CN110744004A - 一种工业废渣制作的新型消失模涂料 - Google Patents

一种工业废渣制作的新型消失模涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工业废渣制作的新型消失模涂料，包括骨料、载体、悬浮剂和粘结剂，所述骨料包括粉煤灰和铝矾土，所述载体包括酒精，所述悬浮剂包括有机膨润土和锂基膨润土，所述粘结剂包括酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。本发明提供的消失模涂料，使用粉煤灰既降低了耐火材料的制造成本，又避免粉煤灰排放对环境造成的污染。

Description

一种工业废渣制作的新型消失模涂料
技术领域
本发明属于消失模铸造技术领域，具体涉及一种工业废渣制作的新型消失模涂料。
背景技术
消失模铸造(又称实型铸造)是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合抽真空技术的实型铸造，是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。
铸造涂料是用来涂敷到型腔、型芯的表面上，是用来改善铸件的抗金属液的冲刷性、表面的耐火性、化学稳定性、抵抗粘砂的性能和抗粘型性等性能的铸造时必不可少的辅助材料。铸件在浇注之前，在型腔表面用刷子涂刷一层涂料，就可以有效地预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等一些缺陷，能够有效的提高了铸件的表面质量，降低铸件的成本。
近年来，由于我国电力工业的飞速的发展，直接导致粉煤灰的排放量越来越多，对环境已经造成了不小的危害。本发明基于现有技术中存在的问题，提供了一种工业废渣制作的新型消失模涂料，不但能够利用工业废渣，减少对环境的危害，还能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。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的技术问题，而提供一种利用工业废渣制作的新型消失模涂料，实现废物利用，降低环境污染；并提高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，从而解决背景技术中的技术问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种工业废渣制作的新型消失模涂料，包括骨料、载体、悬浮剂和粘结剂，所述骨料包括粉煤灰和铝矾土；所述载体包括酒精；所述悬浮剂包括有机膨润土和锂基膨润土；所述粘结剂包括酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。
进一步的，所述消失模涂料包括的组份及质量份数为：骨料45-80份，悬浮剂15-25份，粘结剂1.5-4.5份，载体0.5-1.2份。
进一步的，所述骨料包括的组分及质量份数为：粉煤灰22.5-40份、铝矾土22.5-40份。
进一步的，所述悬浮剂包括的组分及质量份数为：有机膨润土9-15份、锂基膨润土6-10份。
进一步的，所述粘结剂包括的组分及质量份数为酚醛树脂1-3份、胶粉0.2-0.6份、乙基纤维素0.1-0.3份、羧甲基纤维素钠0.2-0.6份，酒精0.5-1.2份。
进一步的，所述粉煤灰和铝矾土的质量比为1:1。
进一步的，所述有机膨润土和锂基膨润土的质量比为(2.5-4):(1-3)。
进一步的，所述消失模涂料还包括消泡剂，所述消泡剂采用正丁醇，所述正丁醇的质量份数为0.015-0.03份。
进一步的，所述胶粉为可再分散性乳胶粉，其堆积密度P1为320-495g/L。
进一步的，为了提高消失模涂料的耐高温性能，所述的骨料呈粉状，其粒径d1为0.15-0.45mm。所述酚醛树脂呈粉末状，其比表面积S为560-870m2/g。
进一步的，为了提高消失模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述骨料的粒径d1和酚醛树脂的比表面积S之间满足d1·S大于等于85小于等于389。
进一步的，为了更好地提高模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述骨料的粒径d1、酚醛树脂的比表面积S、可再分散性乳胶粉的堆积密度P1之间满足以下关系：
S＝α1·[P1/(2d1)]；
其中，α1为酚醛树脂的比表面积系数，取值范围为0.44-2.16。
进一步的，本发明还公开了一种消失模涂料的制备方法，所述消失模涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)原料的准备，按质量份数称取涂料制备中所用的原料。
(2)搅拌混合，加入悬浮剂和部分酒精，搅拌30-40min，边搅拌边加入骨料，当加入骨料重量的一半时，缓慢的加入粘结剂，再加入余下的骨料，在这个过程中加入载液，搅拌70-90min，加入甲基纤维素钠之后搅拌30-40min，加入乙基纤维素，搅拌30-40min，加入胶粉，搅拌30-40min。
