CN111266535B - 一种复合保温铸造用冒口套及其制备工艺 - Google Patents

一种复合保温铸造用冒口套及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；发热层原料按重量份包括：铝粉32‑36，氧化铁30‑35，高锰酸钾1‑4，硅砂3‑6，珠光砂1‑3，复合竹炭粉2‑4，羧甲基纤维素钠4‑12。发热层采用如下工艺制备：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，模具定型，350‑400℃烘干。其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将竹炭粉、纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入水缓慢搅拌，搅拌状态下加入壳聚糖、丙烯酰胺、光引发剂，然后静置，紫外光照处理得到复合竹炭粉。

Description

一种复合保温铸造用冒口套及其制备工艺
技术领域
本发明涉及冒口套技术领域，尤其涉及一种复合保温铸造用冒口套及其制备工艺。
背景技术
大部分金属在冷却过程中会经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩，如果前两种收缩不能得到及时补偿的话，就会在铸件中形成缩孔、缩松等铸造缺陷，破坏铸件的性能。为有效防止缩孔缩松等铸造缺陷的产生，往往采用冒口(即在铸型中用于储存金属液的空腔)进行铸造。
通常在冒口外设置由发热材料制成的冒口套，利用发热材料在高温下放热，抑制冒口金属液的散热，延长冒口金属液的凝固时间，减小了冒口尺寸。发热保温冒口套一般由保温材料、发热材料、氧化剂、耐火材料及粘贴剂等组合制成，保温冒口套的材料必须具有以下要求：具有良好的保温性能，具有良好的耐火性能，高温下化学稳定性强，具有足够的干强度和湿强度，使用过程中清洁环保。
冒口套在铸钢件、铸钢锭、球墨铸铁件、铜铝合金逐渐方面具有广泛的应用。然而，现有技术制备的冒口套材料用量大，但强度性能较低，热量传递不均匀，容易造成冒口套的变形，无法满足现有铸造生产的需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种复合保温铸造用冒口套及其制备工艺。
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料按重量份包括：铝粉32-36份，氧化铁30-35份，高锰酸钾1-4份，硅砂3-6份，珠光砂1-3份，复合竹炭粉2-4份，羧甲基纤维素钠4-12份。
优选地，发热层原料中复合竹炭粉采用竹炭粉与纳米二氧化硅研磨，然后采用丙烯酰胺进行紫外交联得到。
优选地，发热层原料中复合竹炭粉具体采用如下工艺制备：将竹炭粉、纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入水缓慢搅拌，搅拌状态下加入壳聚糖、丙烯酰胺、光引发剂，然后静置，紫外光照处理得到复合竹炭粉。
优选地，复合竹炭粉的制备工艺中，加入水缓慢搅拌3-6h，搅拌速度为20-40r/min；静置时间为2-4天；紫外光照时间为10-20min。
优选地，复合竹炭粉的制备工艺中，竹炭粉、纳米二氧化硅、水、壳聚糖、丙烯酰胺、光引发剂的质量比为10-20：2-6：20-30：1-2：2-2.8：0.01-0.03。
优选地，保温层采用硅酸铝陶瓷纤维制得。
优选地，包覆层采用玻璃纤维布制得。
优选地，保护层为铝合金层。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，模具定型，350-400℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
本发明的技术效果如下所示：
(1)本发明的复合竹炭粉采用竹炭粉、纳米二氧化硅复配研磨，使纳米二氧化硅充分进入竹炭粉的空隙结构内部，配合丙烯酰胺进行紫外交联，而壳聚糖可在其中起到物理交联点的作用，所得复合竹炭粉为以竹炭的多孔结构在其中作为支撑实体，周围为互传贯穿的网络凝胶结构，不仅具有优异的导热性能，可以很好的阻隔空气中的氧气、二氧化碳等物质，保温效果极好。
(2)本发明的复合竹炭粉可充分分散在铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、羧甲基纤维素钠中，经过烧结形成一种多孔性材料结构，复合竹炭粉的特殊结构均匀分布在发热层中，这种特殊的结构使得发热层热量传递极为均匀，使冒口套不易发生变形。
(3)本发明的复合保温铸造用冒口套，包括多层包覆结构，不仅材料化学性能稳定，通过对发热层进行特殊改进，可有效提高冒口套的强度，热量传递均匀，而且放出的热量可使冒口内液体温度均匀升高，使冒口内金属液凝固时间变长，延长补缩时间，提高冒口对铸件的补缩效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉32kg，氧化铁35kg，高锰酸钾1kg，硅砂6kg，珠光砂1kg，复合竹炭粉4kg，羧甲基纤维素钠4kg。
其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将20kg竹炭粉、2kg纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入30kg水缓慢搅拌3h，搅拌速度为40r/min，搅拌状态下加入1kg壳聚糖、2.8kg丙烯酰胺、0.01kg光引发剂，搅拌均匀后静置4天，紫外光照10min，得到复合竹炭粉。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度400℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
实施例2
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉36kg，氧化铁30kg，高锰酸钾4kg，硅砂3kg，珠光砂3kg，复合竹炭粉2kg，羧甲基纤维素钠12kg。
其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将10kg竹炭粉、6kg纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入20kg水缓慢搅拌6h，搅拌速度为20r/min，搅拌状态下加入2kg壳聚糖、2kg丙烯酰胺、0.03kg光引发剂，搅拌均匀后静置2天，紫外光照20min，得到复合竹炭粉。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度350℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
