CN103130523A - 冒口材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冒口材料及其生产方法，属于冒口材料技术领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种适用于大型铸件使用的冒口材料。本发明冒口材料，由如下重量份的组分制备而成：骨料30～95份，粘结剂0.5～2份，发泡剂5～25份，助剂0.01～1.5份组成；其中，所述的骨料为兰晶石、氧化铝微粉、高岭土、SiO₂微粉中至少一种；所述的粘结剂为硅酸乙酯、羧甲基纤维素、木植素磺酸钙、糊精、聚乙烯醇、酚醛树脂中至少一种；所述的发泡剂为锯末、聚苯乙烯空心球、炭粉、稻谷壳、氯化铵中至少一种；所述的助剂为三氟化铝、氟硅酸铝中至少一种。

Description

冒口材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及冒口材料及其生产方法，属于冒口材料技术领域。

背景技术

冒口对铸件的作用长期以来受到铸造领域的高度重视，其保温补缩性能的优劣不仅关系到铸件的顺序凝固，而且关系到铸件的质量、铸件工艺成品率，补缩钢水利用率的高低等。但大型铸件特别是大型轧钢机牌坊等特大型铸钢件用冒口一直存在种种问题不能满足工艺技术的要求。由于特大型铸钢件的热负荷高，当这些冒口与钢水接触后烧损、变形、达不到保温补缩等目的。冒口材料类型繁多，主要分为纤维型、膨胀珍珠岩型、微珠型等；冒口的几何形状为套型和球型。如：申请号为CN86100068，发明名称为“球形保温冒口套”的申请中公开了用耐火纤维、镁砂粉作骨料，酚醛树脂作粘结剂鸟洛托品固化。又如：申请号为CN86205837，发明名称为“浇注钢锭及铸件用的复合绝热冒”的专利申请公开的冒口材料内层由绝热材料、漂珠、有机或无机纤维、外层由石英砂、铝钒土、镁砂、有机或无机纤维，粘结剂为水玻璃或酚醛树脂。再如：申请号为CN200510060987.7，发明名称为“纤维复合型保温冒口套”的专利申请公开了由石英砂、硅酸铝纤维、矿棉、纸碎屑作原料淀粉作粘结剂。上述专利申请中公开的冒口材料，用其制作中小型铸件冒口可以满足产品技术要求，但用作特大型铸钢件就会出现问题。

如这些冒口中使用的漂珠，它的壁厚仅为珠径3～10%，1100℃开始析晶，缩小，珠壁增厚，1200℃珠体变形，析晶明显，珠粒相互粘连，1300℃熔融加剧，漂珠已不是空心微珠，而是20%体积的非晶相，80%体积的空腔，这时它就不具有保温效果了。针对这些问题也有人提出另外的冒口技术方案。如申请号为CN00118924.7，发明名称为“挤压冒口补缩的铸造方法”的专利申请公开了一种根据铸造铸件的体积收缩，计算补缩所需金属量的方法。其设计的浇冒系统，使浇口的容积与所需补缩的金属体积相等产，浇口同时也是冒口，预热铸型，加压，用50～200MPa的压力对浇口中的金属施压，很明显这种方法对特大型铸钢件不适用。

现有技术中的冒口套或球形冒口不能满足特大型铸钢件的生产技术要求，其它同类产品同样也存在不可克服的技术问题。如绝热保温板、绝热保温砖等。虽然这些板或砖均由保温、发热或绝热耐火材料组成。具有较低的导热系数、重烧线变化率、化学成分以氧化铝、氧化硅为主，相组成为刚玉、莫来石等。如申请号为CN200410016190.2，发明名称为“利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温材料的方法”公开了用铝型材厂工业污泥脱水烘干，经1200～1350℃轻烧形成污泥熟料，与粘土、发泡塑料球制作出轻质莫来石保温材料；又如请号为CN200410006302.6，发明名称为“一种堇青石-莫来石轻质耐火砖及其制作方法”公开了由煤矸石、菱苦土、塑料小球等为原料实现其技术方案的；申请号为CN200610018297.X，发明名称为“一种轻质隔热耐火砖的制备方法”的专利申请公开了由粘土熟料或高铝熟料或刚玉莫来石与生粘土、聚苯乙烯球一类的发泡材料混炼后成型自然干燥。申请号为CN200710052470.2，发明名称为“一种轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法”的专利申请公开了由轻质多孔刚玉或刚玉-莫来石、钒土、粘土中的一种或数种与刚玉细粉、α--Al2O3微粉、莫来石细粉、耐火细粉为原料，纸浆废液、硅溶胶作粘结剂，砖的体积密度在2.4克/立方厘米。上述方法制作出的砖或板用作冒口均存在烧结、熔蚀、冒口体积变大等缺陷。

