CN117964335A - Azs电熔砖砂型结合剂及采用其制备的砂型和砂型的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电熔砖砂型技术领域，具体涉及AZS电熔砖砂型结合剂及采用其制备的砂型和砂型的制备方法。所述的AZS电熔砖砂型结合剂包括环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:（0.5~0.7）:（0.1~0.2）；所述的AZS电熔砖砂型包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:（3.9~5.8）。采用所述的AZS电熔砖砂型结合剂制备的砂型的耐压和抗折强度都得到极大提高，并且能够快速硬化；在AZS电熔砖的制备过程中，使用该AZS电熔砖砂型结合剂制备的砂型能够显著减少AZS电熔砖表面的凸起和气孔，为AZS电熔砖的生产提供了一种更高效、更经济、更可靠的方法。
Description
技术领域
本发明属于电熔砖砂型技术领域，具体涉及AZS电熔砖砂型结合剂及采用其制备的砂型和砂型的制备方法。
背景技术
AZS电熔砖的生产过程是将氧化铝、锆英砂、碱粉等原料按照特定比例混合好后，投入到电弧炉中，熔化成料液后再浇铸到石英质砂型中，然后经过退火冷却取出后，最后用金刚石磨具加工成所需要的尺寸形状。其中石英质砂型的制造是整个生产过程中至关重要的一环，它的质量直接关乎最终产品的品质。
石英质砂型的主要材质是硅砂，同时需要一种有效的结合剂来确保砂型的牢固性。在目前的生产工艺中，水玻璃和呋喃树脂及其固化剂是两种常用的结合剂。然而，这两种材料都存在一定的局限性，对电熔砖的最终质量和砂型中硅砂的回收利用都有一定影响。例如，使用水玻璃作为结合剂时，制备出的砂型耐压和抗折强度都较低，耐压强度大约为2MPa，抗折强度低于1MPa。这导致浇铸出的电熔砖表面硅砂熔融严重，产品表面不平整，需要大量研磨加工。同时，这种砂型制备出的电熔砖表面气孔多，硅砂回收再利用率也较低。如需对使用过的水玻璃砂型进行再利用，还需要额外的设备和人工成本。相比之下，呋喃树脂及其固化剂制备的砂型在耐压和抗折强度上有所提升，耐压强度达到4~8MPa，抗折强度为2~3MPa，这使得浇铸时硅砂的熔融情况较少。但使用这种结合剂制备的电熔砖表面同样存在气孔多、颜色发黑的问题，并且，由于耐压和抗折强度仍不够理想，产品表面的凸起情况也比较严重。因此，在电熔砖的生产过程中，仍需要探索更为理想的砂型结合剂以提高产品质量和效率。
中国专利CN112338818A，公开了一种用于锆刚玉电熔砖砂型的AZS电熔砖无机砂型结合剂及其制备的砂型，通过磷酸硅、水玻璃、磷酸二氢铝和高铝水泥的合理配比和协同作用，可使砂型硬化时间大大缩短，并且适应外部条件性能良好。但其并没有提到产品表面凸起的问题，也没有涉及到因为砂型抗折、耐压强度低导致产品加工量大问题。
中国专利CN101823122A，公开了一种熔铸耐火材料制品的负压造型工艺，采用该工艺可以解决因为砂型耐压、抗折强度低导致产品表面凸起的问题，但该工艺需要额外增加新的设备，费用高且制得的产品裂纹较多。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种AZS电熔砖砂型结合剂，制备简单，成本低廉，采用其制备的砂型的耐压和抗折强度都得到极大提高，并且能够快速硬化，成功解决了传统砂型存在的问题；在AZS电熔砖的制备过程中，使用该AZS电熔砖砂型结合剂制备的砂型能够显著减少AZS电熔砖表面的凸起和气孔，为AZS电熔砖的生产提供了一种更高效、更经济、更可靠的方法；
本发明的另一个目的在于提供一种AZS电熔砖砂型及其制备方法。
本发明所采取的技术方案如下：
所述的AZS电熔砖砂型结合剂，包括环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:（0.5~0.7）:（0.1~0.2）。
所述的环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝的质量比为1:1:0.6:0.15。
所述的环氧树脂为E44环氧树脂。
所述的环氧树脂的环氧值为0.41~0.47mol/100g。
所述的固化剂为650型聚酰胺固化剂。
所述的高铝水泥为CA50-Ⅲ或CA50-Ⅳ。
所述的AZS电熔砖砂型，采用上述的AZS电熔砖砂型结合剂制备得到。
