CN1310845C - 一种铸石窨井盖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铸石窨井盖，盖体由2-99wt%的石料、0-95wt%的冶金炉渣、0-95wt%的玻璃、0-95wt%的粉煤灰、0-15wt%的石灰岩、0-20wt%的白云岩、0-15wt%的菱镁矿、0-20wt%的角闪岩或角闪片岩、0-20wt%的蛇纹岩、0-20wt%的铬铁矿、0-34wt%的云母、0-34wt%的石英砂、0-20wt%的钙钛矿、0-3wt%的萤石、0-20wt%的铁鳞熔化后加入1-35wt%的陶瓷晶须或/和纤维浇铸而成。本发明还提供了上述铸石窨井盖的制备方法，将上述除晶须或/和纤维外的原料在1100-1550℃熔化，再掺入陶瓷晶须或/和纤维，在模内浇铸成型，得到铸石窨井盖。本发明由于采用了铸石基复合材料，其抗弯强度及断裂韧性较好，而且其盖体本身无回收价值，降低了被盗的可能性。

Description

一种铸石窨井盖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铸石窨井盖及其制备方法。
背景技术
现有的井盖或窨井盖一般采用铸铁制成，由于材料有回收利用价值而经常被盗，丢失严重，丢失井盖的窨井时常发生车辆损坏和人员伤亡事故。为了防盗人们一是在窨井盖的结构上考虑使用防盗装置，例如中国专利93237579、95241036、96232738、99227151等等；二是在材料上考虑其无回收价值，又如中国专利97202338、97207516、99231650.2等等。但是它们存在的问题是：(一)采取在井盖与井圈之间加锁的铸铁防盗窨井盖，无论防盗机关如何严密仍有人能盗取，时间久了其锁芯会锈蚀而无法开启，影响正常的管道疏捞与维护工作。(二)采用钢筋砼或玻璃钢材料制作的窨井盖周边容易破碎，甚至整体垮塌。(三)采用塑料材料制作的窨井盖，其耐磨、耐老化以及耐化学腐蚀等性能非常差，承载力衰减快，不能满足城市道路繁重交通量的使用要求。(四)采用钢筋砼、玻璃钢以及塑料类材料制作的窨井盖盖体内需要钢筋材料作骨架仍难免被人盗取。(五)采用天然石材制作的窨井盖由于存在天然纹理而不可避免地出现破损。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种具有较好强度、且不易被盗取的铸石窨井盖及其制备方法。
本发明涉及一种铸石窨井盖，其盖体由2-99wt％的玄武石、0-95wt％的冶金炉渣、0-95wt％的玻璃、0-95wt％的粉煤灰、0-15wt％的石灰岩、0-20wt％的白云岩、0-15wt％的菱镁矿、0-20wt％的角闪岩或角闪片岩、0-20wt％的蛇纹岩、0-20wt％的铬铁矿、0-34wt％的云母、0-34wt％的石英砂、0-20wt％的钙钛矿、0-3wt％的萤石、0-20wt％的铁鳞熔化后加入1-35wt％的陶瓷晶须或/和切短至8-1000毫米的纤维浇铸而成，且石灰岩、白云岩、菱镁矿、角闪岩或角闪片岩、蛇纹岩、铬铁矿、云母、石英砂、钙钛矿、萤石、铁鳞的组分不同时为零；上述玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰的用量之和大于或等于65wt％。
上述盖体底部设有塑料、或纤维和塑料增强层。
上述盖体由75wt％的玄武石、4wt％铬铁矿、6wt％的石英砂、2wt％的萤石、1wt％的铁鳞熔化后加入12wt％的纤维浇铸而成。
上述盖体由84wt％化铁炉渣、4wt％铬铁矿熔化后加入12wt％的陶瓷晶须浇铸而成。
上述盖体由86wt％的粉煤灰、4wt％的铬铁矿、8wt％的菱镁矿、2wt％的萤石熔化浇铸成坯体，再在坯体表面喷涂塑料，制成铸石窨井盖。
上述盖体由15wt％玄武石、30wt％的冶金炉渣、25wt％的玻璃、5wt％的粉煤灰、5wt％的石灰岩、10wt％的白云岩、5wt％的角闪岩熔化后加入10wt％的陶瓷晶须浇铸成坯体，再在坯体表面喷涂塑料，制成铸石窨井盖。
上述盖体由60wt％玄武石、15wt％菱镁矿、3wt％白云岩、5wt％云母、2wt％萤石、3wt％铬铁矿、5wt％石英砂熔化后加入7wt％的纤维浇铸成坯体，再在坯体表面喷涂塑料，制成铸石窨井盖。
上述盖体由4wt％玄武石、40％的玻璃、25％的粉煤灰、3％的白云岩、4％的角闪片岩、3％的蛇纹岩、5％云母、3％的钙钛矿、3％的石灰岩熔化后加入10％的陶瓷晶须浇铸成坯体，再在坯体底部包覆纤维，涂上塑料，制得铸石窨井盖。
本发明还提供了上述铸石窨井盖的制备方法：将2-99wt％的玄武石、0-95wt％的冶金炉渣、0-95wt％的玻璃、0-95wt％的粉煤灰粉碎至30-100毫米，将0-15wt％的石灰岩、0-20wt％的白云岩、0-15wt％的菱镁矿、0-20wt％的角闪岩或角闪片岩、0-20wt％的蛇纹岩、0-34wt％云母、0-34wt％的石英砂、0-20wt％的钙钛矿、0-3wt％的萤石、0-20wt％的铁鳞粉碎至3毫米以下，0-20wt％铬铁矿粉碎至3毫米以下，然后在1100-1550℃熔化，再掺入1-35wt％的陶瓷晶须或/和切短至8-1000毫米的纤维，在模内浇铸成型，得到铸石窨井盖；上述石灰岩、白云岩、菱镁矿、角闪岩或角闪片岩、蛇纹岩、铬铁矿、云母、石英砂、钙钛矿、萤石、铁鳞的组分不同时为零；上述玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰的用量之和大于或等于65wt％。