综上，目前的冒口常使铸件在最后凝固部位产生缩孔、或组织缩松。冒口补缩对缩松收效甚微，而且由于形成接触热节、物理热节，使冒口根部出现收缩缺陷、增碳严重、成分超差，降低铸件工艺成品率，浪费钢水能耗；更为严重的还会使大型铸件的中心部位出现组织疏松、晶粒粗大，机械性能下降。随着碱酚醛树脂砂在大型铸件上的普遍使用，上述问题更为突出；为了满足产品生产技术要求迫切需要保温性能更加优良、高温状态下体积稳定性好、化学性质稳定、耐钢水侵蚀、后处理方便的冒口材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于大型铸件使用的冒口材料。

本发明冒口材料，由如下重量份的组分制备而成：骨料30～95份，粘结剂0.5～2份，发泡剂5～25份，助剂0.01～1.5份组成；

其中，所述的骨料为兰晶石、氧化铝微粉、高岭土、SiO₂微粉中至少一种；所述的粘结剂为硅酸乙酯、羧甲基纤维素、木植素磺酸钙、糊精、聚乙烯醇、酚醛树脂中至少一种；所述的发泡剂为锯末、聚苯乙烯空心球、炭粉、稻谷壳、氯化铵中至少一种；所述的助剂为三氟化铝、氟硅酸铝中至少一种。

进一步的，为了提高冒口材料的性能，上述的骨料优选为按重量份兰晶石30～55份、氧化铝微粉5～10份、高岭土5～20份和SiO₂微粉5～10份组成的混合物。更进一步的，所述的骨料中的二氧化硅含量优选为45～49.5wt%，三氧化二铝含量优选为45～49.5wt%，三氧化二铁含量优选≤1wt%，钾、钠、钙、镁氧化物的含量优选≤1.5wt%；骨料中的非晶相优选占60～70wt%。

进一步的，作为优选的技术方案，本发明冒口材料由如下重量份的组分制备而成：兰晶石30～55份，氧化铝微粉5～10份，高岭土5～20份，SiO₂微粉5～10份，锯末5～20份，聚苯乙烯空心球0.2～5份，硅酸乙酯0.5～2.0份，六氟硅酸铝0.01～1.5份。

其中，上述的兰晶石优选为粒度小于30μm，兰晶石含量＞95wt%，全铁含量＜1.5wt%的微粉；所述的氧化铝微粉优选三氧化二铝含量≥98wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目；所述的SiO₂微粉优选氧化硅含量≥97wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目。

其中，上述的炭粉、氯化铵的粒度优选≥320目。

进一步的，为了提高冒口材料的性能，上述的发泡剂优选为按重量份锯末5～20份、聚苯乙烯空心球0.2～5份组成的混合物。

其中，上述的助剂优选为六氟硅酸铝。

本发明还提供了生产上述冒口材料的方法，其为：将各组分混匀，然后经过成型、干燥、焙烧、冷却，得到冒口材料成品。其中，可以采用常规的冒口材料焙烧用窑炉焙烧，如：采用梭式窑、隧道窑、地坑窑或倒焰窑焙烧。

进一步的，上述方法主要包括如下步骤：

a、按重量份将各组分加水混匀（一般情况下，加入组分总重量25～80%的水即可），得到浆料；

b、浆料倒入模具中，除水（可以采用常规方法除水，比如：真空吸滤除水），得到成型的砖坯，砖坯在室温条件下放置4～12小时，再于110℃～150℃烘干，得到含水量＜2.5wt%的坯料；

c、坯料于1150℃～1250℃焙烧1～3小时，得到冒口材料成品。

其中，上述方法的b步骤中所述的烘干方法优选为：由室温升至60℃的升温速度为10℃/小时，60℃～110℃的升温速度为15℃/小时，110℃～150℃的升温速度为10℃/小时，到150℃烘至坯料含水量＜2.5%为止。