所述的AZS电熔砖砂型，包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:（3.9~5.8）。
所述的AZS电熔砖砂型的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取配方量的硅砂、环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝；
（2）将环氧树脂、固化剂和硅砂混合，搅拌均匀；
（3）加入液体磷酸二氢铝，搅拌均匀；
（4）加入高铝水泥，混合均匀；
（5）注入模具，成型，脱模，即得AZS电熔砖砂型。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝制备AZS电熔砖砂型结合剂，采用硅砂为砂型主材料，解决了其它结合剂砂型存在的缺陷，所制备的AZS电熔砖砂型具有出色的耐压和抗折强度，这一特性使得浇铸出的AZS电熔砖产品表面凸起极小，从而大幅减少了后续的研磨加工量，不仅提高了生产效率，还降低了加工成本；
（2）采用本发明所述的砂型制备AZS电熔砖时，由于砂型的高强度特性，使得浇铸过程中硅砂脱落现象显著减少，产品表面的气孔数量也大量减少，进一步提升了电熔砖的质量和外观；
（3）本发明通过精确控制环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝的配比，所制备的砂型能够在30min内即达到起模所需的强度，这一快速硬化的特性使得该砂型能够适应各种外部条件,从而保证了生产的连续性和稳定性。
附图说明
图1为电熔砖最大凸起值测试方法示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例及对比例中使用的原料如无特殊说明均为常规市售原料，实施例及对比例中所使用的工艺方法如无特殊说明均为本领域常规方法。
实施例及对比例中所使用的部分原料说明如下：
E44环氧树脂，购自艾力克公司；
650型聚酰胺固化剂，购自艾力克公司；
液体磷酸二氢铝，购自赣州嘉源新材料有限公司；
高铝水泥CA50-Ⅲ，购自淄博艾杰旭刚玉材料有限公司；
高铝水泥CA50-Ⅳ，购自淄博艾杰旭刚玉材料有限公司；
硅砂，购自海南永利硅砂有限公司；
水玻璃，购自淄博聚泽瑞材料科技有限公司；
呋喃树脂，购自淄博聚云铸造材料有限公司；
磷酸固化剂，购自淄博聚云铸造材料有限公司；
磷酸二氢铝，购自淄博聚泽瑞材料科技有限公司；
E51环氧树脂，购自南昌市辰方胶粘制品有限公司；
E51固化剂，购自南昌市辰方胶粘制品有限公司；
T31型固化剂，购自河南亿丰化学有限公司。
实施例1
所述的AZS电熔砖砂型结合剂，包括E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂、CA50-Ⅲ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.5:0.1；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.5wt.%；
所述的AZS电熔砖砂型，包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:3.9；
所述的AZS电熔砖砂型的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取配方量的硅砂、E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂、CA50-Ⅲ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝；
（2）将E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂和硅砂混合，搅拌均匀，先加入E44环氧树脂，后加入650型聚酰胺固化剂；
（3）加入液体磷酸二氢铝，搅拌均匀；
（4）加入CA50-Ⅲ高铝水泥，混合均匀；
（5）注入模具，成型，脱模，即得AZS电熔砖砂型。
实施例2
所述的AZS电熔砖砂型结合剂，包括E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂、CA50-Ⅳ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.6:0.15；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.75wt.%；
