CN107262662A - 一种超耐高温铸钢覆膜砂 - Google Patents

一种超耐高温铸钢覆膜砂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种超耐高温铸钢覆膜砂。该铸钢覆膜砂由海南硅砂85份、四氧化三铁砂10‑15份、酚醛树脂1‑3份、固化剂0.1‑0.45份、铬铁矿粉0.1‑0.3份和润滑剂0.05‑0.6份配制而成。其中海南硅砂的粒径为65‑80目，四氧化三铁砂的粒径为65‑75目，铬铁矿粉的粒径为200‑320目。四氧化三铁砂与海南硅砂混合均匀，铬铁矿粉覆在海南硅砂和四氧化三铁砂表面，钢水浇注过程中，钢水先和铬铁矿粉接触，并迅速形成一层钢膜来有效阻止钢水渗透，当树脂膜燃烧完后四氧化三铁会将多余的热量迅速导出，即利用了铬铁矿粉和四氧化三铁砂的双激冷效果，达到获得超耐高温铸钢覆膜砂的目的。

Description

一种超耐高温铸钢覆膜砂
技术领域
本发明涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种超耐高温铸钢覆膜砂。
背景技术
铸钢覆膜砂是一种具有优异高温性能和综合铸造性能的新型覆膜砂产品，铸钢覆膜砂具有强度高、流动性好、固化速度快、SiO2含量多、耐高温性强、发气量低、流动性好等特点，是一种广泛应用于阀壳、缓冲器接头、钢轴、工程挖掘机、集装箱角件等铸钢件的造型材料。
铸钢覆膜砂在生产过程中钢液的浇注温度较高，对覆膜砂原料的耐高温性能的要求也很高，现有的原料及生产工艺制得的铸钢覆膜砂，其强度及耐高温性仍不能满足人们的需求，因此，提供一种强度高且具有强散热导热性能的铸钢覆膜砂是本领域所要解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有超强的散热导热性能的超耐高温铸钢覆膜砂。
本发明的技术方案为：
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由海南硅砂85份、四氧化三铁砂10-15份、酚醛树脂1-3份、固化剂0.1-0.45份、铬铁矿粉0.1-0.3份和润滑剂0.05-0.6份配制而成。
进一步的，所述海南硅砂的粒径为65-80目，所述四氧化三铁砂的粒径为65-75目，所述铬铁矿粉的粒径为200-320目。
进一步的，所述海南硅砂的粒径为70-75目，所述四氧化三铁砂的粒径为70-75目。
进一步的，所述海南硅砂中二氧化硅的含量为96-99％。
进一步的，所述四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70-99％。
本发明的超耐高温铸钢覆膜砂，在常规的覆膜砂制备原料中添加了四氧化三铁砂和铬铁矿粉，其中四氧化三铁砂与海南硅砂混合作为原砂的一部分，加入量较多，铬铁矿粉作为添加剂加入量较少。四氧化三铁砂和铬铁矿粉均为激冷材料，即可利用自身的散热导热性能起到快速散热降温的功效，有助于提高铸钢覆膜砂的耐高温性能。
由于原砂粒度过细会降低制备出的铸钢覆膜砂的抗拉强度，本发明中海南硅砂选取粒径为65-80目，优选的粒径为70-75目。而对于四氧化三铁砂来说，其比重大，细一点的四氧化三铁砂可以更好的与海南硅砂混合均匀，使其具备更好的导热性能；本发明中四氧化三铁砂的粒径选取为与海南硅砂粒径大致近似的65-75目，优选的粒径为70-75目。铬铁矿粉粒径选取在200-320目之间，主要覆盖在原砂表面，起到初步导热散热的作用；较细的粒径有利于散布在海南硅砂与四氧化三铁砂四周并深入缝隙，导热效果更好。
进一步的，该超耐高温铸钢覆膜砂采用以下步骤制备：(1)海南硅砂与四氧化三铁砂加热：将两种砂按比例配好后用斗提机送入批次加热机中升温加热至130±5℃；(2)混砂覆膜：将加热后的原砂送入混砂机中，再依次加入酚醛树脂混25-30秒、固化剂混35-40秒、铬铁矿粉40-50秒、润滑剂混15-20秒，混制均匀后出砂；(3)筛分冷却：将覆膜砂中可能存在的杂质颗粒进行筛分去除，经冷却床覆膜砂降温冷却；(4)包装入库：内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装。
进一步的，步骤(2)中混砂机的转速为180-220r/min。
进一步的，步骤(3)中覆膜砂降温冷却至50℃以下。
本发明的超耐高温铸钢覆膜砂制备过程中，采用特定的原料加入顺序和混合时间，使得各材料与原砂充分接触混合。四氧化三铁砂先与海南硅砂混合，四氧化三铁砂均匀分布在海南硅砂周围，再加入酚醛树脂将四氧化三铁砂与海南硅砂包覆，之后铬铁矿粉的加入散布在原砂表面。在钢水的浇注过程中，钢水先和铬铁矿粉接触，迅速形成一层钢膜来有效阻止钢水渗透，铬铁矿粉起到初步导热散热作用；超高温度的钢水使树脂膜燃烧完毕，之后海南硅砂周围的四氧化三铁会将多余的热量迅速导出，起到进一步散热的作用，即通过铬铁矿粉和四氧化三铁砂的双激冷效果使铸钢覆膜砂具备超强的散热导热性能。
本发明的超耐高温铸钢覆膜砂，具有以下有益效果：
(1)本发明的超耐高温铸钢覆膜砂，原料中加入了四氧化三铁砂与铬铁矿粉，并利用了二者的导热和散热性能，提高了铸钢覆膜砂的耐高温性能；
(2)本发明的超耐高温铸钢覆膜砂，四氧化三铁砂粒径与海南硅砂大致相同，四氧化三铁砂与海南硅砂混合均匀，铬铁矿粉粒径较小，覆在海南硅砂和四氧化三铁砂表面，钢水浇注过程中，钢水先和铬铁矿粉接触，并迅速形成一层钢膜来有效阻止钢水渗透，当树脂膜完全燃烧后四氧化三铁会将多余的热量迅速导出，即利用了铬铁矿粉和四氧化三铁砂的双激冷效果，达到提高覆膜砂耐热性能的目的；
(3)本发明的超耐高温铸钢覆膜砂的制备方法，采用特定的加料顺序和混合时间，制备工艺操作简单，成本低，可获得具有耐高温性能的铸钢覆膜砂。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作新一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，铬铁矿粉0.1份，润滑剂0.05份。