在窨井盖盖体底部包覆纤维，涂上塑料，与盖体固化在一起，形成表面增强层。
本发明由于采用了铸石基复合材料，其抗弯强度及断裂韧性较好，而且其盖体本身无回收价值，降低了被盗的可能性。
具体实施方式
本发明铸石窨井盖的原料配方组成见下表。
  材料类别   材料名称   组分wt％   说明
基料   石料   2-99 石料是在高温下不分解的天然岩石。冶金炉渣是金属冶炼过程中排出的废渣。玻璃是各种废旧玻璃。粉煤灰是火力发电厂的煤燃烧后所产生的灰渣。四种组分用量之和大于或等于65％。基料决定铸石制品的物理力学性质，其物理力学性质见实施例1、2、3、4、5、6。
冶金炉渣 0-95
  玻璃   0-95
粉煤灰 0-95
增强材料   陶瓷晶须或/和纤维 1-35   增强材料的作用是提高铸石制品的抗弯强度及抗冲击能力。晶须只能掺入熔融态铸石制品内增强，纤维不仅可掺入熔融态铸石制品内增强，也可以作铸石制品表面增强。塑料只能作铸石制品表面增强。
  塑料或纤维和塑料
附加料   石灰岩   0-15 附加料的作用是调整铸石制品的化学组成，降低炉料熔化温度，增强熔融体的流动性。十一种材料可以互相完全取代。当十一种材料组分全部为零时，铸石炉料的熔化温度将会提高，熔融体的流动性将会降低，铸石制品容易开裂。
  白云岩   0-20
  菱镁矿   0-15
  角闪岩或角闪片岩   0-20
  云母   0-34
  蛇纹岩   0-20
  铬铁矿   0-20
  石英砂   0-34
  钙钛矿   0-20
  萤石   0-3
  铁鳞   0-20
本发明的铸石窨井盖的制备方法可以包括以下几个步骤：备料、配料、熔化、添加增强材料、成型、结晶与退火、检选、表面增强。
一、备料
基料采用颚式破碎机将块料粉碎至30-100毫米之间；附加料用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目；掺入熔融体的纤维切短至8-1000毫米。
二、配料
将原料加工达到标准后，即可进行配料。配料常用的方法有“选配法”和“相平衡法”。选配法是参照同类型的铸石制品的化学成分与所选定的基料的化学成分进行对比，找出两者之间主要化学组分的差数，然后选择适宜的附加料进行调整，并通过反复多次的熔制试验，直到选配出理想的原料配方。相平衡法是基于铸石制品氧化物分子量有以下关系：
(SiO2+TiO2)-[(CaO+MgO+FeO)+4R2O]＝74
根据这个公式经过运算，即可求出基料与附加料的合理配比。
三、熔化
将配制好的炉料投入熔化炉，在1100-1550℃之间熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。
四、添加增强材料
将陶瓷晶须或/和纤维增强材料加入熔融体内，搅拌、匀化。
五、成型
将匀化后的熔融体浇入模具内成型。
六、结晶与退火
成型后的窨井盖在880-920℃的温度条件下用20-40分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑。
或者是成型后的窨井盖在880℃的温度条件下用20分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，在820-840℃下恒温1小时，然后逐渐升温，在890-920℃下恒温2-3小时，最后封炉、停火，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑。
七、检选
将符合质量标准的产品选出，不符合质量标准的废品予以粉碎。
八、表面增强
在窨井盖底部包覆纤维，涂上塑料，与盖体固化在一起，形成表面增强层；或者是在石窨井盖表面喷涂或浸渍塑料，形成表面增强层。
实施例1：铸石窨井盖，其盖体由75wt％玄武石、4wt％铬铁矿、2wt％萤石、6wt％石英砂、1wt％铁鳞熔化后加入12wt％氧化铝陶瓷短切纤维浇铸而成。
其具体制法为：将玄武石采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径100毫米；萤石、石英砂、铁鳞用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目；氧化铝陶瓷短切纤维切短至15毫米。将玄武石、铬铁矿、萤石、石英砂、铁鳞投入熔化炉，在1550℃熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将氧化铝陶瓷短切纤维加入熔融体内，搅拌、匀化。将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在920℃的温度条件下用40分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度580-750MPa、弯曲强度78-142MPa、拉伸强度28-50MPa、剪切强度38-71MPa、冲击韧度2.3-4.5J/cm2、弹性模量170--240GPa。