实施例3
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉33kg，氧化铁34kg，高锰酸钾2kg，硅砂5kg，珠光砂1.5kg，复合竹炭粉3.5kg，羧甲基纤维素钠6kg。
其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将18kg竹炭粉、3kg纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入28kg水缓慢搅拌4h，搅拌速度为35r/min，搅拌状态下加入1.3kg壳聚糖、2.6kg丙烯酰胺、0.015kg光引发剂，搅拌均匀后静置3.5天，紫外光照12min，得到复合竹炭粉。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度380℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
实施例4
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉35kg，氧化铁32kg，高锰酸钾3kg，硅砂4kg，珠光砂2.5kg，复合竹炭粉2.5kg，羧甲基纤维素钠10kg。
其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将12kg竹炭粉、5kg纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入22kg水缓慢搅拌5h，搅拌速度为25r/min，搅拌状态下加入1.7kg壳聚糖、2.2kg丙烯酰胺、0.025kg光引发剂，搅拌均匀后静置2.5天，紫外光照18min，得到复合竹炭粉。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度360℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
实施例5
一种复合保温铸造用冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉34kg，氧化铁33kg，高锰酸钾2.5kg，硅砂4.5kg，珠光砂2kg，复合竹炭粉3kg，羧甲基纤维素钠8kg。
其中复合竹炭粉采用如下工艺制备：将15kg竹炭粉、4kg纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入25kg水缓慢搅拌4.5h，搅拌速度为30r/min，搅拌状态下加入1.5kg壳聚糖、2.5kg丙烯酰胺、0.02kg光引发剂，搅拌均匀后静置3天，紫外光照15min，得到复合竹炭粉。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度370℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
对比例
一种冒口套，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料包括：铝粉34kg，氧化铁33kg，高锰酸钾2.5kg，硅砂4.5kg，珠光砂2kg，竹炭粉3kg，羧甲基纤维素钠8kg。
上述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，送入定型模具中制成半成品，然后送入窑炉中在温度370℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
将实施例3-5所得冒口套和对比例所得冒口套进行检测(导热性能测定采用导热测试仪进行测试)，其结果如下表所示：
实施例3 实施例4 实施例5 对比例
抗折强度，Mpa 2.7 2.5 2.9 2.1
抗压强度，Mpa 1.03 1.14 1.12 0.88
耐火度，℃ 1750 1760 1790 1580
导热系数，W/(m·K) 0.074 0.075 0.073 0.105
收缩率，％ 0.102 0.105 0.107 0.077
采用实施例3-5所得冒口套和对比例所得冒口套进行钢水试验，实施例5所得冒口套中钢水凝固时间为对比例所得冒口套中钢水凝固时间的2.2倍，冒口扩大系数大于1.45.
由上述结果可知：本发明所得复合保温铸造用冒口套具有良好的机械性能和发热稳定性，而且补缩效果良好，保温性能优异。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合保温铸造用冒口套，其特征在于，包括发热层、包覆层、保温层、保护层，包覆层包覆在发热层外侧，保温层包覆在包覆层外侧，保护层包覆在保温层外侧；
发热层原料按重量份包括：铝粉32-36份，氧化铁30-35份，高锰酸钾1-4份，硅砂3-6份，珠光砂1-3份，复合竹炭粉2-4份，羧甲基纤维素钠4-12份；
复合竹炭粉具体采用如下工艺制备：将竹炭粉、纳米二氧化硅混合研磨均匀，加入水缓慢搅拌，搅拌状态下加入壳聚糖、丙烯酰胺、光引发剂，然后静置，紫外光照处理得到复合竹炭粉。
2.根据权利要求1所述复合保温铸造用冒口套，其特征在于，复合竹炭粉的制备工艺中，加入水缓慢搅拌3-6h，搅拌速度为20-40r/min；静置时间为2-4天；紫外光照时间为10-20min。
3.根据权利要求1所述复合保温铸造用冒口套，其特征在于，复合竹炭粉的制备工艺中，竹炭粉、纳米二氧化硅、水、壳聚糖、丙烯酰胺、光引发剂的质量比为10-20：2-6：20-30：1-2：2-2.8：0.01-0.03。
4.根据权利要求1所述复合保温铸造用冒口套，其特征在于，保温层采用硅酸铝陶瓷纤维制得。
5.根据权利要求1所述复合保温铸造用冒口套，其特征在于，包覆层采用玻璃纤维布制得。
6.根据权利要求1所述复合保温铸造用冒口套，其特征在于，保护层为铝合金层。
7.一种如权利要求1-6任一项所述复合保温铸造用冒口套的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：将铝粉、氧化铁、高锰酸钾、硅砂、珠光砂、复合竹炭粉、羧甲基纤维素钠混合均匀，加水打成浆料，模具定型，350-400℃烘干，降温得到发热层；接着将包覆层包覆于发热层外侧，再将保温层包覆于包覆层外侧，然后将保护层包覆在保温层外侧。
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