雾干燥。用这种复合耐火材料配制涂料时，将有效阻止原耐火材料颗粒中可溶性离子的浸出，配制的涂料稳定性大大提高，也充分保证了浇铸铸件的质量。它将成为一种廉价，优质的熔模铸造耐火材料。

Description

一种复合熔模铸造耐火材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种耐火材料及其制造方法，尤其是一种复合熔模铸造制壳用耐火材料及其制造方法。
背景技术
耐火材料是组成熔模铸造型壳的基本材料，型壳的主要性能如高温强度、热化学稳定性、热膨胀性、透气性、脱壳性等，均受耐火材料特性的影响，因此选用质量优良、性能稳定、资源丰富的耐火材料对熔模铸造有着极其重要的意义。
根据中国铸造协会编，机械工业出版社出版的《熔模铸造手册》第200-214页介绍应用于熔模铸造型壳的耐火材料种类较多，按用途分大致可分为：型壳面层用耐火材料、型壳加固层用耐火材料、陶瓷型芯用耐火材料等三种类型。用做熔模铸造型壳面层材料的有：硅石(石英)、电熔刚玉、锆石、熔融石英、高铝矾土等。用做型壳加固层材料的有：硅石、耐火粘土、高岭石类耐火熟料、铝矾土等铝-硅系耐火材料。
现国内硅溶胶熔模铸造面层涂料用的锆石主要从澳大利亚进口，不仅需消耗大量外汇，而且价格较高，为降低铸件成本，提高经济效益，许多熔模铸造厂家和一些科研机构都在积极尝试使用新的低价耐火材料替代锆石，包括一些原用作加固层的耐火材料，如莫来粉等，但由于这类材料所含杂质较多，在配制硅溶胶涂料时，浸出的离子会影响硅溶胶涂料的稳定性，进而影响铸件质量。
熔模铸造型壳加固层用耐火材料也面临着相似的情况。例如：煤矸石粉是一种具有很好耐高温性能的耐火材料，但在许多铸造企业应用时，常会发生因杂质离子波动，浸出离子过多影响涂料稳定性，影响铸件质量的事故。
为解决该类通用耐火材料浸出离子影响涂料稳定性的问题，在通用耐火材料外包覆一层惰性涂层应该是一种可行的方法，检索到中国知识产权局1994年7月13日公开的专利文献“熔模铸造耐火材料”(公开号：CN1089159A)，该文献介绍了一种用于制作耐火铸型的改进了的耐火熔模铸造耐火材料。这种材料含有一种包括粘结剂、从莫来石和叶蜡石中选中的耐火材料、控制凝固的添加剂和以重量计的百分比含量约0.01至约0.04的硫酸盐的包覆粉料，该粉料与含有以水重量计的含约3％至6％的胶体氧化硅及以粉料重计的约至少是0.5％的氯化物盐的水基胶体氧化硅溶液一起配制成浆料。该种耐火材料对减小型壳的开裂等方面有一定的效果，但由于其含有电解质离子，在配制硅溶胶涂料时，这些离子同样会影响硅溶胶涂料稳定性，影响铸件质量。
发明内容
针对上述问题，本发明拟解决的问题是提供一种价格低廉、性能稳定、资源丰富、与硅溶胶相容性好、制造工艺简单的熔模铸造耐火材料及其制造方法，它可以直接替代锆石等现用作熔模铸造铸型的耐火材料，既保证铸件质量，又可大幅下降其制造成本。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种复合熔模铸造耐火材料，它的粒径为30-300微米，它以石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料为核心，在所述核心外有氧化铝涂层包覆。
所述复合熔模铸造耐火材料的粒径最好为40-50微米或120-180微米。
所述石英是以二氧化硅为主要成分的天然硅石，或经高温处理的硅石。
所述硅酸盐类耐火材料是高岭石类耐火材料或硅灰石。
所述高岭石类耐火材料是矸粉或莫来石或叶蜡石，高岭石类耐火材料最好是经煅烧处理过的熟料。
上述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，它通过颗粒粒径为10-250微米的石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料颗粒与铝溶胶按0.5-1.5：1比例充分混合后，干燥造粒制得。
所述干燥造粒是加热干燥后再粉碎，或者是喷雾干燥。所述铝溶胶的氧化铝重量含量为4-20％，pH值为2.0-6.0。所述硅酸盐类耐火材料是高岭石类耐火材料或硅灰石。所述高岭石类耐火材料是煤矸粉或莫来石或叶腊石。
