CN105272185A - 利用玄武岩制备铸石研磨球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用玄武岩制备铸石研磨球的方法。原料按重量份数计玄武岩矿粉42-48份，石英砂6-8份，氧化铝4-8份，石灰石6-10份，纯碱5-7份，氧化锆4-7份，碳酸钡2-4份，硼酸1-2份，氧化亚铁4-8份；混合得到铸石配合料在1500-1550℃下保温10-12h得到铸石熔体；通过两块对扣的半球模具组件将落入其中的铸石熔体挤压成规则的铸石球体；放入晶化炉，核化和晶化，然后退火、冷却，表面研磨后得到铸石研磨球成品。本发明所制备的玄武岩铸石球具有尺寸规则、同心度高、密度和强度大的特点，密度为2.9-3.3g/cm3，抗折强度高达120-280Mpa，耐磨系数为0.08～0.12克/厘米2。

Description

利用玄武岩制备铸石研磨球的方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种利用玄武岩制备铸石研磨球的方法。
背景技术
铸石是一种经加工而成的硅酸盐结晶无机非金属材料﹐主要是采用天然岩石(玄武岩﹑辉绿岩等基性岩)或工业废渣(高炉矿渣﹑钢渣﹑铜渣﹑铬渣﹑铁合金渣等)为主要原料﹐经配料、熔融、浇注、热处理等工序制成的晶体排列规整、质地坚硬、细腻的非金属工业材料。铸石具有很好的耐腐蚀、耐磨性能，但其韧性、抗冲击性较差，切削加工困难。铸石制品主要有铸石管、铸石复合管和铸石板，已被广泛应用在电力、煤炭、矿山、冶金、化工、建筑等工业部门的严重磨损、腐蚀部位。铸石制品的硬度高(莫氏硬度为7～8)，耐磨性好(耐磨系数为0.09～0.14克/厘米2)，抗腐蚀性能强，除氢氟酸和热磷酸外，能抗任何酸碱的腐蚀(耐酸性大于96％，耐碱性大于98％)。
近年来随着粉末超细工艺的发展和对超细粉体要求的不断提高，对研磨体的要求也越来越高。要求研磨介质研磨效率高，磨耗低。现有的各种研磨体存在强度低、研磨效率低、磨耗高等问题。利用铸石材料的硬度高、耐磨性好的性质，可以作为研磨体材料用于粉体材料的加工。虽然现有的铸石作为研磨体材料具有非常好的性能，但由于其脆性高、韧性差，导致其使用耐久性有待提高。
发明内容
本发明目的在于针对铸石作为研磨体材料存在的脆性、韧性和耐久性及成型方面的问题，进行组分与制备工艺方面的改进，提高了铸石材料的韧性，使其适用于现代粉体加工的要求。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
利用玄武岩制备铸石研磨球的方法，包括以下步骤：
1)原料按重量份数计：玄武岩矿粉42-48份，石英砂6-8份，氧化铝4-8份，石灰石6-10份，纯碱5-7份，氧化锆4-7份，碳酸钡2-4份，硼酸1-2份，氧化亚铁4-8份；原料混合得到铸石配合料；将铸石配合料在1500-1550℃下保温10-12h得到铸石熔体；
2)将高温铸石熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股按铸石球直径的大小被机械手剪断成为小料段并落入耐热钢成球模具中，通过两块对扣的半球模具组件将落入其中的铸石熔体挤压成规则的铸石球体；
3)将铸石球体的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，放入晶化炉，晶化过程包括核化和晶化两个阶段，然后以2-5℃/分钟的降温速率退火、冷却，表面研磨后得到铸石研磨球成品。
按上述方案，所述原料按重量份数计玄武岩矿粉45份，石英砂7份，氧化铝6份，石灰石8份，纯碱6份，氧化锆5份，碳酸钡3份，硼酸2份，氧化亚铁6份。
按上述方案，所述晶化过程：从室温至核化温度880-980℃，升温速率为4-6℃/分钟并保温2-3h；由核化温度至晶化温度1200-1300℃，升温速率为2-4℃/分钟并保温2-4h。
以玄武岩为主要原料并配合一定的辅料制备成配合料，利用电熔窑对配合料进行熔融后，将熔体压制成型，待成型后的铸石球体定型后，利用电阻炉对铸石球体进行晶化处理。制备高性能铸石研磨球，为提高其韧性、成型性质，其中的组分设计、熔制、成型和晶化是非常关键的过程，其中二氧化锆的引入可以很好地增加玄武岩铸石球的韧性。
本发明有益效果如下：
本发明所制备的玄武岩铸石球具有尺寸规则、同心度高、密度和强度大的特点，密度为2.9-3.3g/cm3，抗折强度高达120-280MPa。采用该玄武岩铸石球为研磨体具有研磨效率高，磨耗低的优点，耐磨系数为0.08～0.12克/厘米2。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
利用XAxiosadvancedX射线荧光光谱仪对本实施方案中玄武岩的化学成分进行分析，氧化物主要成分见表1：
表1
氧化物成分 含量(wt％)
SiO2 51.94
Al2O3 15.30
Fe2O3 11.50
CaO 8.61
MgO 6.53
K2O 1.22
Na2O 2.63
TiO2 2.26
实施例1
本发明以玄武岩为主要原料，采用熔融的铸石液压制成型成铸石球体并结合晶化处理的方法制备高性能玄武岩铸石研磨球，该方法包括以下步骤：
(1)基础铸石配方：一种以玄武岩为主原料的铸石研磨球，按质量百分比计，其原料包括如下组分：玄武岩矿粉42份，石英砂8份，氧化铝8份，石灰石6份，纯碱5份，氧化锆7份，碳酸钡2份，硼酸1份，氧化亚铁4份。
(2)基础铸石配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合5分钟，即可制得混合均匀的铸石配合料。
(3)铸石配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1500℃，保温10小时。
(4)铸石球的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股。料股按铸石球直径的大小被机械手剪断成为小料段并落入耐热钢成球模具中，通过两块对扣的半球模具组件将落入其中铸石熔体挤压成规则的球体。铸石球的粒径范围为：30mm。
(5)铸石球的晶化与退火：将铸石球的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。玄武岩铸石球的晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度880℃，升温速率为4℃/分钟并保温2小时；由核化温度至晶化温度1200℃，升温速率为2℃/分钟并保温2小时；然后以2℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。
(6)铸石球的表面研磨：对制得的玄武岩铸石球进行表面研磨后成为成品。
本发明所制备的玄武岩铸石球具有尺寸规则、同心度高、密度和强度大的特点，密度为2.9g/cm3，抗折强度高达120MPa。采用该玄武岩铸石球为研磨体具有韧性好、研磨效率高，磨耗低的优点，耐磨系数为0.08克/厘米2。
实施例2
本发明以玄武岩为主要原料，采用熔融的铸石液压制成型成铸石球体并结合晶化处理的方法制备高性能玄武岩铸石研磨球，该方法包括以下步骤：
(1)基础铸石配方：一种以玄武岩为主原料的铸石研磨球，按质量百分比计，其原料包括如下组分：玄武岩矿粉45份，石英砂7份，氧化铝6份，石灰石8份，纯碱6份，氧化锆5份，碳酸钡3份，硼酸2份，氧化亚铁6份。
(2)基础铸石配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合8分钟，即可制得混合均匀的铸石配合料。
(3)铸石配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1520℃，保温11小时。
(4)铸石球的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股。料股按铸石球直径的大小被机械手剪断成为小料段并落入耐热钢成球模具中，通过两块对扣的半球模具组件将落入其中铸石熔体挤压成规则的球体。铸石球的粒径范围为：80mm。
(5)铸石球的晶化与退火：将铸石球的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。玄武岩铸石球的晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度930℃，升温速率为5℃/分钟并保温3小时；由核化温度至晶化温度1250℃，升温速率为3℃/分钟并保温3小时；然后以4℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。
(6)铸石球的表面研磨：对制得的玄武岩铸石球进行表面研磨后成为成品。
本发明所制备的玄武岩铸石球具有尺寸规则、同心度高、密度和强度大的特点，密度为3.1g/cm3，抗折强度高达200MPa。采用该玄武岩铸石球为研磨体具有研磨效率高，磨耗低的优点，耐磨系数为0.10克/厘米2。
实施例3
本发明以玄武岩为主要原料，采用熔融的铸石液压制成型成铸石球体并结合晶化处理的方法制备高性能玄武岩铸石研磨球，该方法包括以下步骤：
(1)基础铸石配方：一种以玄武岩为主原料的铸石研磨球，按质量百分比计，其原料包括如下组分：玄武岩矿粉48份，石英砂8份，氧化铝8份，石灰石10份，纯碱7份，氧化锆4份，碳酸钡4份，硼酸2份，氧化亚铁8份。
(2)基础铸石配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合10分钟，即可制得混合均匀的铸石配合料。
(3)铸石配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1550℃，保温12小时。
(4)铸石球的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股。料股按铸石球直径的大小被机械手剪断成为小料段并落入耐热钢成球模具中，通过两块对扣的半球模具组件将落入其中铸石熔体挤压成规则的球体。铸石球的粒径范围为：100mm。
(5)铸石球的晶化与退火：将铸石球的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。玄武岩铸石球的晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度980℃，升温速率为6℃/分钟并保温3小时；由核化温度至晶化温度1300℃，升温速率为4℃/分钟并保温4小时；然后以2℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。
(6)铸石球的表面研磨：对制得的玄武岩铸石球进行表面研磨后成为成品。
本发明所制备的玄武岩铸石球具有尺寸规则、同心度高、密度和强度大的特点，密度为3.3g/cm3，抗折强度高达280MPa。采用该玄武岩铸石球为研磨体具有研磨效率高，磨耗低的优点，耐磨系数为0.12克/厘米2。

