CN111943698A - 精铸腊模的面层耐火材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精铸腊模的面层耐火材料,它是由下述方法制备的:按质量百分比,工业氧化铝75~85%、脉石英11~18%、锆英砂3~6%,混匀,采用三相星形电弧炉2100~2300℃冶炼,粉碎,研磨;由于设计配料合理,主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石;刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间;除两种主晶相外,还有少量玻璃相,微量氧化锆;易脱膜,不粘结,粘砂少,保证了精铸产品的光洁度;比重为3.l0g/cm3;热导率大,线膨胀系数小,为5×10‑6;减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,具体涉及一种精铸腊模的面层耐火材料。
背景技术
耐火材料品种繁多、用途各异,有必要对耐火材料进行科学分类,以便于科学研究、合理选用和管理;耐火材料的分类方法很多,按化学矿物组成分类:1)硅质耐火材料;2)硅酸铝质耐火材料;3)镁质耐火材料;4)白云石质耐火材料;5)碳复合耐火材料;6)含锆耐火材料;7)特种耐火材料;然而,现有耐火材料膨胀系数较大、热导系数小、耐火度低、杂质含量波动大、低熔物高、颗粒形状流平性差、锆英砂价格高;
20世纪初,耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展,同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代,随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展,具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。在中国有许多工厂生产耐火材料产品。中国有丰富的资源,也正因为这方面的原因,各大外国投资商也来到国内一展身手,展露头角。
发明内容
本发明目的是为解决耐火材料用的天然高等级矿石贫乏、现有耐火材料膨胀系数较大、热导系数小、耐火度低、杂质含量波动大、低熔物高、颗粒形状流平性差、锆英砂价格高的问题,而提供一种耐火材料。
精铸腊模的面层耐火材料,它是由下述方法制备的:
按质量百分比,工业氧化铝75~85%、脉石英11~18%、锆英砂3~6%,混匀,2100~2300℃冶炼,粉碎,研磨;
所述的工业氧化铝含量≥99%、脉石英含量为99%,锆英砂含量>66%;
所述的工业氧化铝75~80%、脉石英15~18%、锆英砂4~6%;
所述的工业氧化铝76%、脉石英18%、锆英砂6%;
所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼,用三根起弧棒2在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与起弧棒2压实后在起弧焦3处放置碳粒,再在碳粒上面放氧化铝粉,待电流升至正常值后,原料缓慢投入,保证电压电流的额定值;
所述的碳粒和氧化铝粉的比例为0.9~1.1:200;
所述的碳粒和氧化铝粉的比例为1:200;
所述的起弧棒2为碳棒,所述的电极为石墨电极;
接包时熔池深度不能大于300mm,倒炉时电极圆范围内保留50mm熔液;
所述的精铸腊模的面层耐火材料的粒径小于0.045mm。
本发明提供了精铸腊模的面层耐火材料,它是由下述方法制备的:按质量百分比,工业氧化铝75~85%、脉石英11~18%、锆英砂3~6%,混匀,2100~2300℃冶炼,粉碎,研磨;所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼,用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒,再在碳粒上面放200kg氧化铝粉,待电流升至正常值后,原料缓慢投入,保证电压电流的额定值;本发明优点在于:
1)耐火材料比重为3.l0g/cm3,照比锆英砂(比重4.20g/cm3)轻1.10 g/cm3;
2)照比天然矿石杂质含量少而且可控,没有波动,将铸产品的麻点少;
3)耐火度高(1800℃),适合于高温金属的浇铸;
4)透气件好,干燥速度快,节省能源,缩短了产品的生产周期;
5)流平性好,保证了产品的盲孔,棱角的几何形状;
6)热导率大,线膨胀系数小,线膨胀系数为5×10-6,减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生;
7) 由于设计配料合理,主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石;刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间;除两种主晶相外,还有少量玻璃相,微量氧化锆;易脱膜,不粘结,粘砂少,保证了精铸产品的光洁度。
附图说明
图1 精铸腊模的面层耐火材料在50倍电镜下显微结构图;
图2 精铸腊模的面层耐火材料在25倍电镜下显微结构图;
图3 精铸腊模的面层耐火材料在300倍电镜下显微结构图;
图4 精铸腊模的面层耐火材料在100倍电镜下显微结构图;
图5 精铸腊模的面层耐火材料在300倍电镜下显微结构图;
图6 精铸腊模的面层耐火材料在100倍电镜下显微结构图;
图7 精铸腊模的面层耐火材料在400倍电镜下显微结构图;
图8 精铸腊模的面层耐火材料在耐火材料分析谱图;