其中，上述方法的c步骤中所述的焙烧方法优选为：先以100℃/小时的升温速度从室温升温至400℃并保温3小时，使大部分发泡材料分解气化，然后以60℃/小时的升温速度从400℃升至800℃，再以100℃/小时的升温速度升至1150℃～1250℃并保温1～3小时，使上述骨料在催化剂的作用下发生晶相转变生成95%以上的莫来石。

本发明具有如下有益效果：

①本发明冒口材料可以制作任意形状的大型、特大型铸件冒口，而现有技术的冒口形态或大小尺寸往往是固定的，用户无法按自己的想法随时改变冒口。本发明冒口材料对铸造工艺技术进步提供了材料保证。

②本发明冒口材料的热导率不大于0.15w/m.k(800℃)、耐火度高达1850℃以上、使用温度达1600℃、重烧线变化率(1000℃)不大于0.13。孔穴率大于65%，体积密度为0.45～0.50克/cm³，冒口的高温性能优良，冒口无烧结、侵蚀、胀大现象，保温性能优良，能够使铸件实现理想的顺序凝固，全面提高铸件的质量、铸件工艺成品率，提高补缩钢水利用率，显著地节约钢水数量，取得巨大的经济和社会效益。

③本发明冒口材料由于使用了具有多种功能的助剂氟硅酸铝，使骨料在高温下的熔点的晶相转变温度均大大降低，冒口材料的烧结温度也随之降低，烧结时间大大缩短，与现有技术相比烧结温度降低200℃以上，烧结时间缩短20小时左右，节能效果明显。

④本发明克服了现有技术所得的轻质砖强度差、发泡材料不容易燃烧完全、气孔大小、分布不均等缺陷。通过使用聚醚型表面活性剂使各组分混合均匀、粒子之间最大得到了限度接触、提高了烧结过程组分间的反应机率，增大了砖坯的强度，得到的冒口砖或板中封闭气孔大小一致、分布均匀；本发明中使用的氯化铵不仅具有发泡功能，而且氯化铵受热分解成盐酸蒸气与砂中的碱金属和碱土金属反应，使氧化铁与石英形成铁橄榄石的反应不易进行，避免了冒口下部严重粘砂。因为纯净的石英与氧化铁很难反应。另外，本发明冒口材料的生产方法简单、成本较低、占用场地少、生产周期短、产品合格率高、性能稳定。

具体实施方式

本发明冒口材料，由如下重量份的组分制备而成：骨料30～95份，粘结剂0.5～2份，发泡剂5～25份，助剂0.01～1.5份组成；

其中，所述的骨料为兰晶石、氧化铝微粉、高岭土、SiO₂微粉中至少一种；所述的粘结剂为硅酸乙酯、羧甲基纤维素、木植素磺酸钙、糊精、聚乙烯醇、酚醛树脂中至少一种；所述的发泡剂为锯末、聚苯乙烯空心球、炭粉、稻谷壳、氯化铵中至少一种；所述的助剂为三氟化铝、氟硅酸铝中至少一种。

进一步的，为了提高冒口材料的性能，上述的骨料优选为按重量份兰晶石30～55份、氧化铝微粉5～10份、高岭土5～20份和SiO₂微粉5～10份组成的混合物。更进一步的，所述的骨料中的二氧化硅含量优选为45～49.5wt%，三氧化二铝含量优选为45～49.5wt%，三氧化二铁含量优选≤1wt%，钾、钠、钙、镁氧化物的含量优选≤1.5wt%；骨料中的非晶相优选占60～70wt%。

进一步的，作为优选的技术方案，本发明冒口材料由如下重量份的组分制备而成：兰晶石30～55份，氧化铝微粉5～10份，高岭土5～20份，SiO₂微粉5～10份，锯末5～20份，聚苯乙烯空心球0.2～5份，硅酸乙酯0.5～2.0份，六氟硅酸铝0.01～1.5份。

其中，上述的兰晶石优选为粒度小于30μm，兰晶石含量＞95wt%，全铁含量＜1.5wt%的微粉；所述的氧化铝微粉优选三氧化二铝含量≥98wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目；所述的SiO₂微粉优选氧化硅含量≥97wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目。

其中，上述的炭粉、氯化铵的粒度优选≥320目。

进一步的，为了提高冒口材料的性能，上述的发泡剂优选为按重量份锯末5～20份、聚苯乙烯空心球0.2～5份组成的混合物。

其中，上述的助剂优选为六氟硅酸铝。

本发明还提供了生产上述冒口材料的方法，其为：将各组分混匀，然后经过成型、干燥、焙烧、冷却，得到冒口材料成品。其中，可以采用常规的冒口材料焙烧用窑炉焙烧，如：采用梭式窑、隧道窑、地坑窑或倒焰窑焙烧。

