CN105127367A - 钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
以钒铁渣、硼泥、镁砂、膨润土、碳化硅、锆石、云母粉、凸棒粘土、玻璃微珠、氟硅酸钠、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯、聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙二醇甲醚醋酸酯、聚乙酸乙烯乳液、硅酸铝纤维、二甲基硅油、木质素磺酸钠、季戊四醇、乙醇、水为原料,制备出了使用性能优良、生产成本低的消失模铸造涂料,达到综合回收利用钒铁渣、硼泥并降低生产成本的目的。
Description
技术领域
本发明属于消失模铸造涂料领域,尤其涉及一种钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料及其制备方法。
背景技术
消失模铸造技术是铸造行业中新兴的一种铸造工艺方法,消失模铸造工艺是指用泡沫塑料(EPS、ETMMA或EPMMA)制作成与所需铸件形状结构、尺寸大小完全相同的模样,涂刷耐火涂料后烘干,埋入特殊砂箱干砂(一般使用石英砂)中造型,在保持一定负压状态下进行浇注,模样受热气化分解,金属熔液不断占据模型位置后最终成型。消失模铸造在国内主要称为干砂实型铸造、负压实型铸造,国外简称EPC铸造。
目前最为成熟的消失模铸造工艺是用于汽车铸件的批量生产,所生产的产品有铝合金铸件(如进气管、缸体、缸盖等)和铸铁件(如曲轴、缸盖、变速器壳体、排气管等)。国内外实践证明,消失模铸造在生产汽车铸件方面具有巨大的发展潜力。当前,我国的汽车工正处在发展时期,预计在今后的一段时期内汽车铸件产量会有较大幅度的增加,同时对汽车铸件质量的要求将会更加严格。汽车工业的发展,为我国铸造行业带来了机遇与挑战,也为在我国推广和发展消失模铸造技术带来了新的契机。
消失模铸造用于大批量生产成功与否,50%取决于模样,30%取决于涂料,20%取决于其它工艺因素。毋庸置疑,涂料是获得优质铸件必不可少的工艺环节,科研和生产都已证实,对于消失模铸造工艺,涂料可使其获得成功的潜力大大增加。国外对消失模铸造涂料的研究起步较早,己经有一些商品性的涂料,但是价格偏贵,导致生产成本提高,在一定程度上限制了消失模铸造工艺的发展。目前,中国已有多家高校和研究单位开展针对消失模铸造的模样材料、成型工艺、涂料技术、工装设备等各个环节的研究开发工作,取得一定的成就,但与国外相比仍有较大差距,例如涂料的商品化程度很差。因此,为促进消失模铸造这一先进制造技术的推广应用,结合国内资源情况,从研究涂料的各组分种类和加入量对涂料性能的影响入手,研制适合我国国情的成本低、质量好的消失模铸造涂料,实现消失模铸造涂料的国产化是非常必要的。
钒是钢铁材料中重要的合金添加剂,被称为钢里的“维生素”。目前钒产品主要有五氧化二钒、三氧化二钒、氮化钒、钒铁合金等。在传统的钒产品生产过程中,产生大量废渣,如提钒尾渣、钒铁渣、废硫酸钠等,堆放处理对周围环境产生很大危害。如何对钒产品生产废渣综合利用,对保护环境,增加经济效益具有重要的意义。
硼泥是生产硼酸、硼砂等产品产生的废渣,为灰白色、黄白色粉状固体,呈碱性,含氧化硼和氧化镁等组分,俗称“硼泥”。硼泥的堆存处置不仅占用大量土地,而且会使堆场附近的土壤碱化并引起硼的迁移转化,造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷,利用钒铁渣-硼泥生产使用性能优良、生产成本低的消失模铸造涂料,以达到综合回收利用钒铁渣-硼泥并降低生产消失模铸造涂料成本的目的。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料,其特征在于,所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成:
钒铁渣30-36份
硼泥28-34份
镁砂18-23份
膨润土7-10份
碳化硅6-8份
锆石4~6份
云母粉2-4份
凸棒粘土2-5份
玻璃微珠2-4份
氟硅酸钠2~4份
γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷4-6份
单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯6-8份
聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂3-4份
聚丙二醇二缩水甘油醚0.3-0.6份
丙二醇甲醚醋酸酯0.4-0.7份
聚乙酸乙烯乳液0.5-0.7份
硅酸铝纤维2~3份
二甲基硅油1~3份
木质素磺酸钠2~3份
季戊四醇1-3份
乙醇22-30份
水6-13份;
所述钒铁渣的化学成分为:Al2O378-83wt%,CaO10-17wt%,MgO1-2.5wt%,Fe2O30.2-0.8wt%,SiO20.6-0.8wt%,VOx1.3-4wt%;
所述硼泥的化学成分为SiO225.4wt%,Al2O38wt%,CaO1.8wt%,Fe2O34.7wt%,MgO33.5wt%;
所述镁砂中氧化镁含量≥95wt%;
所述锆石的化学成分为:ZrO263.24wt%,SiO230.56wt%。