由于采用了上述方法，在耐火材料的核心材料与铝溶胶充分混合后，核心材料颗粒吸附铝溶胶并被铝溶胶充分润湿，在混合物干燥、脱水的过程中被核心材料吸附的铝溶胶会逐步生成一层致密的无定形氧化铝涂层。由于铝溶胶胶体颗粒较小，也由于铝溶胶脱水的不可逆性，该涂层具有十分致密、稳定的性能，用这种复合耐火材料配制涂料时，将有效阻止原耐火材料颗粒中可溶性离子的浸出，配制的涂料稳定性大大提高，也充分保证了浇铸铸件的质量。
值得一提的是，由于采用了本发明技术方案，将大大拓宽原选用熔模铸造用耐火材料的范围。例如，硅灰石(主要成分是CaSiO3)由于Ca2+对硅溶胶的促凝作用，无法直接用作配制硅溶胶涂料，但采用本发明技术方案后，惰性涂层的包覆将有效消除其Ca2+浸出的影响，而考虑其良好的耐高温性(耐火度1540℃)、低的线膨胀系数(6.5×10-5℃)，它将成为一种廉价，优质的熔模铸造耐火材料。
另外，需要说明的是按本发明制得的耐火材料中会混有少量的氧化铝粉末，但在实验中发现，这些微米级和纳米级的氧化铝粉末的存在，不仅不会影响涂料和铸件质量，而且事实上它将更有利于提高耐火材料的悬浮性和涂料的稳定性，有利于制得高质量的铸件。
具体实施方式
实施例1
取氧化铝重量含量为20％、pH值为2.0的铝溶胶110克，边搅拌边加入市售粒径为10微米左右的煤矸粉100克(市售煤矸粉产品已经锻烧处理)，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，边搅拌边加热蒸发水分，至物料中观察不到液相存在时，出料，放入500℃恒温箱中，继续干燥至恒重，冷却至室温，研磨粉碎至过30微米筛过筛率不小于95％，即得到成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆的氧化铝涂层，其平均粒径约为30微米。
实施例2
取氧化铝重量含量为16％、pH值为2.5的铝溶胶50千克，边搅拌边加入市售粒径为30微米左右的煤矸粉100千克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，出料，用喷雾干燥器干燥造粒，控制喷雾干燥器出口出粉粒度在40微米左右、热风温度在600℃左右。收集喷雾干燥器出口粉体即为成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆了氧化铝涂层，其平均粒径约为40微米。
实施例3
取氧化铝重量含量为14％、pH值为3.0的铝溶胶125克，边搅拌边加入市售粒径为45微米左右的煤矸粉100克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，边搅拌边加热蒸发水分，至物料中观察不到液相存在时，出料，放入550℃恒温箱中，继续干燥至恒重，冷却至室温，研磨粉碎至过50微米筛过筛率不小于95％，即得到成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆的氧化铝涂层，其平均粒径约为50微米。
实施例4
取氧化铝重量含量12％、pH值为3.5的铝溶胶65千克，边搅拌边加入市售粒径为60微米左右的煤矸粉100千克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，出料，用喷雾干燥器干燥造粒，控制喷雾干燥器出口出粉粒度在80微米左右、热风温度在600℃左右。收集喷雾干燥器出口粉体即为成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆乐氧化铝涂层，其平均粒径约为80微米。
实施例5
取氧化铝重量含量为10％、pH值为4.0的铝溶胶140克，边搅拌边加入市售粒径为100微米左右的煤矸粉100克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，边搅拌边加热蒸发水分，至物料中观察不到液相存在时，出料，放入600℃恒温箱中，继续干燥至恒重，冷却至室温，研磨粉碎至过120微米筛过筛率不小于95％，即得到成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆了氧化铝涂层，其平均粒径约为120微米。
实施例6
取氧化铝重量含量为8％、pH值为4.5的铝溶胶80千克，边搅拌边加入市售粒径为125微米左右的煤矸粉100千克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，出料，用喷雾干燥器干燥造粒，控制喷雾干燥器出口出粉粒度在150微米左右、热风温度在600℃左右。收集喷雾干燥器出口粉体即为成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆了氧化铝涂层，其平均粒径约为150微米。
