CN107311674B - 一种铸造用特种浇道管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸造用特种浇道管及其制备方法，以铝矾土为高铝质原料，以青坩为结合粘土；先将铝矾土生料进行轻烧，再按照Al2O3质量百分比为56～60％，SiO2质量百分比为30～34％的比例设计配方，分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土混合并共磨；将共磨料经过粗练泥、陈腐、真空精练泥、可塑法挤管成型、干燥，最后在1250～1300℃烧成。本发明制得的陶管制品呈橘黄色外观，致密度高，机械强度高，经检测主晶相为结晶发育良好的莫来石相，次晶相为刚玉相，达到高端铸造浇道管的各项要求。

Description

一种铸造用特种浇道管及其制备方法
技术领域
本发明属于金属铸造用耐火材料领域，具体涉及一种铸造用特种浇道管及其制备方法。
背景技术
耐火材料是热工领域的基础性材料，广泛用于水泥、玻璃、陶瓷、金属冶炼等行业。在钢铁冶炼中，除冶炼高温熔炉使用耐火材料外，还在铸造中使用一种耐火材料浇道管，通常称之为陶瓷浇道管或陶管。这种浇道管实际上是介于耐火材料和陶瓷之间的中间产品：若称其为耐火材料，却按照陶瓷的烧成工艺制备而成；若称其为陶瓷，但原料选择和使用却完全符合耐火材料。所以，这种浇道管实际上是一种特殊的耐火材料质陶瓷浇道管。
目前在金属铸造中使用的陶瓷浇道管有多种，包括国产的和进口的。因各种浇道管的化学矿物组成存在着较大差异，所以使用性能也有较大不同。现有市售浇道管一般采用高铝质熟料加结合粘土制成，采用的制备工艺一般为以下流程：原料熟料破粉碎→筛分分级→按配方和颗粒级配配料→混料制成可塑性泥料→练泥→陈腐→可塑法挤管成型→干燥→烧成。
现有陶管在实际使用中的主要问题有：粘连、脱片、开裂、耐火度不高等，而且正是由于这些问题使现有陶管几乎不太适用于高端铸造。分析其主要原因之一是：现有陶管制品中的莫来石矿相含量普遍不高，而石英矿相等杂相较多所造成。还与原料的选择和使用以及制品制备工艺密切关系。
莫来石(mullite)是Al2O3-SiO2二元系统相图中唯一稳定的固溶体结晶硅酸铝，其化学组成范围为3Al2O3·2SiO2～2Al2O3·SiO2，具有极好的化学稳定性。实践证明，莫来石质耐火材料具有优良的结构性质和特有的化学机械性能，如机械强度高，耐火度高，高温下抗酸性渣侵蚀性强，以及耐高温荷重性、抗剥落性和抗热震性等都较高，因而以高莫来石相含量作为高品质耐火材料的应用越来越广泛。鉴于此因，提高现有陶管制品中的莫来石相含量就成为迫切需要解决的问题之一。
引起现有陶管主要问题及不适合高端铸造的另一主要原因是气孔率高且气孔分布不均匀。这一因素直接造成制品体积密度不高、机械强度较低、抗剥落性和抗热震性变差。究其原因主要与现有陶管的配合料制备工艺密切相关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸造用特种浇道管及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，按照本发明的工艺技术制备的陶瓷浇道管能够满足高端铸造工艺的需要。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸造用特种浇道管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
步骤二：将破粉碎的铝矾土生料进行轻烧，制得铝矾土轻烧料；
步骤三：按照目标产品中Al2O3质量百分比为56～60％，SiO2质量百分比为30～34％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
步骤四：将混合料进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
步骤五：将所得配合料进行粗练泥，粗练后泥料陈腐至少一周；对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
步骤六：将陈腐后的泥料进行精练泥，随后挤管成型得到成型坯体；
步骤七：将成型坯体干燥；
步骤八：将干燥后的成型坯体进行烧成，然后随炉冷却即得到铸造用特种浇道管。
进一步地，步骤二中轻烧温度为900～1100℃，时间为4～5h。
进一步地，步骤四中采用雷蒙磨将混合料进行干法共磨。
进一步地，步骤五中采用练泥机将所得配合料进行1～2次粗练泥。
进一步地，步骤六中采用真空练泥机进行精练泥。
进一步地，步骤七中将成型坯体进行烘干室烘干或自然干燥至含水量小于2％。
进一步地，步骤八中采用梭式窑氧化焰对干燥后的成型坯体进行烧成。
进一步地，步骤八中烧成温度为1250～1300℃，时间为3～5h。
一种铸造用特种浇道管，采用上述的铸造用特种浇道管的制备方法制得。
进一步地，所述铸造用特种浇道管的显气孔率为22.6～23.8％，吸水率为11.9～12.6％。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明提出了从原料的选择和使用、配合料的制备以及改进浇道管的制备工艺等方面的综合解决方案。第一：在原料的选择和使用上，放弃了现有耐火材料行业采用高铝熟料加粘土的普遍做法，采取以下两条措施。其一，选择氧化铝含量高的铝矾土代替现有的焦宝石和高铝石。氧化铝含量越高的铝矾土烧成制品后生成的莫来石矿相含量才能越高，这是提高制品莫来石矿相含量的最主要方式。
第二，采用铝矾土轻烧料代替传统的铝质熟料。所谓轻烧料是指在比现有陶管烧成温度低的温度下将铝矾土生料煅烧。大家知道，熟料的煅烧温度一般较高，甚至远高于陶管的烧成温度。即就是说在陶管的烧成温度下这些熟料实际上是“死烧料”或“过烧料”，其中的矿相结构在陶管的烧成过程中是不会再发生太大变化的。我们的焦宝石熟料和高铝石熟料的矿相组成，经XRD分析与陶管矿相组成十分相似，含有较多的方石英和石英相杂相，无法制得以莫来石相为主晶相的陶管，这就是例证。采用轻烧料的好处有二，一是轻度烧结，起到熟料同样的作用。二是轻烧活化，在陶管烧成温度下更有利于莫来石相的生成。