进一步的，上述方法主要包括如下步骤：

a、按重量份将各组分加水混匀（一般情况下，加入组分总重量25～80%的水即可），得到浆料；

b、浆料倒入模具中，除水（可以采用常规方法除水，比如：真空吸滤除水），得到成型的砖坯，砖坯在室温条件下放置4～12小时，再于110℃～150℃烘干，得到含水量＜2.5wt%的坯料；

c、坯料于1150℃～1250℃焙烧1～3小时，得到冒口材料成品。

其中，上述方法的b步骤中所述的烘干方法优选为：由室温升至60℃的升温速度为10℃/小时，60℃～110℃的升温速度为15℃/小时，110℃～150℃的升温速度为10℃/小时，到150℃烘至坯料含水量＜2.5%为止。

其中，上述方法的c步骤中所述的焙烧方法优选为：先以100℃/小时的升温速度从室温升温至400℃并保温3小时，使大部分发泡材料分解气化，然后以60℃/小时的升温速度从400℃升至800℃，再以100℃/小时的升温速度升至1150℃～1250℃并保温1～3小时，使上述骨料在催化剂的作用下发生晶相转变生成95%以上的莫来石。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1本发明冒口材料的生产

按重量份30份、5份、5份取兰晶石、工业氧化铝、高岭土微粉；材料混合后的化学成分：二氧化硅45.5%，含三氧化二铝46.5%，三氧化二铁不大于1%，钾、钠、钙、镁氧化物的含量不大于1.5%；骨料中的非晶相占65%；兰晶石为粒度小于30μm，兰晶石含量＞95%，全铁含量＜1.5%的微粉。工业氧化铝微粉的三氧化二铝含量≥98%，Fe2O3＜0.5%；粒度≥320目。将上述材料置于装有搅拌器的混合槽内充分搅拌10分钟后，加入硅酸乙酯2.0份、聚苯乙烯空心球0.5份、氯化铵0.01份、六氟硅酸铝1.5份，充分搅拌，再加入上述组分总重量50%的水，充分搅拌，形成混合充分均匀的浆料，往定型模具内装入浆料，将定型模具与真空管相连接，开启真空吸滤阀，使坯料中的水分通过过滤尽可能除去，取出吸滤成型的冒口砖坯（或板坯），在室温条件下放置8小时，再置于110℃～150℃的烘房内烘干，得到含水量＜2.5%的坯料。坯料在烘房中从室温以10℃/小时的速度升至60℃，然后以15℃/小时升至110℃，再以10℃/小时的速度升温至150℃，到150℃烘至坯料含水量＜2.5%为止。

将烘干后的砖坯（或板坯）放于窑架上，升温烧结，其升温的速度是按100℃/小时从室温至400℃，在400℃保温3小时，然后按60℃/小时的速度从400℃升至800℃，到800℃后，以100℃/小时的速度升至1150℃～1250℃，保温3小时。停止加热使其自然冷却，待砖坯（或板坯）降至室温后从窑中取出即可作为大型、特大型铸件冒口材料。

实施例2本发明冒口材料的生产

按重量份55、10、5取兰晶石、SiO2微粉、高岭土微粉；材料混合后的化学成分为：含二氧化硅49.1%，含三氧化二铝46%，三氧化二铁不大于1%，钾、钠、钙、镁氧化物的含量不大于1.5%；骨料中的非晶相占65%；兰晶石为粒度小于30μm，兰晶石含量＞95%，全铁含量＜1.5%的微粉。SiO2微粉的氧化硅含量≥98%，Fe2O3＜0.5%；粒度≥320目。将上述材料置于装有搅拌器的混合槽内充分搅拌后，加入硅酸乙酯1.5份、聚苯乙烯空心球2.5份、氯化铵0.1份、六氟硅酸铝1份，充分搅拌，再加入上述组分总重量35%的水，充分搅拌，形成混合充分均匀的浆料，往定型模具内装入浆料，将定型模具与真空管相连接，开启真空吸滤阀，使坯料中的水分通过过滤尽可能除去，取出吸滤成型的冒口砖坯（或板坯），在室温条件下放置4～12小时，再置于110℃～150℃的烘房内烘干，得到含水量＜2.5%的坯料。坯料在烘房中从室温以10℃/小时的速度升至60℃，然后以15℃/小时升至110℃，再以10℃/小时的速度升温至150℃，到150℃烘至坯料含水量＜2.5%为止。