海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为75目，铬铁矿粉粒径为320目。海南硅砂中二氧化硅的含量为99％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)海南硅砂与四氧化三铁砂加热：将两种砂按比例配好后用斗提机送入批次加热机中升温加热至125℃；
(2)混砂覆膜：将加热后的原砂送入转速为200r/min的混砂机中混10秒，再依次加入酚醛树脂混25秒、固化剂混35秒、铬铁矿粉40秒、润滑剂混15秒，混制均匀后出砂；
(3)筛分冷却：将覆膜砂中可能存在的杂质颗粒进行筛分去除，经冷却床覆膜砂降温至48℃；
(4)包装入库：内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装。
实施例2
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂15份，酚醛树脂1份，固化剂0.1份，铬铁矿粉0.3份，润滑剂0.6份。
海南硅砂粒径为80目，四氧化三铁砂粒径为75目，铬铁矿粉粒径为200目。海南硅砂中二氧化硅的含量为96％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为99％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)海南硅砂与四氧化三铁砂加热：将两种砂按比例配好后用斗提机送入批次加热机中升温加热至135℃；
(2)混砂覆膜：将加热后的原砂送入转速为220r/min的混砂机中混15秒，再依次加入酚醛树脂混30秒、固化剂混40秒、铬铁矿粉50秒、润滑剂混20秒，混制均匀后出砂；
(3)筛分冷却：将覆膜砂中可能存在的杂质颗粒进行筛分去除，经冷却床覆膜砂降温至45℃；
(4)包装入库：内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装。
实施例3
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂12份，酚醛树脂2份，固化剂0.2份，铬铁矿粉0.2份，润滑剂0.2份。
海南硅砂粒径为70目，四氧化三铁砂粒径为70目，铬铁矿粉粒径为275目。海南硅砂中二氧化硅的含量为98％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为80％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)海南硅砂与四氧化三铁砂加热：将两种砂按比例配好后用斗提机送入批次加热机中升温加热至130℃；
(2)混砂覆膜：将加热后的原砂送入转速为180r/min的混砂机中混12秒，再依次加入酚醛树脂混28秒、固化剂混37秒、铬铁矿粉45秒、润滑剂混18秒，混制均匀后出砂；
(3)筛分冷却：将覆膜砂中可能存在的杂质颗粒进行筛分去除，经冷却床覆膜砂降温至46℃；
(4)包装入库：内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装。
实施例4
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂15份，酚醛树脂2.5份，固化剂0.3份，铬铁矿粉0.25份，润滑剂0.3份。
海南硅砂粒径为65目，四氧化三铁砂粒径为65目，铬铁矿粉粒径为300目。海南硅砂中二氧化硅的含量为97％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为73％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂的制备步骤与实施例2相同。
实施例5
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂13份，酚醛树脂2.2份，固化剂0.1份，铬铁矿粉0.3份，润滑剂0.05份。
海南硅砂粒径为72目，四氧化三铁砂粒径为72目，铬铁矿粉粒径为320目。海南硅砂中二氧化硅的含量为96％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂的制备步骤与实施例1相同。
实施例6
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂1.8份，固化剂0.25份，铬铁矿粉0.2份，润滑剂0.45份。
海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为75目，铬铁矿粉粒径为200目。海南硅砂中二氧化硅的含量为96％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本实施例的超耐高温铸钢覆膜砂的制备步骤与实施例1相同。
对比例1
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，润滑剂0.6份。海南硅砂粒径为75目，海南硅砂中二氧化硅的含量为96％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得，不同的是本对比例中不添加四氧化三铁砂和铬铁矿粉。
对比例2
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，润滑剂0.6份。海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为75目，海南硅砂中二氧化硅的含量为96％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得，不同的是本对比例中不添加铬铁矿粉。
对比例3
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，铬铁矿粉0.1份，润滑剂0.6份。