Claims (3)

1.利用玄武岩制备铸石研磨球的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原料按重量份数计：玄武岩矿粉42-48份，石英砂6-8份，氧化铝4-8份，石灰石6-10份，纯碱5-7份，氧化锆4-7份，碳酸钡2-4份，硼酸1-2份，氧化亚铁4-8份；所述原料混合得到铸石配合料；将铸石配合料在1500-1550℃下保温10-12h得到铸石熔体；
2)将高温铸石熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股按铸石球直径的大小被机械手剪断成为小料段并落入耐热钢成球模具中，通过两块对扣的半球模具组件将落入其中的铸石熔体挤压成规则的铸石球体；
3)将铸石球体的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，放入晶化炉，晶化过程包括核化和晶化两个阶段，然后以2-5℃/分钟的降温速率退火、冷却，表面研磨后得到铸石研磨球成品。
2.如权利要求1所述利用玄武岩制备铸石研磨球的方法，其特征在于所述原料按重量份数计玄武岩矿粉45份，石英砂7份，氧化铝6份，石灰石8份，纯碱6份，氧化锆5份，碳酸钡3份，硼酸2份，氧化亚铁6份。
3.如权利要求1所述利用玄武岩制备铸石研磨球的方法，其特征在于所述晶化过程：从室温至核化温度880-980℃，升温速率为4-6℃/分钟并保温2-3h；由核化温度至晶化温度1200-1300℃，升温速率为2-4℃/分钟并保温2-4h。
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