CN105149501A - 高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

以高铝高炉渣、煤矸石、石英尾砂、硫铁尾矿、硅藻土、碳化硅、浮石粉、硅酸锂、膨胀珍珠岩、木质素磺酸钙、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、抗坏血酸棕榈酸酯、偶氮二异丁腈、聚丙二醇二缩水甘油醚、季戊四醇硬脂酸酯、多晶氧化铝纤维、柠檬酸钠、羟基纤维素钠、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，达到综合回收利用高铝高炉渣、煤矸石并降低生产成本的目的。

Description

高铝高炉渣-煤矸石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，尤其涉及一种高铝高炉渣-煤矸石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。

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3。高炉渣一种工业固体废物，高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，高炉渣的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，利用高铝高炉渣-煤矸石生产使用性能优良、生产成本低的消失模铸造涂料，以达到综合回收利用高铝高炉渣、煤矸石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：

一种高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料，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：

高铝高炉渣45-50份

煤矸石42-44份

石英尾砂10-16份

硫铁尾矿9-14份

硅藻土9-12份

碳化硅6-8份

浮石粉2~5份

硅酸锂2-5份

膨胀珍珠岩2-5份

木质素磺酸钙2~4份

缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷4-7份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6-10份

抗坏血酸棕榈酸酯2-4份

偶氮二异丁腈0.3-0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4-0.6份

季戊四醇硬脂酸酯0.3-0.6份

多晶氧化铝纤维2~3份

柠檬酸钠1~3份

羟基纤维素钠2~3份

乙醇27-36份

水8-14份；

所述高铝高炉渣的主要化学成分为Al₂O₃18.41wt%，MgO13.2wt%，CaO34.12wt%，SiO₂33.12wt%，MnO0.53wt%，FeO0.62wt%；

所述煤矸石的化学成分为SiO₂50~55wt%，Al₂O₃8~14wt%，CaO0.4~0.6wt%，Fe₂O₃2~3wt%，MgO1~3wt%，C8-25wt%；

所述石英尾砂的化学成分为SiO₂86.10wt%，Al₂O₃8wt%，CaO1.8wt%，Fe₂O₃0.7wt%，MgO0.5wt%；

所述硫铁尾矿的化学成分为SiO₂28-37wt%，Al₂O₃25-31wt%，CaO0.45wt%，Fe₂O₃7-16wt%，SO₃11-37wt%，TiO₂4-5wt%，Cr₂O₃0.7wt%，K₂O0.19wt%，Na₂O0.34wt%。

所述的高铝高炉渣-煤矸石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45-50份高铝高炉渣、42-44份煤矸石、10-16份石英尾砂、9-14份硫铁尾矿、9-12份硅藻土、6-8份碳化硅、2~5份浮石粉、2~5硅酸锂、2~5份膨胀珍珠岩、2~4份木质素磺酸钙放入球磨机中球磨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4-7份缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、6-10份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、27-36份乙醇、8-14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2-4份抗坏血酸棕榈酸酯、0.3-0.6份偶氮二异丁腈、0.4-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3-0.6份季戊四醇硬脂酸酯、2~3份多晶氧化铝纤维、1~3份柠檬酸钠、2~3份羟基纤维素钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料。

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高铝高炉渣、煤矸石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）并用缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯对高铝高炉渣、煤矸石、石英尾砂、硫铁尾矿、硅藻土、碳化硅、浮石粉、硅酸锂、膨胀珍珠岩、木质素磺酸钙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

一种高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料，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：

高铝高炉渣45份

煤矸石42份

石英尾砂10份

硫铁尾矿9份

硅藻土9份

碳化硅6份

浮石粉2份

硅酸锂2份

膨胀珍珠岩2份

木质素磺酸钙2份

缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷4份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6份

抗坏血酸棕榈酸酯2份

偶氮二异丁腈0.3份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4份

季戊四醇硬脂酸酯0.3份

多晶氧化铝纤维2份

柠檬酸钠1份

羟基纤维素钠2份

乙醇27份

水8份；

所述的高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）将45份高铝高炉渣、42份煤矸石、10份石英尾砂、9份硫铁尾矿、9份硅藻土、6份碳化硅、2份浮石粉、2硅酸锂、2份膨胀珍珠岩、2份木质素磺酸钙放入球磨机中球磨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份缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、6份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、27份乙醇、8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2份抗坏血酸棕榈酸酯、0.3份偶氮二异丁腈、0.4份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3份季戊四醇硬脂酸酯、2份多晶氧化铝纤维、1份柠檬酸钠、2份羟基纤维素钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料。

