一种低成本、高性能消失模铸造涂料的制备方法

摘要

本发明公开了一种低成本、高性能的消失模铸造涂料的制备方法，本发明以石英粉20-25％，铝矾土20-25％和炼钢废渣50-60％组成复合耐火骨料，并配合悬浮剂、粘接剂和其他辅料制备成消失模耐火涂料，上述各组份之间的作用达到协同。在降低了耐火骨料成本进而降低涂料整体成本的情况下，获得了高耐火度、高悬浮性、高透气性能的高性能消失模铸造涂料。

说明书

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及消失模铸造技术领域。

背景技术

消失模铸造是将与铸件尺寸形状完全相同的塑料泡沫模型与相同材质制成 的浇冒口系统粘结组合成模型簇，刷涂消失模涂料并干燥后，埋在专用砂箱的 干砂中振动紧实造型，用真空设备接上专用砂箱抽真空，在铸型内保持一定负 压的条件下浇注高温金属液，使模型熔融和气化，分解产物通过涂料/铸型界面 逸出，液态金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的一种铸造方法。消失模 铸造具有铸件尺寸精度高、污染少、成本低等突出优点，被誉为“21世纪的铸 造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

与一般砂型铸造涂料不同，消失模铸造用涂料不是涂覆在铸型型腔上，而 是涂覆在泡沫塑料模型上。当泡沫塑料模型被液态金属置换时，涂层实际上起 到的是铸型作用，因而有“涂料即是铸型”之说。浇注时，泡沫塑料热分解产 生的大量气体要通过耐火涂料和干砂间空隙方能排出铸型外。耐火涂料对消失 模模样的气化、金属液充填和铸件的形成等起着十分重要的作用。

涂料是消失模铸造能否成功地用于生产的三大关键工艺因素之一，它是保 证铸件表面质量和防止出现各种缺陷的关键措施。涂料的性质不仅影响模样的 气化和气体的迁移，而且与铸件表面质量、表面缺陷、铸件精度乃至铸件内在 质量等都密切相关。有研究者认为消失模铸造技术用于大批量生产成功与否， 30％取决于涂料(《消失模技术的应用及其展望》，作者：王忠祥，期刊信息： 《科技信息》，2007，(7)：39)。目前国内有60％的消失模铸件的废品与涂料 质量有关。

虽然消失模铸造工艺自问世以来得到较快发展，但涂料技术一直困扰着铸 件成品率难以较大的提高，其主要原因是由于涂料的质量不能满足消失模铸造 工艺的要求。消失模铸造涂料主要由耐火粉料、粘接剂、溶剂、悬浮剂以及特 殊附加物所组成。耐火粉料是涂料的重要组分，其性质决定了涂料的性质。铸 造涂料在选择耐火粉料时，要考虑到许多性质，如耐火度、热膨胀系数、高温 下化学稳定性以及原材料来源、价格和对人及环境的影响程度等。中国专利申 请号201110392557.0公开了一种消失模铸造涂料的制备方法，其以锆英粉、 高岭土和刚玉粉作为涂料的耐火骨料，然而，锆英粉耐火性能优良，但大量依 赖进口，价格居高不下，涂料成本很高；另外，锆英粉的伴生矿粉具有放射性。 刚玉粉是良好的耐火材料，但资源短缺，价格昂贵，不利于推广使用。此外， 消失模涂料还要求具有较高的悬浮性能和常温、高温透气性能，这与涂料的耐 火骨料和悬浮剂具有一定的关系。随着技术的发展和节能环保要求的提高以及 降低成本的要求，上述专利的涂料虽然性能较好，但不利于推广使用，并且个 别性能指标仍有待提高

