CN112321278A - 一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发热冒口套技术领域，具体涉及一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，包括以下步骤：（1）双重改性空心微珠制备；（2）混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土、菱苦土、活化膨润土、河砂、氧化铝、氧化铁置于球磨机中得到混合粉末；（3）制坯：将无机粘合剂与上述制备的混合粉末并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得生坯；（4）煅烧；（5）降温；本发明的空心微珠与糊精水解产物和与玻璃纤维混合，从而加大冒口套的吹气速度和提高制品的阻燃性，减少铸件的气孔数量，从而减少冒口套的发气量；通过使用无机粘合剂，在使用过程中不会发散有毒的蒸汽，保护环境和保护工作者健康。

Description

一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺
技术领域
本发明涉及发热冒口套技术领域，具体涉及一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺。
背景技术
冒口套补缩作用的必要条件是保持冒口中的金属液晚于铸件凝固和有足够的金属液补充铸件的收缩；冒口套的种类主要分为普通冒口套、保温冒口套、和发热冒口套；普通冒口套是用普通造型材料制做的，补缩效果差，已广泛被保温冒口套替代；保温冒口套是用保温材料制做的，延长了保温冒口套中的金属液的凝固时间，节省金属，保温冒口套可以比普通冒口套提高约40％的补缩效率；发热冒口套是在冒口材料中加入发热剂，在浇入金属液后，发热剂反应放热，使金属液能在液态条件下保持更长时间，比保温冒口套更节省金属，发热冒口套可以比普通冒口套提高约45％的补缩效率。
目前的发热冒口套在制造过程中大多采用有机树脂做粘结剂，导致冒口在使用时，冒口套发热会逸出有毒有害气体，不仅造成环境污染还会对使用者的身体造成损伤，而且在浇注和凝固冷却过程中，由于散热较快，导致铸型和砂芯遇到高温铁水所散发出来的气体量较多，从而使铸件产生较多气孔；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种采用无机粘结剂，有效减少发气量的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
(1)双重改性空心微珠制备：将糊精6一9份水解形成糊精水解产物，在糊精水解产物中加入空心微珠5-8份，以100r/min转速搅拌20min，得到空心微珠分散液；在空心微珠分散液中加入适量玻璃纤维，以100r/min转速搅拌30min，得到双重改性微珠；
(2)混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土15-20份、菱苦土8-12份、活化膨润土15-20份、河砂15-20份、氧化铝3-5份、氧化铁3-5份置于球磨机中，在450～500r/min下球磨3～5h，待球磨完成后过筛，过120～130 目筛，得到混合粉末；
(3)制坯：将无机粘合剂与上述制备的混合粉末按质量比1:7-10混合，并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得厚度为10～15mm，顶部有直径为3～5mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化10-12h后，将其脱模并自然晾干，得到干燥冒口套生坯，随后对干燥冒口套生坯中空内部施釉并自然晾干；
(4)煅烧：待施釉晾干后，将施釉生坯中注入中空体积1/5的去离子水，随后封堵生坯顶部圆孔，将其置于隧道窑中，在120～200℃下预热25～ 30min，预热完成后，将顶部圆孔打开排除水汽10～15min，随后将圆孔封堵并按10℃/min升温至1180～1200℃，保温煅烧1～2h；
(5)降温：待保温煅烧完成后，趁热将冒口套取出并使其埋入草木灰中，使草木灰完全包裹冒口套后，静置冷却至室温，用去离子水冲洗冒口套3～5次后，自然晾干即可。
进一步地，步骤(1)中玻璃纤维与空心微珠的重量比为1:30-40，所述玻璃纤维的长度小于3mm；长度小于3mm的玻璃纤维可增加制品的力学性能，提高空心微珠的力学填充量和抗压强度，减少制品磨损，提高制品的阻燃性，从而使其具有良好的保温性能。
