CN105127367A - 钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料及其制备方法 - Google Patents

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

钒铁渣-硼泥消失模铸造涂料及其制备方法

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。