实施例7
取氧化铝重量含量为6％、pH值为5.0的铝溶胶150克，边搅拌边加入市售粒径为50微米左右的煤矸粉100克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，边搅拌边加热蒸发水分，至物料中观察不到液相存在时，出料，放入650℃恒温箱中，继续干燥至恒重，冷却至室温，研磨粉碎至过180微米筛过筛率不小于95％，即得到成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆了氧化铝涂层，其平均粒径约为180微米。
实施例8
取氧化铝重量含量为4％、pH值为6.0的铝溶胶95千克，边搅拌边加入市售粒径为250微米左右的煤矸粉100千克，加完料继续搅拌至粉料充分润湿后，出料，用喷雾干燥器干燥造粒，控制喷雾干燥器出口出粉粒度在300微米左右、热风温度在600℃左右。收集喷雾干燥器出粉体即为成品。该成品以煤矸粉为核心，其外层包覆了氧化铝涂层，其平均粒径约为300微米。
实施例9
实施例1-8中，用铝矾土替代煤矸粉，可得到以铝矾土为核心，其外层包覆的氧化铝涂层的耐火材料。由于其实施方法与实施例1-8相同，为节约篇幅，不再详细描述。
实施例10
实施例1-8中，用莫来石替代煤矸粉，可得到以莫来石为核心，其外层包覆的氧化铝涂层的耐火材料。由于其实施方法与实施例1-8相同，为节约篇幅，不再详细描述。
实施例11
实施例1-8中，用硅灰石替代煤矸粉，可得到以硅灰石为核心，其外层包覆的氧化铝涂层的耐火材料。由于其实施方法与实施例1-8相同，为节约篇幅，不再详细描述。
实施例12
实施例1-8中，用石英粉替代煤矸粉，可得到以石英粉为核心，其外层包覆的氧化铝涂层的耐火材料。由于其实施方法与实施例1-8相同，为节约篇幅，不再详细描述。
实施例13
实施例1-8中，用经煅烧处理过的叶蜡石粉替代煤矸粉，可得到以叶蜡石粉为核心，其外层包覆的氧化铝涂层的耐火材料。由于其实施方法与实施例1-8相同，为节约篇幅，不再详细描述。

Claims (10)

1、一种复合熔模铸造耐火材料，其特征在于它的粒径为30-300微米，它以石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料为核心，在所述核心外有氧化铝涂层包覆。
2、根据权利要求1所述的复合熔模铸造用耐火材料，其特征在于所述复合熔模铸造耐火材料的粒径为40-50微米或120-180微米。
3、根据权利要求1或2所述的复合熔模铸造用耐火材料，其特征在于所述硅酸盐类耐火材料是高岭石类耐火材料或硅灰石。
4、根据权利要求3所述的复合熔模铸造用耐火材料，其特征在于高岭石类耐火材料是煤矸粉或莫来石或叶蜡石。
5、前面所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于它通过颗粒粒径为10-250微米的石英或铝矾土或硅酸盐类耐火材料颗粒与铝溶胶按0.5-1.5；比例充分混合后，干燥造粒制得。
6、根据权利要求5所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述干燥造粒是加热干燥后，再粉碎。
7、根据权利要求5所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述干燥造粒是喷雾干燥。
8、根据权利要求5或6或7所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述铝溶胶的氧化铝重量含量为4-20％，pH值为2.0-6.0。
9、根据权利要求5所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述硅酸盐类耐火材料是高岭石类耐火材料或硅灰石。
10、根据权利要求9所述的复合熔模铸造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述高岭石类耐火材料是煤矸粉或莫来石或叶蜡石。
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