实施例2：铸石窨井盖，其盖体由84wt％化铁炉渣、4wt％铬铁矿熔化后加入12wt％的碳化硅晶须浇铸而成。
其具体制法为：将化铁炉渣采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径40毫米；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目；将化铁炉渣、铬铁矿投入熔化炉，在1400℃熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将碳化硅晶须加入熔融体内，搅拌、匀化，将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在880℃的温度条件下用20分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，在820-840℃下恒温1小时，然后逐渐升温，在890-920℃下恒温2-3小时，最后封炉、停火，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度440-735MPa、弯曲强度79-129MPa、拉伸强度22-49MPa、剪切强度34-69MPa、冲击韧度3.8-6.2J/cm2、弹性模量150--210GPa。
实施例3：铸石窨井盖，其盖体由86wt％粉煤灰、4wt％铬铁矿、8wt％菱镁矿、2wt％萤石熔化浇铸成坯体，再在坯体表面喷涂1毫米厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
其具体制法为：将粉煤灰采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径60毫米；萤石、菱镁矿用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目；将粉煤灰、铬铁矿、萤石、菱镁矿投入熔化炉，在1500℃熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在920℃的温度条件下用40分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖坯体，在坯体表面喷涂1mm厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度410-610MPa、弯曲强度60-118MPa、拉伸强度27--48MPa、剪切强度30-62MPa、冲击韧度2.5-4.5J/cm2、弹性模量130--190GPa。
实施例4：铸石窨井盖，其盖体由15wt％玄武石、30wt％的冶金炉渣、25wt％的玻璃、5wt％的粉煤灰、5wt％的石灰岩、10wt％的白云岩、5wt％的角闪岩熔化后加入10wt％的碳化硅晶须浇铸成坯体，在坯体表面喷涂1毫米厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
其具体制法为：将玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径80毫米；石灰岩、白云岩、角闪岩用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目。将玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰、石灰岩、白云岩、角闪岩投入熔化炉，在1300℃熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将碳化硅晶须加入熔融体内，搅拌、匀化。将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在900℃的温度条件下用5O分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖坯体，在坯体表而喷涂1mm厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度460-780MPa、弯曲强度110-240MPa、拉伸强度25--52MPa、剪切强度32-65MPa、冲击韧度4.2-5.5J/cm2、弹性模量140--200GPa。
实施例5：铸石窨井盖，其盖体由60wt％玄武石、15wt％菱镁矿、3wt％白云岩、5wt％云母、2wt％萤石、3wt％铬铁矿、5wt％石英砂熔化后加入7wt％的碳纤维浇铸成坯体，在坯体表面喷涂1毫米厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