(3)研磨均化，把搅拌好的试样放入胶体磨中，研磨均化20-30min。
(4)成品灌装。
进一步的，所述悬浮液的制备包括如下步骤：
S1、锂基土悬浮液的制备：将锂基膨润土过200目筛网，按重量比3:15:8依次称取锂基膨润土、水和酒精，先将锂基膨润土和水混合均匀，在搅拌过程中加入酒精，继续搅拌20-30min。将混匀后的溶液放入胶体磨中研磨20min后，陈化48小时，制得锂基土悬浮液；
S2、有机膨润土悬浮液的制备：有机膨润土过200目筛网，按重量比2:5:2:12依次称取有机膨润土、二甲苯、20号汽油和酒精，在有机膨润土中边搅拌边加入二甲苯，搅拌40-60min；再缓慢加入200号汽油搅拌20min，随后一边搅拌一边加入酒精，搅拌的时间约为30min，搅拌均匀后放入胶体磨中研磨均化20min，陈化48小时，制得有机膨润土悬浮液；
S3、复合悬浮剂制备：将锂基膨润土悬浮液和有机膨润土悬浮液按重量比2:3称取，混合搅拌30min，在胶体磨中研磨均化20min，静置即得复合悬浮剂。
进一步的，所述消失模涂料的悬浮率满足：
η＝V/100×100％，
其中，V为沉淀物的体积(mL)。
进一步的，通过粘度计，所述消失模涂料的粘度满足：
A＝τ/D，τ＝Z×α，
其中，A表示表观粘度值(Pa·s)，τ表示涂料的剪切应力(Pa)，D表示涂料的剪切速率(s-1)，Z表示转角常数(Pa)，α表示粘度计的表盘读数。
进一步的，所述涂料的悬浮率η和粘度A之间满足η·A大于等于17.3小于等于21.4。
本发明还公开了一种工业废渣制作的新型消失模涂料的生产装置，包括反应釜和设于反应釜内的搅拌机构，所述搅拌机构包括驱动电机、搅拌轴、上叶片、下叶片和螺旋刀片，所述驱动电机设于反应釜的外部顶端，所述驱动电机的输出轴连接反应釜内部的搅拌轴，所述上叶片和下叶片分别设于搅拌轴的上下端，所述螺旋刀片设于上叶片和下叶片之间。
进一步的，所述反应釜的侧壁上端开设进液孔，所述反应釜的顶端设与反应釜内部连通的排气孔。
进一步的，所述螺旋刀片设至少两个，所述至少两个螺旋刀片对称设于搅拌轴的两端，所述螺旋刀片的上端连接上叶片的下表面，所述螺旋刀片的下端连接下叶片的上表面。
进一步的，所述下叶片的下表面、对应搅拌轴处设弧形刀片。
进一步的，所述螺旋刀片等间距设置。
进一步的，所述上叶片、下叶片、螺旋刀片均为金属材质，其表面进行光滑处理，且表面粗糙度Ra均为0.2-0.4微米；表面硬度Y1为HRC75-92，内部硬度Y2为HRC62-73。
进一步的，为了提高所述上叶片、下叶片、螺旋刀的使用寿命，并更好地对消失模涂料进行制备，所述表面粗糙度Ra、表面硬度Y1、内部硬度Y2满足以下关系：
Y2/Y1＝β1·Ra1/2；
其中，β1为平衡因子，取值范围为1.08-2.05。
进一步的，为了优化所述消失模涂料的生产，以提高其性能，提高模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述的所述表面粗糙度Ra、表面硬度Y1、所述骨料的粒径d1和酚醛树脂的比表面积S之间满足以下关系：
d1·S＝λ·(Y1/Ra)；
其中，λ为关系系数，取值范围为0.23-1.78。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料，粉煤灰的主要化学成分及矿物成分可以满足铸造涂料中所用耐火粉料的成分要求，使用粉煤灰既降低了耐火材料的制造成本，又避免粉煤灰排放对环境造成的污染。
2、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料，所述粘结剂中的酚醛树脂、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠之间能够互相促进，起到协同作用，以提高消失模涂料的粘接性能。
3、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料，通过设置所述骨料的粒径d1和酚醛树脂的比表面积S的范围和之间满足的关系，提高消失模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷。
4、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料，通过设置所述骨料的粒径d1、酚醛树脂的比表面积S、可再分散性乳胶粉的堆积密度P1之间满足的关系，以更好地提高模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷。
5、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料，酒精作为载液，极易挥发、可以燃烧、无毒、无臭味、经济、安全；以有机膨润土和锂基膨润土作为复合悬浮剂，涂刷性好、易点燃、涂层表面刷痕少，粉煤灰、铝矾土、酒精、有机膨润土、锂基膨润土、酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠的配合使用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。
