CN101195146A - 粉煤灰铸造涂料 - Google Patents

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本发明属于铸造技术领域，涉及的是一种粉煤灰铸造涂料，提供了一种将煤炭燃烧后的固体废弃物粉煤灰作为耐火骨料制备一种用于各种有色合金及铸铁件砂型(芯)的铸造涂料。该涂料是由以下重量配比的原料制成：以wt20－100％粉煤灰与wt0～80％的耐火粉料作为耐火骨料，并配以常规量的悬浮剂、粘结剂、增稠剂和载液制造铸造涂料。本发明的有益效果是，本发明提供了一种粉煤灰二次利用废弃物的途径，将原状粉煤灰加工成可用于铸造涂料的耐火骨料粒度；制成的粉煤灰铸造涂料，可以适用于各种不同的铸件，涂层表面强度、涂层高温抗裂性、发气量等性能优良，符合铸造的各种要求。

Description

粉煤灰铸造涂料
(一)技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及的是一种粉煤灰铸造涂料，提供了一种将煤炭燃烧后的固体废弃物粉煤灰作为耐火骨料制备一种用于各种有色合金及铸铁件砂型(芯)的铸造涂料。
(二)背景技术
粉煤灰是指煤炭在锅炉中燃烧后的固体残留物，其主要来源是大、中型火电厂的煤粉发电锅炉和城市集中供热的粉煤锅炉。由于煤炭在我国能源消耗中占主导地位，每年将产生大量的粉煤灰。目前，粉煤灰主要的处理方式是湿排堆放，危害非常大：一是占用土地和浪费水资源；二是污染大气；三是污染地表和淡水资源等。为了可持续发展，需要对粉煤灰进行废物利用，主要途径有：生产建筑材料：水泥原料、烧结砖、烧结陶粒、耐火砖等；用于建筑施工：混凝土、砂浆、灌浆材料等；用于筑路工程；作为填筑物；改良土壤；提取有用物质等等。
铸造涂料是一种用于铸造生产的特种耐火涂料，其覆盖于砂型(芯)表面，浇铸时与铁水直接接触，起到防止铸件产生粘砂、夹砂等铸造缺陷，提高铸件表面光洁度，减少铸件清理工作量等重要作用，是一种重要的造型材料。铸造涂料主要由耐火骨料、粘结剂、悬浮剂和载液等组成。耐火骨料即耐高温的无机矿物材料，而粉煤灰的主要成分就是无机矿物材料。因而，将粉煤灰作为铸造涂料的耐火骨料是可行的。
(三)发明内容
本发明的目的在于利用粉煤灰作为耐火骨料制造一系列粉煤灰铸造涂料，提供了一种二次利用废弃物的途径，主要解决的问题在于：分析粉煤灰的成分并据此设计耐火骨料的构成；将原状粉煤灰加工成可用于铸造涂料的耐火骨料粒度；配以合适的悬浮剂、粘结剂、增稠剂和载液；通过合适的制造工艺得到性能优良的铸造涂料。
本发明的粉煤灰铸造涂料，是由以下重量配比的原料制成：以wt20-100％粉煤灰与wt0～80％的耐火粉料作为耐火骨料，并配以常规量的悬浮剂、粘结剂、增稠剂和载液制造铸造涂料。上述原料配比优选为：wt40-100％粉煤灰与wt0～60％的耐火粉料；更优选为：wt60-100％粉煤灰与wt0～40％的耐火粉料。
本发明的粉煤灰铸造涂料，所述的粉煤灰是干法收集的原状粉煤灰通过干法球磨加工成270目的粉料。
由于粉煤颗粒不同以及燃烧方式的差异，不同来源粉煤灰的粒度分布差异较大。通常，使用干法收集的原状粉煤灰80μm(180目)的筛余量约20～25％，53μm(270目)的筛余量约40～50％，为达到铸造涂料耐火骨料的使用要求，需要对原状粉煤灰进行干法球磨加工，球磨加工至53μm(270目)的筛余量约5～10％即可。主要加工设备有：球磨机、选粉机、提升机、除尘器、风机、输送机、转子秤等。干法球磨的工艺流程为：原状粉煤灰通过转子秤的计量，由输送机喂入球磨机中，粉磨后由提升机喂入选粉机进行分选，粗粉经过输送设备回磨再粉磨，细粉经选粉机进入除尘器收集、包装待用。
粉煤灰即煤炭中不能燃烧的矿物质，主要成分是SiO2和Al2O3，并伴有少量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3以及未完全燃烧的碳。由于煤炭的来源不同和燃烧程度的差异，其成分有所差别，粉煤灰的主要成分构成如表1所示：
                        表1粉煤灰的成分构成
  成分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   SO3   其他
  含量(％)   40～55   20～40   4～8   2～10   0～3   0～1   0～10
由于杂质成分较多，在一定程度上影响了粉煤灰的耐火度，单纯用粉煤灰作为铸造涂料的耐火骨料，只能用于有色合金及小型铸铁件，为提高其耐火度，可以配以其他耐火粉料，如石墨粉、高铝矾土粉等。
根据发明目的及上述对粉煤灰成分的分析，全部用粉煤灰作为铸造涂料的耐火骨料，生产出的涂料可以用于各种有色合金件及中小型铸铁件。为提高骨料的耐火度及增加铸件表面的光洁度，可以加入不同比例的石墨粉，包括土状石墨粉和鳞片石墨粉，生产出的涂料可以用于大中型铸铁件。为改善铸造厂的工作环境，可以在骨料中加入不同比例的高铝矾土粉，生产出来的白涂料可以用于各种铸铁件。
本发明所述的粉煤灰铸造涂料所用载液可以为水或醇。当载液为水时，可以是软水、自来水或地下水；当载液为醇时，可以是甲醇、乙醇和异丙醇的一种以上的混合物。
本发明所述的粉煤灰铸造涂料所用悬浮剂为钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土和凹凸棒土中的一种以上的混合物，其中所述的有机膨润土仅用于载液为醇类时，且有机膨润土用二甲苯进行引发。
为使铸造涂料在烘干或燃烧后具有足够的强度，需要加入适量的粘结剂；为保证铸造涂料具有足够的悬浮性和抗板结性能，需要加入适量的增稠剂，而粘结剂和增稠剂的种类因载液不同而不同。当所述的粉煤灰铸造涂料所用载液为水时，粘结剂为水溶性酚醛树脂、白乳胶和聚乙烯醇中的一种以上的混合物，增稠剂为聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠中的一种以上的混合物。当所述的粉煤灰铸造涂料所用载液为醇时，粘结剂为醇溶性酚醛树脂、松香的一种或两种的混合物，增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛。
当完成本发明所述的粉煤灰铸造涂料的所有成分配比后，通过完成涂料的制造工艺过程，即可得到一种性能优异的铸造涂料。本发明的涂料制造工艺过程为：将部分载液、悬浮剂、粘结剂、增稠剂通过胶体磨研磨15min，在加入耐火骨料研磨15min，然后将上述物料加上剩余部分载液置入涂料搅拌釜中搅拌1h。
本发明所述的粉煤灰铸造涂料具有优异的技术性能，如表2所示。
         表2粉煤灰铸造涂料技术性能指标
  测试项目   指标
  外观   均匀液体
  粘度(Φ4粘度杯，s)   15～18
  悬浮性(醇基2h，水基24h，％)   ≥98
  涂层厚度(mm)   0.2～2
  渗透性(mm)   1～2
  涂层外观(烘干或点燃)   均匀一致，无裂纹、气孔，不起泡
  涂层表面强度(g/min)   0.5～2
  涂层高温抗裂性   一级
  发气量(850℃，mL/g)   ≤20
本发明的有益效果是，本发明提供了一种粉煤灰二次利用废弃物的途径，将原状粉煤灰加工成可用于铸造涂料的耐火骨料粒度；制成的粉煤灰铸造涂料，可以适用于各种不同的铸件，涂层表面强度、涂层高温抗裂性、发气量等性能优良，符合铸造的各种要求。
(四)具体实施方式
实施例1醇基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰锂基膨润土有机膨润土聚乙烯醇缩丁醛醇溶性酚醛树脂甲醇、乙醇或异丙醇   100320.25360
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金和中小型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例2醇基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰土状石墨粉鳞片石墨粉锂基膨润土有机膨润土聚乙烯醇缩丁醛醇溶性酚醛树脂甲醇、乙醇或异丙醇   7020103.51.50.33.570
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金、大中型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例3醇基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰高铝矾土粉锂基膨润土凹凸棒土聚乙烯醇缩丁醛醇溶性酚醛树脂松香树脂甲醇、乙醇或异丙醇   65353.520.22.5155
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金、大中型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例4水基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰钠基膨润土锂基膨润土羧甲基纤维素钠水溶性酚醛树脂水   1002.52.50.22.560
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金和中小型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例5水基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰土状石墨粉鳞片石墨粉钠基膨润土锂基膨润土羧甲基纤维素钠聚乙烯醇水   652015230.25265
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金、大中型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例6水基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰高铝矾土粉锂基膨润土凹凸棒土聚丙烯酰胺白乳胶水   60402.51.50.2355
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金、大中型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例7醇基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰高铝矾土粉锂基膨润土凹凸棒土聚乙烯醇缩丁醛醇溶性酚醛树脂松香树脂甲醇、乙醇或异丙醇   40603.520.22.5160
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金、大中型铸铁件的砂型铸造生产的要求。
实施例8水基粉煤灰铸造涂料
  成分   重量配比
  粉煤灰高铝矾土粉钠基膨润土锂基膨润土羧甲基纤维素钠水溶性酚醛树脂水   20802.52.50.22.560
应用范围：该涂料可以达到各种有色合金和中小型铸铁件的砂型铸造生产的要求。