其具体制法为：将玄武石采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径80毫米；菱镁矿、白云岩、云母、萤石、石英砂用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下；铬铁矿用球磨机粉碎到小于175目；将玄武石、菱镁矿、白云岩、云母、萤石、铬铁矿、石英砂投入熔化炉，在1500℃熔化。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将碳纤维须加入熔融体内，搅拌、匀化。将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在880℃的温度条件下用50分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖坯体，在坯体表面喷涂1毫米厚聚三氟氯乙烯塑料，制成铸石窨井盖。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度480-790MPa、弯曲强度130-240MPa、拉伸强度28--58MPa、剪切强度35-65MPa、冲击韧度4.5-5.8J/cm2、弹性模量145--200GPa。
实施例6：铸石窨井盖，其盖体由4wt％玄武石、40％的玻璃、25％的粉煤灰、10％的氮化硅晶须、3％的白云岩、4％的角闪片岩、3％的蛇纹岩、5％云母、3％的钙钛矿、3％的石灰岩浇铸成坯体，在坯体底部包覆玻璃纤维，涂上环氧树脂，制得铸石窨井盖。
其具体制法为：将玄武石、玻璃、粉煤灰采用颚式破碎机将块料粉碎至粒径90毫米；角闪片岩、蛇纹岩、云母、钙钛矿、石灰岩、白云岩用颚式破碎机粗碎再经轮碾机细碎，粒度控制在3毫米以下。将玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰、石灰岩、白云岩、角闪岩投入熔化炉，在1400℃熔化；纤维切短至1000毫米。将已经熔透的岩浆流入前炉，经过进一步的澄清、脱气，成为纯净的熔融体。将碳化硅晶须和氧化铝加入熔融体内，搅拌、匀化。将匀化后的熔融体浇入模具内成型。成型后的窨井盖在900℃的温度条件下用50分钟的时间析出致密均匀的矿物晶体。窨井盖完成结晶后，连同模具一起送入微波退火炉中，用60-70小时缓慢而均匀的降温，温度降至50℃左右即可出窑，得到铸石窨井盖坯体。
在窨井盖坯体底部包覆玻璃纤维，涂上环氧树脂，与盖体固化在一起，形成表面增强层。
所得铸石窨井盖的物理力学性能：密度2.8-3g/cm3、压缩强度440-690MPa、弯曲强度130-260MPa、拉伸强度28--65MPa、剪切强度30-62MPa、冲击韧度4.8-6.2J/cm2、弹性模量130--200GPa。

Claims (5)

1.一种铸石窨井盖，其盖体由2-99wt％的玄武石、0-95wt％的冶金炉渣、0-95wt％的玻璃、0-95wt％的粉煤灰、0-15wt％的石灰岩、0-20wt％的白云岩、0-15wt％的菱镁矿、0-20wt％的角闪岩或角闪片岩、0-20wt％的蛇纹岩、0-20wt％的铬铁矿、0-34wt％的云母、0-34wt％的石英砂、0-20wt％的钙钛矿、0-3wt％的萤石、0-20wt％的铁鳞熔化后加入1-35wt％的陶瓷晶须或/和切短至8-1000毫米的纤维浇铸而成，且石灰岩、白云岩、菱镁矿、角闪岩或角闪片岩、蛇纹岩、铬铁矿、云母、石英砂、钙钛矿、萤石、铁鳞的组分不同时为零；上述玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰的用量之和大于或等于65wt％。
2.根据权利要求1所述的窨井盖，其特征在于：盖体底部设有塑料或纤维和塑料增强层。
3.根据权利要求1所述的窨井盖，其特征在于：盖体由75wt％的玄武石、4wt％铬铁矿、6wt％的石英砂、2wt％的萤石、1wt％的铁鳞熔化后加入12wt％的纤维浇铸而成。
4.根据权利要求2所述的窨井盖，其特征在于：盖体由4wt％玄武石、40％的玻璃、25％的粉煤灰、3％的白云岩、4％的角闪片岩、3％的蛇纹岩、5％云母、3％的钙钛矿、3％的石灰岩熔化后加入10％的陶瓷晶须浇铸成坯体，再在坯体底部包覆纤维，涂上塑料，制得铸石窨井盖。
5.权利要求1所述铸石窨井盖的制备方法，其特征是：将2-99wt％的玄武石、0-95wt％的冶金炉渣、0-95wt％的玻璃、0-95wt％的粉煤灰粉碎至30-100毫米，将0-15wt％的石灰岩、0-20wt％的白云岩、0-15wt％的菱镁矿、0-20wt％的角闪岩或角闪片岩、0-20wt％的蛇纹岩、0-34wt％云母、0-34wt％的石英砂、0-20wt％的钙钛矿、0-3wt％的萤石、0-20wt％的铁鳞粉碎至3毫米以下，0-20wt％铬铁矿粉碎至3毫米以下，然后在1100-1550℃熔化，再掺入1-35wt％的陶瓷晶须或/和切短至8-1000毫米的纤维，在模内浇铸成型，得到铸石窨井盖；上述石灰岩、白云岩、菱镁矿、角闪岩或角闪片岩、蛇纹岩、铬铁矿、云母、石英砂、钙钛矿、萤石、铁鳞的组分不同时为零；上述玄武石、冶金炉渣、玻璃、粉煤灰的用量之和大于或等于65wt％。
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