6、本发明的工业废渣制作的新型消失模涂料生产装置，上下叶片能够起到对物料切割的作用，上下叶片之间的螺旋刀片，减少转动阻力，其切割刀片面相反设置，又可增强其对团聚的涂料的分散效果，使其能够被充分打散，既能切割又能搅拌，搅拌效果好、效率高。
附图说明
图1是本发明一种工业废渣制作的新型消失模涂料组成示意图。
图2是本发明一种工业废渣制作的新型消失模涂料生产装置示意图。
图3是本发明一种工业废渣制作的新型消失模涂料生产装置搅拌机构示意图。
图4是本发明实施例7示意图。
图中：1、反应釜；2、进液孔；3、驱动电机；4、排气孔；5、搅拌轴；6、上叶片；7、下叶片；8、螺旋刀片；9、弧形刀片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种工业废渣制作的新型消失模涂料，包括骨料、载体、悬浮剂和粘结剂，所述骨料包括粉煤灰和铝矾土；所述载体包括酒精；所述悬浮剂包括有机膨润土和锂基膨润土；所述粘结剂包括酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。
所述消失模涂料包括的组份及质量份数为：骨料45-80份，悬浮剂15-25份，粘结剂1.5-4.5份，载体0.5-1.2份。所述骨料包括的组分及质量份数为：粉煤灰22.5-40份、铝矾土22.5-40份。所述悬浮剂包括的组分及质量份数为：有机膨润土9-15份、锂基膨润土6-10份。
所述粘结剂包括的组分及质量份数为酚醛树脂1-3份、胶粉0.2-0.6份、乙基纤维素0.1-0.3份、羧甲基纤维素钠0.2-0.6份，酒精0.5-1.2份。
所述粉煤灰和铝矾土的质量比为1:1。所述有机膨润土和锂基膨润土的质量比为(2.5-4):(1-3)。所述消失模涂料还包括消泡剂，所述消泡剂采用正丁醇，所述正丁醇的质量份数为0.015-0.03份。
所述胶粉为可再分散性乳胶粉，其堆积密度P1为320-495g/L。为了提高消失模涂料的耐高温性能，所述的骨料呈粉状，其粒径d1为0.15-0.45mm。所述酚醛树脂呈粉末状，其比表面积S为560-870m2/g。
为了提高消失模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述骨料的粒径d1和酚醛树脂的比表面积S之间满足d1·S大于等于85小于等于389。
为了更好地提高模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述骨料的粒径d1、酚醛树脂的比表面积S、可再分散性乳胶粉的堆积密度P1之间满足以下关系：
S＝α·[P1/(2d1)]；
其中，α为酚醛树脂的比表面积系数，取值范围为0.44-2.16。
实施例2
结合图1，一种工业废渣制作的新型消失模涂料，包括骨料、载体、悬浮剂和粘结剂，所述骨料包括粉煤灰和铝矾土，所述载体包括酒精，所述悬浮剂包括有机膨润土和锂基膨润土，所述粘结剂包括酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。
进所述涂料的各原料的重量份数为：粉煤灰35％、铝矾土35％、有机膨润土9％、锂基膨润土6％、酚醛树脂1.5％、胶粉0.4％、乙基纤维素0.2％、羧甲基纤维素钠0.4％，余量为酒精。
实施例3
在实施例1的基础上，所述涂料还包括消泡剂，所述消泡剂采用正丁醇，所述正丁醇的重量份数为0.03％。
实施例4
所述涂料的制备包括如下步骤：
(1)原料的准备，按重量份数称取涂料制备中所用的原料。
(2)搅拌混合，加入悬浮剂和部分酒精，搅拌30-40min，边搅拌边加入骨料，当加入骨料重量的一半时，缓慢的加入粘结剂，再加入余下的骨料，在这个过程中加入载液，搅拌70-90min，加入甲基纤维素钠之后搅拌30-40min，加入乙基纤维素，搅拌30-40min，加入胶粉，搅拌30-40min，加入消泡剂，搅拌10-20min。
(3)研磨均化，把搅拌好的试样放入胶体磨中，研磨均化20-30min。
(4)成品灌装。
实施例5
在实施例3的基础上，所述悬浮液的制备包括如下步骤：
S1、锂基土悬浮液的制备：将锂基膨润土过200目筛网，按重量比3:15:8依次称取锂基膨润土、水和酒精，先将锂基膨润土和水混合均匀，在搅拌过程中加入酒精，继续搅拌20-30min。将混匀后的溶液放入胶体磨中研磨20min后，陈化48小时，制得锂基土悬浮液；
S2、有机膨润土悬浮液的制备：有机膨润土过200目筛网，按重量比2:5:2:12依次称取有机膨润土、二甲苯、20号汽油和酒精，在有机膨润土中边搅拌边加入二甲苯，搅拌40-60min；再缓慢加入200号汽油搅拌20min，随后一边搅拌一边加入酒精，搅拌的时间约为30min，搅拌均匀后放入胶体磨中研磨均化20min，陈化48小时，制得有机膨润土悬浮液；