所述的钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将30-36份钒铁渣、28-34份硼泥、18-23份镁砂、7-10份膨润土、6-8份碳化硅、4~6份锆石、2-4份云母粉、2~5份凸棒粘土、2~4份玻璃微珠、2~4份氟硅酸钠放入球磨机中球磨2小时,混合均匀,然后过筛,得到200目以下的混合物料;
2)开启反应釜,将4-6份γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、6-8份单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯、22-30份乙醇、6-13份水加入到反应釜中,在搅拌下进行水解反应,转速为1200r/min,反应温度为80℃,搅拌时间为30min,得到偶联剂的醇水溶液;
3)将步骤1)所得混合物料加入到步骤2)中偶联剂的醇水溶液中,在80℃下搅拌2小时;然后再将3-4份聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂、0.3-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.4-0.7份丙二醇甲醚醋酸酯、0.5-0.7份聚乙酸乙烯乳液、2~3份硅酸铝纤维、1~3份二甲基硅油、2~3份木质素磺酸钠、1-3份季戊四醇加入到反应釜中,继续搅拌30min,即制得钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料。
本发明与现有技术相比,其优点为:
1)在制备涂料过程中利用了钒铁渣、硼泥等工业固体废弃物制备消失模铸造涂料,大大降低了耐火材料的制造成本;
2)并用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯对钒铁渣、硼泥、镁砂、膨润土、碳化硅、锆石、云母粉、凸棒粘土、玻璃微珠、氟硅酸钠进行了表面改性处理,提高了材料与基料的粘结性和分散性,使得消失模铸造涂料在高温下结构更稳定,大大提高了消失模铸造涂料耐火极限。
具体实施方式
实施例1
一种钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料,其特征在于,所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成:
钒铁渣30份
硼泥28份
镁砂18份
膨润土7份
碳化硅6份
锆石4份
云母粉2份
凸棒粘土2份
玻璃微珠2份
氟硅酸钠2份
γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷4份
单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯6份
聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂3份
聚丙二醇二缩水甘油醚0.3份
丙二醇甲醚醋酸酯0.4份
聚乙酸乙烯乳液0.5份
硅酸铝纤维2份
二甲基硅油1份
木质素磺酸钠2份
季戊四醇1份
乙醇22份
水6份;
所述的钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料的制备方法,包括以下步骤:
1)将30份钒铁渣、28份硼泥、18份镁砂、7份膨润土、6份碳化硅、4份锆石、2份云母粉、2份凸棒粘土、2份玻璃微珠、2份氟硅酸钠放入球磨机中球磨2小时,混合均匀,然后过筛,得到200目以下的混合物料;
2)开启反应釜,将4份γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、6份单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯、22份乙醇、6份水加入到反应釜中,在搅拌下进行水解反应,转速为1200r/min,反应温度为80℃,搅拌时间为30min,得到偶联剂的醇水溶液;
3)将步骤1)所得混合物料加入到步骤2)中偶联剂的醇水溶液中,在80℃下搅拌2小时;然后再将3份聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂、0.3份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.4份丙二醇甲醚醋酸酯、0.5份聚乙酸乙烯乳液、2份硅酸铝纤维、1份二甲基硅油、2份木质素磺酸钠、1份季戊四醇加入到反应釜中,继续搅拌30min,即制得钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料。
实施例2
一种钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料,其特征在于,所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成:
钒铁渣36份
硼泥34份
镁砂23份
膨润土10份
碳化硅8份
锆石6份
云母粉4份
凸棒粘土5份
玻璃微珠4份
氟硅酸钠4份
γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷6份
单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯8份
聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂4份
聚丙二醇二缩水甘油醚0.6份
丙二醇甲醚醋酸酯0.7份
聚乙酸乙烯乳液0.7份
硅酸铝纤维3份
二甲基硅油3份
木质素磺酸钠3份
季戊四醇3份
乙醇30份
水13份;
所述的钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料的制备方法,包括以下步骤:
1)将36份钒铁渣、34份硼泥、23份镁砂、10份膨润土、8份碳化硅、6份锆石、4份云母粉、5份凸棒粘土、4份玻璃微珠、4份氟硅酸钠放入球磨机中球磨2小时,混合均匀,然后过筛,得到200目以下的混合物料;
2)开启反应釜,将6份γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、8份单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯、30份乙醇、13份水加入到反应釜中,在搅拌下进行水解反应,转速为1200r/min,反应温度为80℃,搅拌时间为30min,得到偶联剂的醇水溶液;
3)将步骤1)所得混合物料加入到步骤2)中偶联剂的醇水溶液中,在80℃下搅拌2小时;然后再将4份聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂、0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.7份丙二醇甲醚醋酸酯、0.7份聚乙酸乙烯乳液、3份硅酸铝纤维、3份二甲基硅油、3份木质素磺酸钠、3份季戊四醇加入到反应釜中,继续搅拌30min,即制得钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料。
Claims (3)
1.一种钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料,其特征在于,所述消失模铸造涂料由以下重量份的原料组成:
钒铁渣30-36份
硼泥28-34份
镁砂18-23份
膨润土7-10份
碳化硅6-8份
锆石4~6份
云母粉2-4份
凸棒粘土2-5份
玻璃微珠2-4份
氟硅酸钠2~4份
γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷4-6份
单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯6-8份
聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂3-4份
聚丙二醇二缩水甘油醚0.3-0.6份
丙二醇甲醚醋酸酯0.4-0.7份
聚乙酸乙烯乳液0.5-0.7份
硅酸铝纤维2~3份
二甲基硅油1~3份
木质素磺酸钠2~3份
季戊四醇1-3份
乙醇22-30份
水6-13份。
2.如权利要求1中所述的消失模铸造涂料,其特征在于:所述钒铁渣的化学成分为:Al2O378-83wt%,CaO10-17wt%,MgO1-2.5wt%,Fe2O30.2-0.8wt%,SiO20.6-0.8wt%,VOx1.3-4wt%;
所述硼泥的化学成分为SiO225.4wt%,Al2O38wt%,CaO1.8wt%,Fe2O34.7wt%,MgO33.5wt%;
所述镁砂中氧化镁含量≥95wt%;
所述锆石的化学成分为:ZrO263.24wt%,SiO230.56wt%。
3.根据权利要求1或2所述的钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将30-36份钒铁渣、28-34份硼泥、18-23份镁砂、7-10份膨润土、6-8份碳化硅、4~6份锆石、2-4份云母粉、2~5份凸棒粘土、2~4份玻璃微珠、2~4份氟硅酸钠放入球磨机中球磨2小时,混合均匀,然后过筛,得到200目以下的混合物料;
2)开启反应釜,将4-6份γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、6-8份单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯、22-30份乙醇、6-13份水加入到反应釜中,在搅拌下进行水解反应,转速为1200r/min,反应温度为80℃,搅拌时间为30min,得到偶联剂的醇水溶液;
3)将步骤1)所得混合物料加入到步骤2)中偶联剂的醇水溶液中,在80℃下搅拌2小时;然后再将3-4份聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂、0.3-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.4-0.7份丙二醇甲醚醋酸酯、0.5-0.7份聚乙酸乙烯乳液、2~3份硅酸铝纤维、1~3份二甲基硅油、2~3份木质素磺酸钠、1-3份季戊四醇加入到反应釜中,继续搅拌30min,即制得钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料。
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