图9 精铸腊模的面层耐火材料电弧炉示意图。
具体实施方式
实施例1生产精铸腊模的面层耐火材料的电弧炉
请参见图9,生产精铸腊模的面层耐火材料的电弧炉,它包括:炉膛、炉衬、电极、起弧棒2、起弧焦3;
炉底4为碟形(炉底电极圆区)、起弧棒2星型摆放,星点处为起弧焦3,起弧棒2另一端与三个电极(电极A、电极B、电极C)相连接;所述的起弧棒2为碳棒,所述的电极为石墨电极。
实施例2精铸腊模的面层耐火材料的制备
1)配比:原料采用含量≥99%的Al2O3 (工业氧化铝),含量99%的SiO2(脉石英),含量>66%的ZrO2(锆英砂);按原料质量分数Al2O3 80%、SiO2 15%、ZrO2 5%进行均匀混配;
2)冶炼:用电弧炉冶炼,熔炼工艺是:开炉前,先把炉底电极圆区域内修成碟形,以利于开炉熔液集中;用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒,再在碳粒上面放200kg氧化铝粉,以利于送电后能顺利融化成熔液;待电流升至正常值后(1000kva变压器电压180V电流3200A。1500kva变压器,电压200V,电流4300A),将步骤1)混配好的原料缓慢投入,在炉况正常后,按设定好的投料速度定时投料,并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量,要保证电压电流的额定值;熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间;
3)接包:根据接包容量确定每包的投料量,正常控制在4-5T;熔池深度不能大于300mm,防止炉底凝固不能倒出;之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液,保证后续送电顺利熔炼,这样操作就可安全连续进行生产;
4)冷却:接包吨位在4-5T,倒包结束后,冷却四小时即可脱包;待冷却到常温后,即可按不同的规格进入制砂、制粉工序;
5)将冷却后的块进行分选,剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序;
6)将制成的砂投入制粉设备中,同时配入添加剂等材料进行共磨,制成粒径小于0.045mm(45μm)的粉体;在50倍、300倍电镜下显微结构图分别见图1、3;
7)使用时按硅溶胶(根据工件大小,确定型号规格),与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上,使用中要始终搅拌,防止偏析,保证涂掛均匀一致。
8)本产品适用于低、中、高温腊模使用的面层耐火材料,外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例3精铸腊模的面层耐火材料的制备
1)配比:原料采用含量≥99%的Al2O3 (工业氧化铝),含量99%的SiO2(脉石英),含量>66%的ZrO2(锆英砂);按原料质量分数Al2O3 85%、SiO2 11%、ZrO2 4%进行均匀混配;
2)冶炼:用倾倒炉冶炼,熔炼工艺是:开炉前,先把炉底电极圆区域内修成碟形,以利于开炉熔液集中;用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒,再在碳粒上面放200kg氧化铝粉,以利于送电后能顺利融化成熔液;待电流升至正常值后,将步骤1)混配好的原料缓慢投入,在炉况正常后,按设定好的投料速度定时投料,并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量,要保证电压电流的额定值;熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间;
3)接包:根据接包容量确定每包的投料量,正常控制在4-5T;熔池深度不能大于300mm,防止炉底凝固不能倒出;之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液,保证后续送电顺利熔炼,这样操作就可安全连续进行生产;
4)冷却:接包吨位在4-5T,倒包结束后,冷却四小时即可脱包;待冷却到常温后,即可按不同的规格进入制砂、制粉工序;
5)将冷却后的块进行分选,剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序;
6)将制成的砂投入制粉设备中,同时配入添加剂等材料进行共磨,制成粒径小于0.045mm(45μm)的粉体;在100倍、300倍电镜下显微结构图见图4、5;
7)使用时按硅溶胶(根据工件大小,确定型号规格),与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上,使用中要始终搅拌,防止偏析,保证涂掛均匀一致。
8)本产品适用于低、中、高温腊模使用的面层耐火材料,外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例4精铸腊模的面层耐火材料的制备
1)配比:原料采用含量≥99%的Al2O3 (工业氧化铝),含量99%的SiO2(脉石英),含量>66%的ZrO2(锆英砂);按原料质量分数Al2O3 76%、SiO2 18%、ZrO2 6%进行均匀混配;
2)冶炼:用倾倒炉冶炼,熔炼工艺是:开炉前,先把炉底电极圆区域内修成碟形,以利于开炉熔液集中;用三根碳棒在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与碳棒压实后在星点处放置1kg碳粒,再在碳粒上面放200kg氧化铝粉,以利于送电后能顺利融化成熔液;待电流升至正常值后,将步骤1)混配好的原料缓慢投入,在炉况正常后,按设定好的投料速度定时投料,并要根据熔池情况做适当处理和増减投料量,要保证电压电流的额定值;熔炼用的三相电弧炉熔池温度在2100~2300℃之间;