S3、复合悬浮剂制备：将锂基膨润土悬浮液和有机膨润土悬浮液按重量比2:3称取，混合搅拌30min，在胶体磨中研磨均化20min，静置即得复合悬浮剂。
实施例6
在实施例4的基础上，对涂料的悬浮率和粘度进行计算，所述涂料的悬浮率满足：η＝V/100×100％，其中，V为沉淀物的体积(mL)。
通过粘度计，所述涂料的粘度满足：A＝τ/D，τ＝Z×α，其中，A表示表观粘度值(Pa·s)，τ表示涂料的剪切应力(Pa)，D表示涂料的剪切速率(s-1)，Z表示转角常数(Pa)，α表示粘度计的表盘读数。
所述涂料的悬浮率η和粘度A之间满足η·A大于等于17.3小于等于21.4。
实施例7
如图2和图3所示，一种工业废渣制作的新型消失模涂料的生产装置，包括反应釜1和设于反应釜1内的搅拌机构，所述反应釜1的侧壁上端开设进液孔2，所述反应釜1的顶端设与反应釜1内部连通的排气孔4，排气孔4通过电磁阀连接反应釜1。
所述搅拌机构包括驱动电机3、搅拌轴5、上叶片6、下叶片7和螺旋刀片8，所述驱动电机3设于反应釜1的外部顶端，所述驱动电机3的输出轴连接反应釜1内部的搅拌轴5，所述上叶片6和下叶片7分别设于搅拌轴5的上下端，所述螺旋刀片8设于上叶片6和下叶片7之间。
所述螺旋刀片8设至少两个，所述至少两个螺旋刀片8对称设于搅拌轴5的两端，所述螺旋刀片8的上端连接上叶片6的下表面，所述螺旋刀片8的下端连接下叶片7的上表面。
所述下叶片7的下表面、对应搅拌轴5处设弧形刀片9。
所述上叶片、下叶片、螺旋刀片均为金属材质，其表面进行光滑处理，且表面粗糙度Ra均为0.2-0.4微米；表面硬度Y1为HRC75-92，内部硬度Y2为HRC62-73。所述的表面硬度是指从表面到材料内部0.2mm范围内的硬度；所述的内部硬度是指除表面硬度范围外的内部硬度。
为了提高所述上叶片、下叶片、螺旋刀的使用寿命，并更好地对消失模涂料进行制备，所述表面粗糙度Ra、表面硬度Y1、内部硬度Y2满足以下关系：
Y2/Y1＝β1·Ra1/2；
其中，β1为平衡因子，取值范围为1.08-2.05。
为了优化所述消失模涂料的生产，以提高其性能，提高模涂料的耐高温性能，预防铸件砂眼、粘砂和夹砂等缺陷，所述的所述表面粗糙度Ra、表面硬度Y1、所述骨料的粒径d1和酚醛树脂的比表面积S之间满足以下关系：
d1·S＝λ·(Y1/Ra)；
其中，λ为关系系数，取值范围为0.23-1.78。
实施例8
在实施例6的基础上，结合图4，当反应釜的内部体积较大时，采用实施例6结构的搅拌机构会导致搅拌不均匀，甚至损坏搅拌叶片，因此，在较大体积的反应釜内，可通过叠加叶片和螺旋刀片，形成上下多个搅拌结构，将涂料进行上下分离搅拌，减轻搅拌结构的负担，加强搅拌效果。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业废渣制作的新型消失模涂料，包括骨料、载体、悬浮剂和粘结剂，其特征在于：所述骨料包括粉煤灰和铝矾土；所述载体包括酒精；所述悬浮剂包括有机膨润土和锂基膨润土；所述粘结剂包括酚醛树脂、胶粉、乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。
2.根据权利要求1所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述消失模涂料包括的组份及质量份数为：骨料45-80份，悬浮剂15-25份，粘结剂1.5-4.5份，载体0.5-1.2份。
3.根据权利要求1所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述骨料包括的组分及质量份数为：粉煤灰22.5-40份、铝矾土22.5-40份。
4.根据权利要求1所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述悬浮剂包括的组分及质量份数为：有机膨润土9-15份、锂基膨润土6-10份。
5.根据权利要求1所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述粘结剂包括的组分及质量份数为酚醛树脂1-3份、胶粉0.2-0.6份、乙基纤维素0.1-0.3份、羧甲基纤维素钠0.2-0.6份，酒精0.5-1.2份。
6.根据权利要求3所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述粉煤灰和铝矾土的重量比为1:1。
7.根据权利要求3所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述有机膨润土和锂基膨润土的重量比为(2.5-4):(1-3)。
8.根据权利要求1所述的一种工业废渣制作的新型消失模涂料，其特征在于：所述消失模涂料还包括消泡剂，所述消泡剂采用正丁醇，所述正丁醇的质量份数为0.015-0.03份。
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