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种低成本、高性能的 消失模铸造涂料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低成本、高性能的消失模铸造涂料的制备方法，该涂料以重量份计由 下列组份组成：耐火骨料100份，其中-160-+320目石英粉占20-25％，-160-+320 目铝矾土占20-25％，-160-+320目炼钢废渣占50-60％，其余组份均以耐火骨料 100份计，其中聚乙酸乙烯乳液4-5份，硫酸铝3.5-4.5份，硅藻土1.5-2份， 磷酸氢二钠0.4-0.6份，钙基膨润土8-10份，苯甲酸钠0.4-0.6份，正辛醇 0.05-0.1份，羧甲基纤维素钠1.6-2.0份，乙酸乙酯0.05-0.08份，聚乙烯烷 基醇醚0.04-0.06份和水32-38份，所述制备方法包括下列步骤：

1)将石英粉、铝矾土和炼钢废渣按上述比例放入球磨机中球磨1-2小时， 混合均匀，然后过筛，得到-160-+320目的混合耐火骨料；

2)将水加入反应釜中，开启反应釜，搅拌速度为：130-150r/min，在搅拌 状态下向反应釜中加入羧甲基纤维素钠，加热，将反应釜的温度缓慢升至70-80 ℃，恒温搅拌5-8min，在搅拌状态下向反应釜中加入硫酸铝，搅拌2-3min后 依次向反应釜中加入磷酸氢二钠、苯甲酸钠、钙基膨润土、硅藻土；继续搅拌 15-20min，制得混合溶液；

3)将第1)步制备的混合耐火骨料加入第2)步制备的混合溶液中，提高 转速至800-1000转/分，搅拌20-30分钟；

4)然后依次向反应釜中加入聚乙烯烷基醇醚、聚乙酸乙烯乳液、正辛醇、 乙酸乙酯，再搅拌12-18min后出料。

本发明的有益效果是：

以下技术效果主要针对中国专利申请号201110392557.0的技术方案进行 对比，以下将其简称为“比较例”。

(1)与比较例相比，本发明不采用锆英粉、高岭土和刚玉粉这些价格相对 昂贵的耐火骨料，取而代之的采用石英粉、铝矾土和转炉废渣，这些材料来源 广泛，且价格低廉；其中，转炉废渣主要由氧化钙、氧化铁、氧化硅等组成， 耐火度高，我国转炉废渣综合利用率较低，利用水平相对比较落后，大多属于 初级利用，通常用于筑路、生产水泥、回填工程材料及返回烧结等，剩余的仍 然作为废物遗弃，继续堆积，将其用于消失模铸造涂料的耐火骨料还没有见到 报道，因此，以转炉废渣作为耐火骨料的主要成分，既可以节省涂料成本，又 可以废物利用，解决转炉废渣遗弃问题，根据测算，本发明的耐火骨料的成本 比比较例的复合耐火骨料的成本低30-40％。

(2)本发明三种耐火骨料的耐火度达到协同，取得了1+1大于2的技术效 果，如下表所示：

材料 石英粉 铝矾土 炼钢废渣 本申请耐火骨料 比较例耐火骨料 耐火度，℃ 1690 1790 约1750 1820-1850 1720-1760

(3)本发明涂料具有良好的悬浮性能，放置72小时后悬浮率为 98.3-99.2％，而比较例的涂料放置72小时后悬浮率96-97.5％。

(4)本发明涂料具有较高的常温和高温透气性能，涂层的常温透气性高于 13cm²·(kPa·min)^-1，高温透气性大于24cm²·(kPa·min)^-1。而比较例的涂料 的常温透气性为7-9cm²·(kPa·min)^-1，高温透气性为16-18cm²·(kPa·min)^-1。

(5)此外，本发明涂料触变率为15％-17％；涂料的涂刷指数、滴淌量和 滴淌时间分别约为6.0，0.3g和12s。本发明制备的涂料的常温强度和高温强 度高；采用该涂料生产铸件，铸件表面光滑、无冷隔、不粘砂；适于各种钢的 消失模铸造。

