CN101905309B - 一种旋流器沉沙咀的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋流器沉砂咀的制备工艺，将粘结剂和助渗剂加入到陶瓷颗粒中，混合搅拌均匀后，制成预制型块，将预制型块铺设在常规旋流器沉砂咀铸型腔内，再浇铸入基体金属液，室温下冷却至金属液凝固后，脱型、清理，即得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。陶瓷颗粒具有很高的硬度，一般是传统金属耐磨材料硬度的8～10倍，因此复合到旋流器沉沙咀工作面后，能够成为良好的抗磨硬质相，且硬质相不易脱落，再加上基体金属的塑韧性和抗疲劳性，完全能抵制物料在旋流器沉沙咀内表面运动时对旋流器沉沙咀的切削和凿削，提高旋流器沉沙咀的使用寿命。本发明工艺参数可控性强，加工操作方便，便于工业化大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋流器沉沙咀的制备工艺，属于矿山机械设备设计与制造技术领域。
背景技术
旋流器是在回转流中利用离心力进行分级、分离的设备，可以用来完成液体澄清、固相颗粒洗涤、液体除砂、固相颗粒分级与分类，以及两种非互溶液体的分离。在旋流器的开发和应用中，如何减少停工检修次数和时间，降低运行成本，一直是人们普遍关注的重要课题。旋流器运行时，固-液二相流做强烈的旋转运动，在二相流剧烈的冲刷下，旋流器内壁面极易被磨损，特别是底部的沉沙咀，由于受下沉的粗大矿料的剧烈冲击和磨损，不仅缩短了沉沙咀的使用寿命，增加停工检修次数和时间，而且会因关键部位的尺寸因受冲击、磨操而发生改变，从而导致底流量改变，恶化运行效果。因此旋流器底部的沉沙咀对耐磨性和抗冲击性要求较高，一般采用高性能耐磨材料做内衬。现有制作沉沙咀内衬的材料有合金铸铁、陶瓷和聚氨酯材料。其中，合金铸铁的内衬耐磨性较差，使用寿命较短；陶瓷内衬重量轻，耐磨性也较好，但由于陶瓷是脆性材料，容易在运输、安装、使用过程中受冲击而发生碎裂报废，在运行过程中受到大尺寸物料冲击的情况下，会因陶瓷内衬的碎裂而堵塞旋流器出口，另外陶瓷内衬需要经过高温烧结，生产工艺复杂、质量不稳定；聚氨酯内衬因其重量轻、成形性好、耐腐蚀性和耐磨性较高而在近年来有所应用，但使用中发现，聚氨酯内衬在输送细小颗粒的物料时，使用效果比较好，但当物料中存在大颗粒尖锐棱角的颗粒时，会因固-液二相流的高速运动，而遭受高应力冲击，从而导致聚氨酯内衬变形，甚至成片撕裂，因而不但影响旋流器的分级、分离效果，而且严重时碎片还会堵塞旋流器，从而造成停产。综上所述，目前所见的材料还无法满足旋流器沉沙咀对强度、韧性、耐磨性、耐腐性、易加工性各方面的综合性能要求，只有开发出新型的复合材料来生产旋流器沉沙咀，才能满足选矿行业对旋流器沉沙咀的生产实际需要。
发明内容
为克服现有旋流器沉沙咀耐磨性差、易碎、易变形等问题，本发明的提供一种旋流器旋流器沉砂咀的制备工艺，以实现旋流器沉沙咀能承受强烈磨损和冲击。
本发明通过下列技术方案实现：一种旋流器旋流器沉砂咀的制备工艺，其特征在于经过下列步骤：
A.选用硬质陶瓷颗粒作为抗磨硬质相，加入粘结剂和助渗剂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将A中所得预制型块铺设在常规旋流器旋流器沉砂咀铸型腔内；
C.按常规熔化基体金属后，将金属液浇入步骤B的铸型腔内；
D.室温下冷却金属液至凝固后，取出铸件，清砂处理，得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。
所述A步骤的硬质陶瓷颗粒由碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨中的一种或几种构成，粒径为20～80目。
所述A步骤的粘结剂为呋喃树脂，添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的2～5％。
所述A步骤的助渗剂为硼砂，添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的0.5～1.5％。
所述B步骤预制型块沿旋流器沉沙咀铸型腔内的锥面铺设一周，铺设的厚度为2～10mm。
所述基体金属为铸钢或铸铁。
本发明利用基体金属的热作用使粘结剂气化排出，以上基体金属液充满在陶瓷颗粒间隙中，从而在陶瓷颗粒与基体金属间发生微量的溶解和扩散，使两者间形成良好的冶金结合，构成了耐磨性与强韧性良好匹配的旋流器沉沙咀。
本发明具有以下优点：
1、由于碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨等陶瓷颗粒具有很高的硬度，一般是传统金属耐磨材料硬度的8～10倍，因此复合到旋流器沉沙咀工作面后，能够成为良好的抗磨硬质相，以抵制物料在旋流器沉沙咀内表面运动时对旋流器沉沙咀的切削和凿削，提高旋流器沉沙咀的使用寿命。
2、粘结剂呋喃树脂在基体金属浇铸瞬间，可防止硬质陶瓷颗粒溃散，而在浇铸完成后，呋喃树脂在基体金属液高温作用下气化并从铸型排出，从而在硬质陶瓷颗粒间隙中充入基体金属，对陶瓷颗粒实现良好的支撑作用，由于高温下陶瓷颗粒表面发生微量溶解和原子扩散，因此与基体金属具有很强的结合力，避免了旋流器沉沙咀使用时在高频冲击载荷下陶瓷颗粒发生脱落。