进一步地，步骤(2)中的活化膨润土的制备方法为：按液固比为1.5～ 2的比例，将清水和细度为80～200目的膨润土加入反应釜，再加入占已加入的膨润土重量20～40％的磷酸，搅拌下升温，反应温度为110～120℃，反应压力为0.2-0.3MPa，反应时间为3～4小时；之后，采用板框压滤机分离活性膨润土和废酸；采用高压清水进行表面清洗，当PH值达到5时，将洗涤好的活性膨润土用隔膜泵打入金属板框压滤机脱水；然后进行干燥、磨粉、包装，制得活性膨润土；通过采用活化膨润土进行调节，能够有效的提高膨润土的粒子表面活性，从而使得活化后的膨润土能够有效的与双重改性空心微珠结合到一起，从而，能够显著的提高了冒口套的耐热性能，同时能够有效的提高了冒口套的抗压强度。
进一步地，步骤(3)中的无机粘合剂为磷酸盐粘合剂；磷酸盐粘合剂具有优秀的热稳定性、耐磨性、抗氧化性、及工艺简单、成本低、环保等特点。
进一步地，步骤(3)中的无机粘合剂为三合磷酸盐粘合剂；三合磷酸盐粘合剂制造的冒口具有强度高、热塑性好的特点；它不需要专门湿润，从而缩短了冒口固化时间；另外，耐热冒口的有效隔热降低了耐火层的热收缩压力，因而也增加了冒口的使用期限。
本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺的有益效果：
1、本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺的空心微珠与糊精水解产物制成空心微珠分散液，既能降低空心微珠表面的Na+含量，使空心微珠制成的浆液pH位于7-8之间，又能对糊精的水解产物进行改善，从而使其吹气速度达到较大强度，将铸型和砂芯遇到高温铁水所散发出来的气体快速带走，从而减少铸件的气孔数量，减少冒口套发气量。
2、本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺的空心微珠与玻璃纤维混合进行二次改性；长度小于3mm的玻璃纤维可增加制品的力学性能，提高空心微珠的力学填充量和抗压强度，减少制品磨损，提高制品的阻燃性，从而使其具有良好的保温性能，使铸件降温变缓，从而减少冒口套发气量。
3、本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺通过采用活化膨润土进行调节，能够有效的提高膨润土的粒子表面活性，从而使得活化后的膨润土能够有效的与双重改性空心微珠结合到一起，从而，能够显著的提高了冒口套的耐热性能，同时能够有效的提高了冒口套的抗压强度。
4、本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺通过使用无机粘合剂，无机粘结剂在冒口套使用过程中不会发散出臭气和有毒的蒸汽。
5、本发明的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺通过使用三合磷酸盐粘合剂使制造出的冒口具有强度高、热塑性好的特点；它不需要专门湿润，从而缩短了冒口固化时间；另外，耐热冒口的有效隔热降低了耐火层的热收缩压力，因而也增加了冒口的使用期限。
具体实施方式
实施例1
一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺其制备方法包括以下步骤：
(1)双重改性空心微珠制备：将糊精6份水解形成糊精水解产物，在糊精水解产物中加入空心微珠5份，以100r/min转速搅拌20min，得到空心微珠分散液；在空心微珠分散液中加入适量长度小于3mm玻璃纤维，玻璃纤维与空心微珠的重量比为1:30，以100r/min转速搅拌30min，得到双重改性微珠；
(2)混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土15份、菱苦土8份、活化膨润土15份、河砂15份、氧化铝3份、氧化铁3份置于球磨机中，在450r/min 下球磨3h，待球磨完成后过筛，过120目筛，得到混合粉末；
(3)制坯：将三合磷酸盐粘合剂与上述制备的混合粉末按质量比按质量比 1:7混合，并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得厚度为10mm，顶部有直径为3mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化10h后，将其脱模并自然晾干，得到干燥冒口套生坯，随后对干燥冒口套生坯中空内部施釉并自然晾干；
(4)煅烧：待施釉晾干后，将施釉生坯中注入中空体积1/5的去离子水，随后封堵生坯顶部圆孔，将其置于隧道窑中，在120℃下预热30min，预热完成后，将顶部圆孔打开排除水汽10min，随后将圆孔封堵并按10℃/min 升温至1180℃，保温煅烧2h；
(5)降温：待保温煅烧完成后，趁热将冒口套取出并使其埋入草木灰中，使草木灰完全包裹冒口套后，静置冷却至室温，用去离子水冲洗冒口套3 次后，自然晾干，即可制备得一种高发热冒口套。
实施例2
