CN106180570A - 一种混合料和其制成的冒口套及冒口套的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铸造辅助材料技术领域，具体涉及一种混合料和其制成的冒口套及冒口套的制备方法。本发明提供的冒口套，由以下重量百分比的原料混匀、压制成型、烘干制备而成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％，外加需要量的粘结剂和水。其中铝粉和三氧化二铁为发热材料，石墨为辅助发热材料，空心微珠为保温材料，冰晶石为助熔剂，尾矿渣为骨料，氯酸钾和硝酸钾为氧化剂。由这种配方所制成的冒口套，点火温度低，点燃的时间理想，燃烧时间长，提供的热量充分，从而开始凝固时间长，具有良好的补缩效果，保障了铸钢件产品质量。

Description

一种混合料和其制成的冒口套及冒口套的制备方法
技术领域
本发明属于铸造辅助材料技术领域，具体涉及铸钢件铸造中的一种成本低且具有发热保温功能的混合料和其制成的冒口套及冒口套的制备方法。
背景技术
冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分，冒口的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。功能不同的冒口套，其形式、大小和开设位置均不相同。传统的铸钢件冒口补缩技术是采用普通砂型冒口，它是直接用模具成型，由于缺乏保温材料，冒口在补缩过程中由内向外大量散热，导致自身也由外向内的凝固过程。有人研究发现，普通砂型冒口实际的有效补缩钢水占冒口总容积的比例很小，约为6～14％，因此往往采用较大的冒口来满足铸件的补缩，即使这样，冒口内的液态金属本身又凝固得快，有时不能及时补缩而影响铸件内在质量。
发明内容
本发明的目的是：提供一种成本低且具有发热保温功能的混合料和其制成的冒口套及冒口套的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的混合料，由以下重量百分比的原料混匀而成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％。
本发明解决其技术问题所采用的冒口套，由以下重量百分比的原料制成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％。其中，铝粉和三氧化二铁为发热材料，石墨为辅助发热材料，空心微珠为保温材料，冰晶石为助熔剂，尾矿渣为骨料，氯酸钾和硝酸钾为氧化剂。
进一步的是，本发明解决其技术问题所采用的冒口套由所述的原料外加适量的水和粘结剂混匀、压制成型、烘干制备而成。
进一步的是，所述的水占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的14％～18％。
进一步的是，所述的粘结剂占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的12％～14％。
进一步的是，所述的粘结剂为水玻璃或酚醛树脂。
本发明解决其技术问题所采用的冒口套的制备方法，包括以下步骤：将所有原料混匀、压制成型、干燥而成。
进一步的是，所述的混匀为，先向搅拌设备中加入空心微珠、部分粘结剂和水混合均匀，然后加入铝粉、三氧化二铁、石墨、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾、硝酸钾继续混合均匀，最后加入剩下的粘结剂和水继续混合均匀。
进一步的是，所述的干燥为，先在室温下干燥48～72小时，再在150～200℃下烘干3～4小时。
本发明的有益效果是：空心微珠作为保温材料可以控制冒口套热损失，依靠铝粉和三氧化二铁作为发热材料的燃烧发热可以提高冒口套金属液的温度，石墨粉为使发热作用缓和的还原性发热剂，可以降低铝热反应的速度；采用废弃的尾矿渣作为耐火骨料，该成分配比所占比重较大，来料极为丰富且零成本，尾矿渣在高温烧结时易形成多孔陶瓷材料，强度增大，可以用来提高其抗金属压力的能力，同时形成的气孔由于储存了空气而使导热系数降低，可以达到空心微珠相同的保温效果，从而进一步减少了热量的散失；利用冰晶石作为助溶剂，可以有效调整反应所需的温度、发热速度和发热时间，生成低熔点熔渣；采用氯酸钾和硝酸钾作为氧化剂搭配使用，其中的氯酸钾利用铝热反应产生的热量而快速分解，产生的氧气在膨胀的同时又提高了反应中生成的液态金属的温度；采用适宜的水玻璃可以保证发热保温材料的粘附作用，提高材料的强度；由这种配方所制成的冒口套具有点火温度低，700℃左右即可快速点燃，点燃的时间理想，恰好在铸钢液即将凝固时得到热量维持，燃烧时间长，提供的热量充分，从而延长开始凝固时间，达到良好的补缩效果，保障了铸钢件产品质量。
具体实施方式