本发明在配合料的制备上，采取以下三条措施。其一，严格按照莫来石的化学组成范围配比配料。莫来石矿相的化学组成范围为3Al2O3·2SiO2～2Al2O3·SiO2。只有按照这个组成范围配料，才能确保烧成的制品中含有最高的莫来石相含量，也基本不会产生其它杂相矿相。其二，采用精陶的配合料做法，全部采用粒度均匀的细料配料。传统的陶管采用粗中细搭配配料，这是造成气孔率高、致密度小、易粘连等缺陷的根本原因之一。而全部采用细料配料，泥料中没有级配的粗颗粒，可以预见制品的气孔率就不会过高，更重要的是气孔分布很均匀，结果必然是制品体密度高、机械强度高、抗剥落性和抗热震性都较强。其三，采用共磨工艺。传统的方法是将各种原料分别研磨，筛分分级，再按照配比和颗粒级配混合，制成配合料。其缺点是除非经过充分练泥和陈腐过程，否则不易使配合料均匀化。而共磨法是将各种原料一起共磨，这样在配合料制备初期就基本实现了均匀化，这对后续的练泥和陈腐等工序大为有益。
本发明在烧成工序采取的措施是提高烧成温度。传统陶管的烧成温度一般在1250℃以下，这样的烧成温度对完全转化莫来石并不够。为了避免制品中不能完全转化为莫来石相而产生其它杂相，必须提高煅烧温度。
由上述措施可知，本发明具有两个显著特点，一是陶管制品中莫来石相含量高，品质好。二是制品气孔率低，体密度高、机械强度高、抗剥落性和抗热震性都较强。因此，按照本发明的工艺技术制备的陶瓷浇道管能够满足高端铸造工艺的需要。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的样品的XRD测试图；
图2为本发明实施例1所制备的样品的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种铸造用特种浇道管的制备方法，包括以下步骤：
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到900～1100℃，保温4～5h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为56～60％，SiO2质量百分比为30～34％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行1～2次粗练泥。粗练后泥料陈腐至少一周；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型，对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行烘干室烘干或自然干燥，使含水量小于2％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1250～1300℃，保温时间3～5h，之后随炉冷却。
本发明选择原产于河南的铝矾土，该铝矾土的主要化学成分为：Al2O366.3％，SiO225.5％，完全符合高氧化铝含量的需要。在结合粘土的选择上，本发明以具有高可塑性粘土为首选。为此选用原产于陕西的青坩为结合粘土，该粘土的主要化学成分为。SiO2 67.2％，Al2O3 26.4％，具有较强的可塑性。
本发明在成型方面采用了一项重要措施，即对厚壁管的泥料在挤管机挤管后再反向压制成型。这项措施使烧成后的制品致密度和强度大为提高。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到1000℃，保温4h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为56.8％，SiO2质量百分比为32％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行2次粗练泥。粗练后泥料陈腐一周；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型。对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行烘干室烘干，含水量为1.9％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1280℃，保温时间4h，之后随炉冷却。
经以上配料和制备工艺所得陶管外观为浅橘黄色，主晶相为莫来石相，显气孔率23.8％，吸水率12.2％，符合高端铸造用陶管的要求。
由图1可见，本实施例制备的样品的主晶相为莫来石相，峰形尖锐，峰强度高。其次，在矿相组成中还有一些刚玉相。刚玉相是高质量陶管所需要的矿相，具有耐火度高、强度高、抗热冲击性强等诸多优点，因而也是本发明陶管所需要的矿相。在图1中还可以看到有极少量方石英矿相的衍射峰，这是残存石英相转化为方石英相的标志，表明煅烧效果良好。
从图2可以看出，本实施例制备的样品中莫来石晶体发育良好，且均匀细腻，出现了许多人字形莫来石晶体结构，这是高铝质耐火材料中提高耐火度和强度的最佳矿相结构。
实施例2
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到900℃，保温5h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为56％，SiO2质量百分比为34％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行2次粗练泥。粗练后泥料陈腐10天；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型。对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行自然干燥，含水量为1.96％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1250℃，保温时间5h，之后随炉冷却。