一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺其制备方法包括以下步骤：
(1)双重改性空心微珠制备：将糊精8份水解形成糊精水解产物，在糊精水解产物中加入空心微珠7份，以100r/min转速搅拌20min，得到空心微珠分散液；在空心微珠分散液中加入适量长度小于3mm玻璃纤维，玻璃纤维与空心微珠的重量比为1:35，以100r/min转速搅拌30min，得到双重改性微珠；
(2)混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土18份、菱苦土10份、活化膨润土18份、河砂18份、氧化铝4份、氧化铁4份置于球磨机中，在450r/min 下球磨4h，待球磨完成后过筛，过120目筛，得到混合粉末；
(3)制坯：将三合磷酸盐粘合剂与上述制备的混合粉末按质量比按质量比 1:8混合，并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得厚度为12mm，顶部有直径为4mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化11h后，将其脱模并自然晾干得到干燥冒口套生坯，随后对干燥冒口套生坯中空内部施釉并自然晾干；
(4)煅烧：待施釉晾干后，将施釉生坯中注入中空体积1/5的去离子水，随后封堵生坯顶部圆孔，将其置于隧道窑中，在160℃下预热27min，预热完成后，将顶部圆孔打开排除水汽12min，随后将圆孔封堵并按10℃/min 升温至1190℃，保温煅烧1.5h；
(5)降温：待保温煅烧完成后，趁热将冒口套取出并使其埋入草木灰中，使草木灰完全包裹冒口套后，静置冷却至室温，用去离子水冲洗冒口套4 次后，自然晾干，即可制备得一种高发热冒口套。
实施例3
一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺其制备方法包括以下步骤：
(1)双重改性空心微珠制备：将糊精9份水解形成糊精水解产物，在糊精水解产物中加入空心微珠8份，以100r/min转速搅拌20min，得到空心微珠分散液；在空心微珠分散液中加入适量长度小于3mm玻璃纤维，玻璃纤维与空心微珠的重量比为1:40，以100r/min转速搅拌30min，得到双重改性微珠；
(2)混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土20份、菱苦土12份、活化膨润土20份、河砂20份、氧化铝5份、氧化铁5份置于球磨机中，在500r/min 下球磨5h，待球磨完成后过筛，过130目筛，得到混合粉末；
(3)制坯：将三合磷酸盐粘合剂与上述制备的混合粉末按质量比按质量比 1:10混合，并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得厚度为15mm，顶部有直径为5mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化12h后，将其脱模并自然晾干，得到干燥冒口套生坯，随后对干燥冒口套生坯中空内部施釉并自然晾干；
(4)煅烧：待施釉晾干后，将施釉生坯中注入中空体积1/5的去离子水，随后封堵生坯顶部圆孔，将其置于隧道窑中，在200℃下预热25min，预热完成后，将顶部圆孔打开排除水汽15min，随后将圆孔封堵并按10℃/min 升温至1200℃，保温煅烧2h；
(5)降温：待保温煅烧完成后，趁热将冒口套取出并使其埋入草木灰中，使草木灰完全包裹冒口套后，静置冷却至室温，用去离子水冲洗冒口套5 次后，自然晾干，即可制备得一种高发热冒口套。
产品检测
检测产品：本发明实施例1、实施例2和实施例3生产的冒口和市场上用有机粘结剂产生的冒口进行检测；
对比冒口共选择3种，分别为：
对比冒口1：长兴恒传耐火材料有限公司生产的缩颈系列发热保温冒口套；
对比冒口2：莱芜市永红铸造材料厂生产的吸滤发热保温冒口套；
对比冒口3：三门峡凯特耐火纤维有限责任公司生产的硅酸铝陶瓷纤维高发热保温冒口；
检测项目有：
1、在使用时，冒口产生的VOC气体检测；
2、使用冒口后，铸件显气孔率检测；
3、冒口性能对比检测；
一、VOC检测
将本发明实施例1、实施例2和实施例3生产的冒口和对比冒口1、对比冒口2、对比冒口3的冒口进行VOC检测；检测结果见表1：
表1：本发明冒口和对比冒口VOC检测结果
Figure RE-GDA0002840312450000091
通过上表可看出，本发明的VOC不仅完全满足国家检测标准，且远远低于国家检测标准，相对于市面上有机粘合剂生产的冒口，本发明能显著降低VOC的产生量，从而对环境和操作人员的健康均提供了保障。
二、铸件显气孔率检测
将本发明实施例1、实施例2和实施例3生产的冒口和对比冒口1、对比冒口2、对比冒口3的冒口使用冒口后，对铸件显气孔率进行检测；检测结果见表2：