将烘干后的砖坯（或板坯）放于窑架上，升温烧结，其升温的速度是按100℃/小时从室温至400℃，在400℃保温3小时，然后按60℃/小时的速度从400℃升至800℃，到800℃后，以100℃/小时的速度升至1150℃～1250℃，保温1小时。停止加热使其自然冷却，待砖坯（或板坯）降至室温后从窑中取出即可作为大型、特大型铸件冒口材料。

实施例3本发明冒口材料的生产

按照上述实施例2中的方法生产本发明冒口材料，其组分的配比见表1.

表1本发明冒口材料的组分配比（重量份）

对上述实施例所生产的冒口材料进行性能测定，测定结果为：热导率均不大于0.15w/m.k(800℃)、耐火度≥1850℃，使用温度达1600℃、重烧线变化率(1000℃)不大于0.13。孔穴率大于65%，体积密度为0.45～0.50克/cm³。

Claims (11)

1.冒口材料，其特征在于由如下重量份的组分制备而成：骨料30～95份，粘结剂0.5～2份，发泡剂5～25份，助剂0.01～1.5份组成；

其中，所述的骨料为兰晶石、氧化铝微粉、高岭土、SiO₂微粉中至少一种；所述的粘结剂为硅酸乙酯、羧甲基纤维素、木植素磺酸钙、糊精、聚乙烯醇、酚醛树脂中至少一种；所述的发泡剂为锯末、聚苯乙烯空心球、炭粉、稻谷壳、氯化铵中至少一种；所述的助剂为三氟化铝、氟硅酸铝中至少一种。

2.根据权利要求1所述的冒口材料，其特征在于：所述的骨料为按重量份兰晶石30～55份、氧化铝微粉5～10份、高岭土5～20份和SiO₂微粉5～10份组成的混合物。

3.根据权利要求2所述的冒口材料，其特征在于：所述的骨料中的二氧化硅含量为45～49.5wt%，三氧化二铝含量为45～49.5wt%，三氧化二铁含量≤1wt%，钾、钠、钙、镁氧化物的含量≤1.5wt%；骨料中的非晶相占60～70wt%。

4.根据权利要求1所述的冒口材料，其特征在于由如下重量份的组分制备而成：兰晶石30～55份，氧化铝微粉5～10份，高岭土5～20份，SiO₂微粉5～10份，锯末5～20份，聚苯乙烯空心球0.2～5份，硅酸乙酯0.5～2.0份，六氟硅酸铝0.01～1.5份。

5.根据权利要求1～4任一项所述的冒口材料，其特征在于：所述的兰晶石为粒度小于30μm，兰晶石含量＞95wt%，全铁含量＜1.5wt%的微粉；所述的氧化铝微粉的三氧化二铝含量≥98wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目；所述的SiO₂微粉中氧化硅含量≥97wt%，Fe₂O₃＜0.5wt%，粒度≥320目。

6.根据权利要求1所述的冒口材料，其特征在于：所述的发泡剂为按重量份锯末5～20份、聚苯乙烯空心球0.2～5份组成的混合物。

7.根据权利要求1所述的冒口材料，其特征在于：所述的助剂为六氟硅酸铝。

8.生产权利要求1～7任一项所述的冒口材料的方法，其特征在于：将各组分混匀，然后经过成型、干燥、焙烧、冷却，得到冒口材料成品。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、按重量份将各组分加水混匀，得到浆料；

b、浆料倒入模具中，除水，得到成型的砖坯，砖坯在室温条件下放置4～12小时，再于110℃～150℃烘干，得到含水量＜2.5wt%的坯料；

c、坯料于1150℃～1250℃焙烧1～3小时，得到冒口材料成品。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：b步骤中所述的烘干方法为：由室温升至60℃的升温速度为10℃/小时，60℃～110℃的升温速度为15℃/小时，110℃～150℃的升温速度为10℃/小时，到150℃烘至坯料含水量＜2.5%为止。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：c步骤中所述的焙烧方法为：先以100℃/小时的升温速度从室温升温至400℃并保温3小时，然后以60℃/小时的升温速度从400℃升至800℃，再以100℃/小时的升温速度升至1150℃～1250℃并保温1～3小时。