3、助渗剂硼砂促进基体金属对陶瓷颗粒间的渗透，并在瞬间溶解在金属液中，从而降低基体金属对陶瓷颗粒的浸润效果，使陶瓷颗粒与基体金属间发生冶金反应，提高界面结合力，不需要再外加负压吸铸等复杂工艺。
4、硬质陶瓷颗粒与基体金属复合层的厚度可根据实际工况条件需要，在2～10mm范围内进行自由设计，实现对旋流器沉沙咀生产成本的控制。
本发明的工艺简单，可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于工业化大规模生产。生产出的旋流器沉沙咀能够满足各种磨损、冲击等复杂工况，既具有基体金属的强度和韧性，又有陶瓷硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受冲击力和强烈磨损，具有很高的性价比。
附图说明
图1是旋流器沉沙咀制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
A.选用粒径为40目的碳化钨颗粒500g作为抗磨硬质相，加入15g呋喃树脂和5g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将步骤A所得预制型块沿常规旋流器沉沙咀铸型腔内的锥面铺设一周，铺设厚度为6mm；
C.把常规熔炼好的铸钢液，浇入步骤B所述的旋流器沉沙咀铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却金属液至凝固后，取出铸件，清砂处理，得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。
实施例2
A.选用粒径为20目的碳化硅、碳化钛颗粒600g作为抗磨硬质相，加入12g呋喃树脂和9g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将步骤A所得预制型块沿常规旋流器沉沙咀铸型腔内的锥面铺设一周，铺设厚度为2mm；
C.把常规熔炼好的铸铁液，浇入步骤B所述的旋流器沉沙咀铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却金属液至凝固后，取出铸件，清砂处理，得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。
实施例3
A.选用粒径为80目的氮化钛、碳化钨颗粒400g作为抗磨硬质相，加入20g呋喃树脂和2g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将步骤A所得预制型块沿常规旋流器沉沙咀铸型腔内的锥面铺设一周，铺设厚度为10mm；
C.把常规熔炼好的铸铁液，浇入步骤B所述的旋流器沉沙咀铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却金属液至凝固后，取出铸件，清砂处理，得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。
Claims (6)
1.一种旋流器沉砂咀的制备工艺，其特征在于经过下列步骤：
A.选用硬质陶瓷颗粒作为抗磨硬质相，加入粘结剂呋喃树脂和助渗剂硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将步骤A中所得预制型块铺设在常规旋流器旋流器沉砂咀铸型腔内；
C.按常规熔化基体金属后，将金属液浇入步骤B的铸型腔内；
D.室温下冷却金属液至凝固后，取出铸件，清砂处理，得工作面上具有抗磨硬质相及基体金属复合层的旋流器沉沙咀。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述A步骤的硬质陶瓷颗粒由碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨中的一种或几种构成，粒径为20～80目。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述A步骤的粘结剂呋喃树脂的添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的2～5％。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述A步骤的助渗剂硼砂的添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的0.5～1.5％。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述B步骤预制型块沿旋流器沉沙咀铸型腔内的锥面铺设一周，铺设的厚度为2～10mm。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述基体金属为铸钢或铸铁。
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