所述的AZS电熔砖砂型，包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:4.81；
所述的AZS电熔砖砂型的制备方法，步骤同实施例1。
实施例3
所述的AZS电熔砖砂型结合剂，包括E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂、CA50-Ⅳ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.7:0.2；环氧树脂的加入量为硅砂质量的2wt.%；
所述的AZS电熔砖砂型，包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:5.8；
所述的AZS电熔砖砂型的制备方法，步骤同实施例1。
对比例1
所述的砂型结合剂，包括模数为2.4±0.2的水玻璃；
所述的砂型，包括硅砂和砂型结合剂，其质量比为100:8；
所述的砂型制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取硅砂和水玻璃，将二者混合均匀；
（2）将混合好的物料注入模具，成型，脱模，即得砂型。
对比例2
所述的砂型结合剂，包括呋喃树脂和磷酸固化剂，其质量比为1:0.5；
所述的砂型，包括硅砂和由呋喃树脂和磷酸固化剂制备的砂型结合剂，硅砂与呋喃树脂的质量比为100:1.6；
所述的砂型制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取配方量的硅砂和呋喃树脂，将二者混合均匀，之后加入磷酸固化剂再次混合均匀；
（2）将混合好的物料注入模具，成型，脱模，即得砂型。
对比例3
所述的砂型结合剂，包括磷酸二氢铝和高铝水泥CA50-Ⅳ，其质量比为3:1；
所述的砂型，包括硅砂和由磷酸二氢铝和高铝水泥CA50-Ⅳ制备的砂型结合剂，硅砂与磷酸二氢铝的质量比为100:5；
所述的砂型制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取配方量的硅砂和磷酸二氢铝，将二者混合均匀，之后加入高铝水泥CA50-Ⅳ再次混合均匀；
（2）将混合好的物料注入模具，成型，脱模，即得砂型。
对比例4
所述的砂型结合剂，包括E51环氧树脂、E51固化剂、CA50-Ⅳ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.6:0.15；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.75wt.%；
所述的砂型，包括硅砂和砂型结合剂，其质量比为100:4.81；
所述的砂型的制备方法，步骤同实施例1。
对比例5
所述的砂型结合剂，包括E44环氧树脂、T31型固化剂、CA50-Ⅳ型高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.6:0.15；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.75wt.%；
所述的砂型，包括硅砂和砂型结合剂，其质量比为100:4.81；
所述的砂型的制备方法，步骤同实施例1。
对比例6
所述的砂型结合剂，包括E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:0.2；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.75wt.%；
所述的砂型，包括硅砂和砂型结合剂，其质量比为100:3.85；
所述的砂型的制备方法，步骤同实施例1。
对比例7
所述的砂型结合剂，包括E44环氧树脂、650型聚酰胺固化剂和CA50-Ⅳ型高铝水泥，其质量比为1:1:0.4；环氧树脂的加入量为硅砂质量的1.75wt.%；
所述的砂型，包括硅砂和砂型结合剂，其质量比为100:4.2；
所述的砂型的制备方法，步骤同实施例1。
分别使用实施例1~3及对比例1~7制得的砂型打制尺寸为φ50mm×50mm的耐压样品、尺寸为40mm×40mm×200mm的抗折样品以及尺寸为300mm×400mm×800mm的准无缩孔试验样品；