一种混合料，由以下重量百分比的原料混匀而成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％。由这种混合料制成的产品具有发热和保温的作用。
一种冒口套，按重量配百分比将铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％，外加适量的粘结剂和水混合均匀后压制成型，对压制成型的半成品进行烘干即得冒口套。
其中，尾矿渣是矿山企业在选矿完成后排放的废渣矿渣，多以泥浆形式外排，日积月累形成尾矿库，待干燥后形成尾矿渣。在攀枝花地区，尾矿渣长期废弃放置，据说已达数亿吨。尾矿渣的主要成分为SiO2：62.59％～65.80％，CaO：11.59％～13.14％，MgO：7.10％～10.80％，TiO2：4.12％～7.00％，S：0.1％～0.2％，其余为各种含量不高的铁的氧化物。
优选的，所述的水占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的14％～18％；所述的粘结剂占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的12％～14％。
上述具体实施方式以空心微珠作为保温材料，可以减少冒口套的热损失；以铝粉和三氧化二铁作为发热材料，其燃烧所发出的热可以提高冒口套金属液的温度；以石墨粉为辅助发热材料，即还原性发热剂，可以使发热作用缓和，降低铝热反应的速度；以尾矿渣为耐火骨料，其来源广泛，且属于废弃物料，成本低廉，并且尾矿渣在高温烧结时易形成多孔陶瓷材料，强度增大，可以用来提高其抗金属压力的能力，同时形成的气孔由于储存了空气而使导热系数降低，可以达到空心微珠相同的保温效果，从而进一步减少了热量的散失；以冰晶石作为助熔剂，可以有效调整反应所需的温度、发热速度和发热时间，生成低熔点熔渣；以氯酸钾和硝酸钾为氧化剂，氯酸钾和硝酸搭配使用，其中的氯酸钾利用铝热反应产生的热量而快速分解，产生的氧气在膨胀的同时又可提高反应中生成的液态金属的温度。这种冒口套材料具发热和保温的功效，由这种配料制成的冒口套可以使冒口内钢水的凝固时间远大于铸件被补给的时间，因此可以提高有效钢水利用比例，减少冒口的容积尺寸，节约钢水，使得铸件工艺出品率大大提高。
优选的，所述粘结剂为水玻璃。水玻璃成本较低，可以降低冒口套的原料成本。采用适宜的水玻璃可以保证发热保温材料的粘附作用，提高材料的强度。当然，粘接剂也可以为酚醛树脂。
优选的，按重量百分比，先向搅拌设备中加入空心微珠17％～35％、部分粘结剂和水混合均匀，然后加入铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％继续混合均匀，最后加入剩下的粘结剂和水继续混合均匀，制得混合配料；将混合配料压制成型后先在室温下干燥48～72小时，再在150～200℃下烘干3～4小时即得冒口套。先将空心微珠与部分的粘结剂和水搅拌混合可以确保空心微珠表面具有足够的润湿性。
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。下述实施例中采用尾矿渣作为耐火骨料，通过测定得尾矿渣的化学成分如表1所示。
表1尾矿渣化学成分(wt.％)
实施例1
按重量百分比将以下量的原料：空心微珠35％、铝粉19％、三氧化二铁8％、石墨8％、尾矿渣20％、氯酸钾4％、硝酸钾3％、冰晶石3％，上述组份重量12％的水玻璃、16％的水混合均匀，制得混合配料，将混合配料压制成型后烘干制得具有发热保温功能的冒口套。
制得的冒口套的抗压强度为1.02kg/cm2，点火时间为35.6s，二次发热反应持续的时间为14.6s，产品结果表明，制得的冒口套能起到良好的补缩作用。
实施例2
按重量百分比将以下量的原料：空心微珠26％、铝粉21％、三氧化二铁10％、石墨9％、尾矿渣24％、氯酸钾4％、硝酸钾3％、冰晶石3％，上述组份重量14％的水、14％的水玻璃混合均匀，制得混合配料，将混合配料压制成型后烘干制得具有发热保温功能的冒口套。
制得的冒口套的抗压强度为1.16kg/cm2，点火时间为38.4s，二次发热反应持续的时间为15.7s，产品结果表明，制得的冒口套能起到较好的补缩作用。
实施例3
按重量百分比将以下量的原料：空心微珠21％、铝粉23％、三氧化二铁12％、石墨9％、尾矿渣26％、氯酸钾3％、硝酸钾2％、冰晶石4％，上述组份重量14％的水玻璃、18％的水混合均匀，制得混合配料，将混合配料压制成型后烘干制得具有发热保温功能的冒口套。
制得的冒口套的抗压强度为1.32kg/cm2，点火时间为30.6s，二次发热反应持续的时间为16.2s，产品结果表明，制得的冒口套能起到较好的补缩作用。
实施例4