表2：本发明冒口和对比冒口显气孔率检测结果
Figure RE-GDA0002840312450000092
Figure RE-GDA0002840312450000101
从表2可以看出，本发明公开的冒口套发热同时兼具保温功能；浇铸时，本发明公开的保温发热冒口套放出的热量使其冒口内铁液温度升高，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；使使铸件降温变缓，从而减少冒口套发气量。
三、冒口性能对比检测
将本发明实施例1、实施例2和实施例3生产的冒口和对比冒口1、对比冒口2、对比冒口3的冒口进行性能对比检测；检测结果见表3：
表3：本发明冒口和对比冒口性能对比检测结果
Figure RE-GDA0002840312450000102
采用实施例1-3所得冒口套和对比例所得冒口套进行钢水试验，得出上表检测结果，由此可知:本发明所得高发热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。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
（1）双重改性空心微珠制备：将糊精6一9份水解形成糊精水解产物，在糊精水解产物中加入空心微珠5-8份，以100r/min转速搅拌20min，得到空心微珠分散液；在空心微珠分散液中加入适量玻璃纤维，以100r/min转速搅拌30min，得到双重改性微珠；
（2）混合粉末制备：按重量份数计，将高岭土15-20份、菱苦土8-12份、活化膨润土15-20份、河砂15-20份、氧化铝3-5份、氧化铁3-5份置于球磨机中，在450～500r/min下球磨3～5h，待球磨完成后过筛，过120～130目筛，得到混合粉末；
（3）制坯：将无机粘合剂与上述制备的混合粉末按质量比1:7-10混合，并加入双重改性空心微珠进行搅拌混合，加入适量水，随后浇筑至不锈钢模具中，制备得厚度为10～15mm，顶部有直径为3～5mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化10-12h后，将其脱模并自然晾干，得到干燥冒口套生坯，随后对干燥冒口套生坯中空内部施釉并自然晾干；
（4）煅烧：待施釉晾干后，将施釉生坯中注入中空体积1/5的去离子水，随后封堵生坯顶部圆孔，将其置于隧道窑中，在120～200℃下预热25～30min，预热完成后，将顶部圆孔打开排除水汽10～15min，随后将圆孔封堵并按10℃/min升温至1180～1200℃，保温煅烧1～2h；
（5）降温：待保温煅烧完成后，趁热将冒口套取出并使其埋入草木灰中，使草木灰完全包裹冒口套后，静置冷却至室温，用去离子水冲洗冒口套3～5次后，自然晾干即可。
2.如权利要求1所述的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：步骤（1）中玻璃纤维与空心微珠的重量比为1:30-40，所述玻璃纤维的长度小于3mm。
3.如权利要求1所述的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：步骤（2）中的活化膨润土的制备方法为：按液固比为1．5～2的比例，将清水和细度为80～200目的膨润土加入反应釜，再加入占已加入的膨润土重量20～40%的磷酸，搅拌下升温，反应温度为110～120℃，反应压力为0.2-0.3MPa，反应时间为3～4小时；之后，采用板框压滤机分离活性膨润土和废酸；采用高压清水进行表面清洗，当PH值达到5时，将洗涤好的活性膨润土用隔膜泵打入金属板框压滤机脱水；然后进行干燥、磨粉、包装，制得活性膨润土。
4.如权利要求1所述的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：步骤（3）中的无机粘合剂为磷酸盐粘合剂。
5.如权利要求1所述的无机粘结剂在高发热冒口套上的应用工艺，其特征在于：步骤（3）中的无机粘合剂为三合磷酸盐粘合剂。
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Assignor: Yuzhou henglilai New Material Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Application process of an inorganic binder on high heating riser sleeve

Granted publication date: 20220719

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