3)接包:根据接包容量确定每包的投料量,正常控制在4-5T;熔池深度不能大于300mm,防止炉底凝固不能倒出;之后每倒一次炉内电极圆范围内要留有50mm深度熔液,保证后续送电顺利熔炼,这样操作就可安全连续进行生产;
4)冷却:接包吨位在4-5T,倒包结束后,冷却四小时即可脱包;待冷却到常温后,即可按不同的规格进入制砂、制粉工序;
5)将冷却后的块进行分选,剔除不合格的料块进入制砂、磨粉工序;
6)将制成的砂投入制粉设备中,同时配入添加剂等材料进行共磨,制成粒径小于0.045mm(45μm)的粉体;在25倍、100倍、400倍电镜下显微结构图分别见图2、6、7;
7)使用时按硅溶胶(根据工件大小,确定型号规格),与粉2.6-2.8:1。根据涂掛情况进行调配。初始搅拌时间要保证10小时以上,使用中要始终搅拌,防止偏析,保证涂掛均匀一致;
8)本产品适用于低、中、高温腊模使用的面层耐火材料,外层骨料淋砂可继续使用目前使用的耐火骨料。
实施例5 耐火材料指标检测
一、将制备出的耐火材料送国家耐火材料质量监督检验中心检测,检测开始日期2019年4月18日,报告日期2019年5月16日,试样重量300g,其成分含量和性能检测结果如下表所示:
线膨胀率结果如下:
二、将制备的耐火材料,送中钢集团洛阳耐火材料研究院检测,检测结果如下:
1、试样经切割、磨剑、喷金后置于电镜下观察,图1、2、4、6所示为试样低倍显微结构;主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石;刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间;高倍下观察,显微结构如图3、5、7所示,除两种主晶相外,还有少量玻璃相,微量氧化锆;
2、任取几处材料,经SEM及EDAX分析后得到如表3的结果:
3、经XRD分析,测试条件为:CuK α;λ=1.541A;45Kv,40mA;得到的结果如下:
该样品以莫来石为主,含量50~60%;其次为刚玉,含量30~40%;单斜氧化锆,含量1~3%(图8);
4、实施例1~3制备的耐火材料的理化特性
1)耐火材料比重为3.l0g/cm3,照比锆英砂(比重4.20g/cm3)轻1.10 g/cm3;
2)照比天然矿石杂质含量少而且可控,没有波动,将铸产品的麻点少;
3)耐火度高(1800℃),适合于高温金属的浇铸;
4)透气件好,干燥速度快,节省能源,缩短了产品的生产周期;
5)流平性好,保证了产品的盲孔,棱角的几何形状;
6)热导率大,线膨胀系数小,线膨胀系数为5×10-6,减少了模壳变形、裂纹、开裂的产生;
7) 由于设计配料合理,主晶相为近似圆粒状的刚玉和呈连续分布的莫来石;刚玉晶体尺寸约在30~120微米之间;除两种主晶相外,还有少量玻璃相,微量氧化锆;易脱膜,不粘结,粘砂少,保证了精铸产品的光洁度。
因为耐火材料用的高等级矿石越来越贫乏,不会再生,所以采用这种人工合成的耐火材料可以替代一些贫乏的矿源;而且材料纯度高,用量比例少,所以对生态环境是起到一个很大的保护作用。
Claims (9)
1.精铸腊模的面层耐火材料,它是由下述方法制备的:
按质量百分比,工业氧化铝75~85%、脉石英11~18%、锆英砂3~6%,混匀,2100~2300℃冶炼,粉碎,研磨。
2.根据权利要求1所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的工业氧化铝含量≥99%、脉石英含量为99%,锆英砂含量>66%。
3.根据权利要求2所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的工业氧化铝75~80%、脉石英15~18%、锆英砂4~6%。
4.根据权利要求3所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的工业氧化铝76%、脉石英18%、锆英砂6%。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的冶炼采用三相电弧炉冶炼,用三根起弧棒(2)在炉底摆成与三相电极相对应的星型,电极与起弧棒(2)压实后在星点处放置碳粒,再在碳粒上面放氧化铝粉,待电流升至正常值后,原料缓慢投入,保证电压电流的额定值;所述的碳粒和氧化铝粉的比例为0.9~1.1:200。
6.根据权利要求5所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的碳粒和氧化铝粉的比例为1:200。
7.根据权利要求6所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的起弧棒(2)为碳棒,所述的电极为石墨电极。
8.根据权利要求7所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:准备倒包时熔池深度不能大于300mm,倒炉时电极圆范围内保留50mm熔液。
9.根据权利要求8所述的精铸腊模的面层耐火材料,其特征在于:所述的精铸腊模的面层耐火材料的粒径小于0.045mm。
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CN111943698B (zh) | 2021-02-19 |
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