按重量百分比将以下量的原料：空心微珠17％、铝粉23％、三氧化二铁12％、石墨10％、尾矿渣28％、氯酸钾3％、硝酸钾3％、冰晶石4％，上述组份重量15％的水玻璃、16％的水混合均匀，制得混合配料，将混合配料压制成型后烘干制得具有发热保温功能的冒口套。
制得的冒口套的抗压强度为1.17kg/cm2，点火时间为28.5s，二次发热反应持续的时间为14.2s，产品结果表明，制得的冒口套能起到较好的补缩作用。
下面通过对比例对本发明物料及其配比的重要性进行说明，对比例不能穷举，只是通过几个实施例进行针对说明。
对比例1：不添加氯酸钾或氯酸钾含量低于3％亦或氯酸钾超过4％，将实施例1进行改造，按重量百分比的成分如下：空心微珠35％、铝粉19％、三氧化二铁10％、石墨10％、尾矿渣20％、氯酸钾1％、硝酸钾3％、冰晶石3％；
或
空心微珠34％、铝粉19％、三氧化二铁8％、石墨8％、尾矿渣20％、氯酸钾5％、硝酸钾3％、冰晶石3％。
研究表明，在氯酸钾仅添加1％时，点火时间达到107.5s，点火时间过长，无法满足补缩的效果；当氯酸钾含量达到5％时，点火时间为34.2s，二次发热反应持续的时间为14.0s，表明氯酸钾含量超过4％后，对冒口的性能影响可忽略不计，由此可见，氯酸钾在本发明中不可缺少，但含量不宜过大，含量可控制在2％～4％。
对比例2：不采用冰晶石或冰晶石含量超过4％作为助溶剂，对实施例2进行适当改造，按重量百分比的成分如下：空心微珠29％、铝粉21％、三氧化二铁10％、石墨9％、尾矿渣24％、氯酸钾4％、硝酸钾3％、冰晶石0％；
或
空心微珠32％、铝粉19％、三氧化二铁8％、石墨8％、尾矿渣20％、氯酸钾5％、硝酸钾3％、冰晶石5％。
其他条件保持不变，在不添加冰晶石时，发热保温冒口套几乎没有发生点燃，根本没起到应有的补缩效果。冰晶石含量达到5％时，点火时间为36.7s，二次发热反应持续的时间为14.8s，产品结果表明，起到较好的补缩作用，但冰晶石含量很显然不需要超过5％。
对比例3：不采用石墨粉，对实施例3进行适当改造，按重量百分比的成分如下：空心微珠30％、铝粉23％、三氧化二铁12％、石墨0％、尾矿渣26％、氯酸钾3％、硝酸钾2％、冰晶石4％。
制得的冒口套的抗压强度为0.98kg/cm2，点火时间为24.4s，二次发热反应持续的时间为7.8s，产品结果表明，虽然点火时间较短，但由于二次发热反应持续的时间偏短，导致铸钢的补缩效果不甚理想，因此石墨粉的添加及含量控制也是本发明的一个要素。
对比例4：让尾矿渣含量超过28％，成分改造后按重量百分比如下：空心微珠15％、铝粉23％、三氧化二铁12％、石墨10％、尾矿渣30％、氯酸钾3％、硝酸钾3％、冰晶石4％。
制得的冒口套大约151s后才开始缓慢燃烧，而且燃烧不明显，说明当尾矿渣含量为30％时，对点火试验起不到作用，充分说明在本发明配比中，不能因为追求低成本而一味提高尾矿渣的含量，尾矿渣含量不宜超过28％。

Claims (9)

1.一种混合料，其特征在于：由以下重量百分比的原料混匀而成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％。
2.一种冒口套，其特征在于：由以下重量百分比的原料制成，铝粉19％～23％、三氧化二铁8％～12％、石墨8％～10％、空心微珠17％～35％、冰晶石2％～4％、尾矿渣20％～28％、氯酸钾2％～4％、硝酸钾2％～3％。
3.根据权利要求2所述的冒口套，其特征在于：由所述的原料外加适量的水和粘结剂混匀、压制成型、烘干制备而成。
4.根据权利要求3所述的冒口套，其特征在于：所述的水占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的14％～18％。
5.根据权利要求3所述的冒口套，其特征在于：所述的粘结剂占铝粉、三氧化二铁、石墨、空心微珠、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾及硝酸钾总重量的12％～14％。
6.根据权利要求3所述的冒口套，其特征在于：所述的粘结剂为水玻璃或酚醛树脂。
7.权利要求2或3或4或5或6所述的冒口套的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将所有原料混匀、压制成型、干燥而成。
8.根据权利要求7所述的冒口套的制备方法，其特征在于：所述的混匀为，先向搅拌设备中加入空心微珠、部分粘结剂和水混合均匀，然后加入铝粉、三氧化二铁、石墨、冰晶石、尾矿渣、氯酸钾、硝酸钾继续混合均匀，最后加入剩下的粘结剂和水继续混合均匀。
9.根据权利要求8所述的冒口套的制备方法，其特征在于：所述的干燥为，先在室温下干燥48～72小时，再在150～200℃下烘干3～4小时。
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