经以上配料和制备工艺所得陶管外观为浅橘黄色，主晶相为莫来石相，显气孔率23.2％，吸水率12.3％，符合高端铸造用陶管的要求。
实施例3
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到1100℃，保温4h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为60％，SiO2质量百分比为30％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行1次粗练泥。粗练后泥料陈腐两周；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型。对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行烘干室烘干，含水量为1.8％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1300℃，保温时间3h，之后随炉冷却。
经以上配料和制备工艺所得陶管外观为浅橘黄色，主晶相为莫来石相，显气孔率22.6％，吸水率12.5％，符合高端铸造用陶管的要求。
实施例4
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到950℃，保温5h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为57.6％，SiO2质量百分比为31.5％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行2次粗练泥。粗练后泥料陈腐12天；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型。对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行自然干燥，使含水量为1.8％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1290℃，保温时间4h，之后随炉冷却。
经以上配料和制备工艺所得陶管外观为浅橘黄色，主晶相为莫来石相，显气孔率22.6％，吸水率11.9％，符合高端铸造用陶管的要求。
实施例5
1、将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
2、将破粉碎的铝矾土生料加热到1050℃，保温4h，制得铝矾土轻烧料；
3、按照目标产品中Al2O3质量百分比为58.2％，SiO2质量百分比为32.8％的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
4、将混合料用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
5、将所得配合料，用练泥机进行1次粗练泥。粗练后泥料陈腐两周；
6、将陈腐后的泥料用真空练泥机精练泥，并随后用挤管机挤管成型。对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
7、将成型坯体进行烘干室烘干，含水量为1.6％。
8、采用梭式窑氧化焰烧成，烧成温度1260℃，保温时间5h，之后随炉冷却。
经以上配料和制备工艺所得陶管外观为浅橘黄色，主晶相为莫来石相，显气孔率23.5％，吸水率12.6％，符合高端铸造用陶管的要求。

Claims (6)

1.一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将铝矾土生料和结合粘土青坩分别破粉碎至过100目筛；
步骤二：将破粉碎的铝矾土生料进行轻烧，轻烧温度为900~1100℃，时间为4~5h，制得铝矾土轻烧料；
步骤三：按照目标产品中Al2O3质量百分比为56~60%，SiO2质量百分比为30~34%的比例设计配方，并分别称取铝矾土轻烧料和青坩粘土，混合得到混合料；
步骤四：将混合料采用雷蒙磨进行干法共磨，共磨料过200目筛并电磁除铁，制得配合料；
步骤五：将所得配合料进行粗练泥，粗练后泥料陈腐至少一周；
步骤六：将陈腐后的泥料进行精练泥，随后挤管成型得到成型坯体；对厚壁管在挤管成型后再反向压制成型；
步骤七：将成型坯体干燥；
步骤八：将干燥后的成型坯体进行烧成，然后随炉冷却即得到铸造用特种浇道管。
2.根据权利要求1所述的一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，步骤五中采用练泥机将所得配合料进行1~2次粗练泥。
3.根据权利要求1所述的一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，步骤六中采用真空练泥机进行精练泥。
4.根据权利要求1所述的一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，步骤七中将成型坯体进行烘干室烘干或自然干燥至含水量小于2%。
5.根据权利要求1所述的一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，步骤八中采用梭式窑氧化焰对干燥后的成型坯体进行烧成。
6.根据权利要求1所述的一种铸造用特种浇道管的制备方法，其特征在于，步骤八中烧成温度为1250~1300℃，时间为3~5h。
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