电熔砖的制备：将打制好的准无缩孔试验样品砂型干燥3天，放置到温度为25℃的保温箱中，砂型外侧填充保温材，然后将在三相电弧炉中熔化好的温度为2000℃的料液浇铸到砂型中，经过自然冷却退火后取出，清除表面附着硅砂，制得电熔砖；其中料液的组成为：33wt%的氧化锆、1.2wt.%的氧化钠、12wt.%的氧化硅、0.5wt.%的氧化铁、0.5wt.%的氧化钛、0.5wt.%的氧化镁、0.5wt.%的氧化钙、0.5wt.%的氧化钾和51.3wt.%的氧化铝；
分别对耐压样品、抗折样品、准无缩孔试验样品以及制备的电熔砖进行性能测试，测试方法如下：
参照GB/T 5072-2008，分别对耐压样品进行耐压强度（MPa）测试，测试结果如表2所示；
参照GB/T 3001-2007，分别对抗折样品进行抗折强度（MPa）测试，测试结果如表2所示；
分别对电熔砖进行最大凸起值（mm）测试，测试方法如图1所示，分别从不同位置测定400mm×800mm所在面的凸起值，选取其中最大值作为最大凸起值，平行测试三次，测试结果如表2所示；
分别对电熔砖进行表面气孔测试，测试方法为将电熔砖表皮研磨3mm后，用直径分别为1mm、2mm、4mm和5mm的棍棒插入气孔中，评价方式如表1所示，平行测试三次，计算表面气孔得分，测试结果如表2所示；
分别对耐压样品、抗折样品以及准无缩孔试验样品的起模时间（min）进行测试，记录从样品成型开始到脱模完成的时间作为起模时间，测试结果如表3所示。
表1
注：深度、数量中有一项超过标准则评价等级后移一级，评价等级超过D的按D计算得分，沿长度方向200mm为一个区域，按照A=0，B=20，C=50，D=200，计算各区域得分总和，即得表面气孔得分，得分越高，表明产品表面气孔越严重。
表2
如表2所示，相较于对比例1~5，实施例1~3制得的砂型打制的耐压样品的耐压强度和抗折强度更高，表明本发明所述的环氧树脂及固化剂的种类和配比更有利于提高砂型的强度；相较于对比例7，实施例1~3打制的砂型制得的电熔砖的最大凸起值较小，效果更优，对比例7由于未添加液体磷酸二氢铝，使用其砂型制得的电熔砖的最大凸起值较高；相较于对比例1~7，实施例1~3打制的砂型制得的电熔砖的表面气孔得分较低，表面气孔数量较少。
表3 起模时间
实施例1~3中起模时间最短为23min，最长为30min，能够满足生产要求；对比例1和3的起模时间较长；对比例4~5在更换了树脂及固化剂类型后起模时间有所增加；对比例2和对比例7的起模时间与实施例接近；对比例6由于未添加高铝水泥，起模时间大大延长。
Claims (8)
1.一种AZS电熔砖砂型结合剂，其特征在于，包括环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝，其质量比为1:1:（0.5~0.7）:（0.1~0.2）。
2.根据权利要求1所述的AZS电熔砖砂型结合剂，其特征在于，所述的环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝的质量比为1:1:0.6:0.15。
3.根据权利要求1所述的AZS电熔砖砂型结合剂，其特征在于，所述的环氧树脂为E44环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的AZS电熔砖砂型结合剂，其特征在于，所述的固化剂为650型聚酰胺固化剂。
5.根据权利要求1所述的AZS电熔砖砂型结合剂，其特征在于，所述的高铝水泥为CA50-Ⅲ或CA50-Ⅳ。
6.一种AZS电熔砖砂型，其特征在于，采用权利要求1~5任一项所述的AZS电熔砖砂型结合剂制备得到。
7.根据权利要求6所述的AZS电熔砖砂型，其特征在于，包括硅砂和AZS电熔砖砂型结合剂，其质量比为100:（3.9~5.8）。
8.一种权利要求6所述的AZS电熔砖砂型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硅砂、环氧树脂、固化剂、高铝水泥和液体磷酸二氢铝；
（2）将环氧树脂、固化剂和硅砂混合，搅拌均匀；
（3）加入液体磷酸二氢铝，搅拌均匀；
（4）加入高铝水泥，混合均匀；
（5）注入模具，成型，脱模，即得AZS电熔砖砂型。
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