实施例2

一种高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料，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：

高铝高炉渣50份

煤矸石44份

石英尾砂16份

硫铁尾矿14份

硅藻土9-12份

碳化硅8份

浮石粉5份

硅酸锂5份

膨胀珍珠岩5份

木质素磺酸钙4份

缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷7份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯10份

抗坏血酸棕榈酸酯4份

偶氮二异丁腈0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.6份

季戊四醇硬脂酸酯0.6份

多晶氧化铝纤维3份

柠檬酸钠3份

羟基纤维素钠3份

乙醇36份

水14份；

所述的高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）将50份高铝高炉渣、44份煤矸石、16份石英尾砂、14份硫铁尾矿、12份硅藻土、8份碳化硅、5份浮石粉、5硅酸锂、5份膨胀珍珠岩、4份木质素磺酸钙放入球磨机中球磨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7份缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、10份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、36份乙醇、14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份抗坏血酸棕榈酸酯、0.6份偶氮二异丁腈、0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.6份季戊四醇硬脂酸酯、3份多晶氧化铝纤维、3份柠檬酸钠、3份羟基纤维素钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料。

Claims (3)

1.一种高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料，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：

高铝高炉渣45-50份

煤矸石42-44份

石英尾砂10-16份

硫铁尾矿9-14份

硅藻土9-12份

碳化硅6-8份

浮石粉2~5份

硅酸锂2-5份

膨胀珍珠岩2-5份

木质素磺酸钙2~4份

缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷4-7份

二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯6-10份

抗坏血酸棕榈酸酯2-4份

偶氮二异丁腈0.3-0.6份

聚丙二醇二缩水甘油醚0.4-0.6份

季戊四醇硬脂酸酯0.3-0.6份

多晶氧化铝纤维2~3份

柠檬酸钠1~3份

羟基纤维素钠2~3份

乙醇27-36份

水8-14份。

2.如权利要求1中所述的消失模铸造涂料，其特征在于，所述高铝高炉渣的主要化学成分为Al₂O₃18.41wt%，MgO13.2wt%，CaO34.12wt%，SiO₂33.12wt%，MnO0.53wt%，FeO0.62wt%；

所述煤矸石的化学成分为SiO₂50~55wt%，Al₂O₃8~14wt%，CaO0.4~0.6wt%，Fe₂O₃2~3wt%，MgO1~3wt%，C8-25wt%；

所述石英尾砂的化学成分为SiO₂86.10wt%，Al₂O₃8wt%，CaO1.8wt%，Fe₂O₃0.7wt%，MgO0.5wt%；

所述硫铁尾矿的化学成分为SiO₂28-37wt%，Al₂O₃25-31wt%，CaO0.45wt%，Fe₂O₃7-16wt%，SO₃11-37wt%，TiO₂4-5wt%，Cr₂O₃0.7wt%，K₂O0.19wt%，Na₂O0.34wt%。

3.根据权利要求1或2所述的高铝高炉渣-煤矸石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45-50份高铝高炉渣、42-44份煤矸石、10-16份石英尾砂、9-14份硫铁尾矿、9-12份硅藻土、6-8份碳化硅、2~5份浮石粉、2~5硅酸锂、2~5份膨胀珍珠岩、2~4份木质素磺酸钙放入球磨机中球磨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4-7份缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、6-10份二（焦磷酸二辛酯）乙撑钛酸酯、27-36份乙醇、8-14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2-4份抗坏血酸棕榈酸酯、0.3-0.6份偶氮二异丁腈、0.4-0.6份聚丙二醇二缩水甘油醚、0.3-0.6份季戊四醇硬脂酸酯、2~3份多晶氧化铝纤维、1~3份柠檬酸钠、2~3份羟基纤维素钠加入到反应釜中，继续搅拌30min，即制得高铝高炉渣-煤矸石消失模铸造涂料。