Claims (9)

1.一种粉煤灰铸造涂料，其特征在于是由以下重量配比的原料制成：以wt20-100％粉煤灰与wt0～80％的耐火粉料作为耐火骨料，并配以常规量的悬浮剂、粘结剂、增稠剂和载液制造铸造涂料。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于所述原料配比为：wt40-100％粉煤灰与wt0～60％的耐火粉料。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于所述原料配比为：wt60-100％粉煤灰与wt0～40％的耐火粉料。
4.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：所述的粉煤灰是干法收集的原状粉煤灰通过干法球磨加工成270目的粉料。
5.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：所述的耐火粉料是土状石墨粉、鳞片石墨粉和高铝矾土粉的一种以上的混合物。
6.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：所述的悬浮剂为钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土和凹凸棒土中的一种以上的混合物。
7.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：当所述的载液为醇类时，所述的粘结剂为醇溶性酚醛树脂、松香的一种或两种的混合物，增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛。
8.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：当所述的载液为水时，所述的粘结剂为水溶性酚醛树脂、白乳胶和聚乙烯醇中的一种以上的混合物，增稠剂为聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠中的一种以上的混合物。
9.根据权利要求1、2或3所述的粉煤灰铸造涂料，其特征在于：所述的醇类为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种以上的混合物。
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