海南硅砂粒径为75目，铬铁矿粉粒径为320目，海南硅砂中二氧化硅的含量为96％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得，不同的是本对比例中不添加四氧化三铁砂。
对比例4
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，铬铁矿粉0.1份，润滑剂0.05份。
海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为45目，铬铁矿粉粒径为100目。海南硅砂中二氧化硅的含量为99％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得。
对比例5
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，铬铁矿粉0.1份，润滑剂0.05份。
海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为75目，铬铁矿粉粒径为100目。海南硅砂中二氧化硅的含量为99％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得。
对比例6
一种超耐高温铸钢覆膜砂，由以下重量份的组分制备：海南硅砂85份，四氧化三铁砂10份，酚醛树脂3份，固化剂0.45份，铬铁矿粉0.1份，润滑剂0.05份。
海南硅砂粒径为75目，四氧化三铁砂粒径为45目，铬铁矿粉粒径为320目。海南硅砂中二氧化硅的含量为99％，四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70％。
本对比例的超耐高温铸钢覆膜砂采用实施例1的制备步骤制得。
试验设置对照组和发明组，发明组分别为发明组1-6，发明组1-6分别采用实施例1-6制备得到的覆膜砂。对照组分别为对照组1-6，对照组1-6分别采用对比例1-6制备得到的覆膜砂。
分别按照以下方法检测发明组和对照组的以下性能：
1、常温抗拉强度：检测方法参见JB/T8583-2008；
2、耐热时间：将制好的“一”型样块，平稳放置在“凹”型支架上，放入1000℃的高温炉中，测量其塌落时间。
检测结果见表1所示：
表1常温抗拉强度和耐热时间检测结果
组别 常温抗拉强度(MPa) 耐热时间(s)
对照组1 4 155
对照组2 4.2 183
对照组3 4.1 176
对照组4 4.1 188
对照组5 4.2 205
对照组6 4.2 200
发明组1 4.4 220
发明组2 4.9 253
发明组3 4.6 241
发明组4 4.7 249
发明组5 4.7 251
发明组6 4.5 230
由表1可以看出，将对照组4-6与发明组1对比，四氧化三铁砂和铬铁矿粉的粒径的选择对铸钢覆膜砂的强度和耐高温性能有一定的影响：四氧化三铁砂作为原砂与海南硅砂混合，近似的粒径大小使二者混合更加均匀，四氧化三铁砂更有利于将多余热量导出，提高铸钢覆膜砂的耐热性；铬铁矿粉在钢水浇注时发生固相烧结，铬铁矿粉粒子之间烧结成致密的结构，高温导热系数高，激冷效果好，而相对较细的粒径可均匀分布在原砂周围各个缝隙中，更有利于各粒子之间烧结形成一层钢膜来阻止钢水的渗透。从实验数据可看出，发明组1中选取与海南硅砂相似粒径的四氧化三铁砂和较细粒径的铬铁矿砂作为双激冷材料加入获得的铸钢覆膜砂的耐热时间要优于对照组4-6中的耐热时间。
将发明组1-6与对照组1-6相比，常温抗拉强度和耐热时间均有显著提高，说明通过添加四氧化三铁砂和铬铁矿粉，铸钢覆膜砂的强度和耐高温性能得到了显著改善。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，由海南硅砂85份、四氧化三铁砂10-15份、酚醛树脂1-3份、固化剂0.1-0.45份、铬铁矿粉0.1-0.3份和润滑剂0.05-0.6份配制而成。
2.根据权利要求1所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，所述海南硅砂的粒径为65-80目，所述四氧化三铁砂的粒径为65-75目，所述铬铁矿粉的粒径为200-320目。
3.根据权利要求2所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，所述海南硅砂的粒径为70-75目，所述四氧化三铁砂的粒径为70-75目。
4.根据权利要求1所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，所述海南硅砂中二氧化硅的含量为96-99％。
5.根据权利要求1所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，所述四氧化三铁砂中四氧化三铁的含量为70-99％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，所述超耐高温铸钢覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)海南硅砂与四氧化三铁砂加热：将两种砂按比例配好后用斗提机送入批次加热机中升温加热至130±5℃；
(2)混砂覆膜：将加热后的原砂送入混砂机中，再依次加入酚醛树脂混25-30秒、固化剂混35-40秒、铬铁矿粉40-50秒、润滑剂混15-20秒，混制均匀后出砂；
(3)筛分冷却：将覆膜砂中可能存在的杂质颗粒进行筛分去除，经冷却床覆膜砂降温冷却；
(4)包装入库：内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装。
7.根据权利要求6所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，步骤(2)中混砂机的转速为180-220r/min。
8.根据权利要求6所述的超耐高温铸钢覆膜砂，其特征在于，步骤(3)中覆膜砂降温冷却至50℃以下。
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