(6)本发明的制备方法先将耐火骨料进行球磨混合，保证其混合均匀度， 为三种骨料之间的协同效果起到保证作用，并使得制备的涂料的得以最大程度 的发挥。

具体实施方式

实施例一

一种低成本、高性能的消失模铸造涂料的制备方法，该涂料以重量份计由 下列组份组成：耐火骨料100份，其中-160-+320目石英粉占20％，-160-+320 目铝矾土占20％，-160-+320目炼钢废渣占60％，其余组份均以耐火骨料100份 计，其中聚乙酸乙烯乳液4份，硫酸铝4.5份，硅藻土1.5份，磷酸氢二钠0.6 份，钙基膨润土8份，苯甲酸钠0.6份，正辛醇0.05份，羧甲基纤维素钠2.0 份，乙酸乙酯0.05份，聚乙烯烷基醇醚0.06份和水32份，所述制备方法包括 下列步骤：

1)将石英粉、铝矾土和炼钢废渣按上述比例放入球磨机中球磨1小时，混 合均匀，然后过筛，得到-160-+320目的混合耐火骨料；

2)将水加入反应釜中，开启反应釜，搅拌速度为：130r/min，在搅拌状态 下向反应釜中加入羧甲基纤维素钠，加热，将反应釜的温度缓慢升至80℃，恒 温搅拌5min，在搅拌状态下向反应釜中加入硫酸铝，搅拌3min后依次向反应 釜中加入磷酸氢二钠、苯甲酸钠、钙基膨润土、硅藻土；继续搅拌15min，制 得混合溶液；

3)将第1)步制备的混合耐火骨料加入第2)步制备的混合溶液中，提高 转速至800转/分，搅拌30分钟；

4)然后依次向反应釜中加入聚乙烯烷基醇醚、聚乙酸乙烯乳液、正辛醇、 乙酸乙酯，再搅拌12min后出料。

该实施例制备的涂料的耐火度为1820℃，悬浮率为98.5％，常温透气性为 13cm²·(kPa·min)^-1，高温透气性为25cm²·(kPa·min)^-1。触变率为15％；涂 料的涂刷指数、滴淌量和滴淌时间分别约为6.0，0.3g和12s。

实施例二

一种低成本、高性能的消失模铸造涂料的制备方法，该涂料以重量份计由 下列组份组成：耐火骨料100份，其中-160-+320目石英粉占25％，-160-+320 目铝矾土占25％，-160-+320目炼钢废渣占50％，其余组份均以耐火骨料100份 计，其中聚乙酸乙烯乳液5份，硫酸铝3.5份，硅藻土2份，磷酸氢二钠0.4 份，钙基膨润土10份，苯甲酸钠0.4份，正辛醇0.1份，羧甲基纤维素钠1.6 份，乙酸乙酯0.08份，聚乙烯烷基醇醚0.04份和水38份，所述制备方法包括 下列步骤：

1)将石英粉、铝矾土和炼钢废渣按上述比例放入球磨机中球磨2小时，混 合均匀，然后过筛，得到-160-+320目的混合耐火骨料；

2)将水加入反应釜中，开启反应釜，搅拌速度为：150r/min，在搅拌状 态下向反应釜中加入羧甲基纤维素钠，加热，将反应釜的温度缓慢升至70℃， 恒温搅拌8min，在搅拌状态下向反应釜中加入硫酸铝，搅拌2min后依次向反 应釜中加入磷酸氢二钠、苯甲酸钠、钙基膨润土、硅藻土；继续搅拌20min， 制得混合溶液；

3)将第1)步制备的混合耐火骨料加入第2)步制备的混合溶液中，提高 转速至1000转/分，搅拌20分钟；

4)然后依次向反应釜中加入聚乙烯烷基醇醚、聚乙酸乙烯乳液、正辛醇、 乙酸乙酯，再搅拌18min后出料。

该实施例制备的涂料的耐火度为1835℃，悬浮率为98.9％，常温透气性为 14cm²·(kPa·min)^-1，高温透气性为24cm²·(kPa·min)^-1。触变率为16％；涂 料的涂刷指数、滴淌量和滴淌时间分别约为6.0，0.3g和12s。

实施例三

一种低成本、高性能的消失模铸造涂料的制备方法，该涂料以重量份计由 下列组份组成：耐火骨料100份，其中-160-+320目石英粉占22.5％，-160-+320 目铝矾土占22.5％，-160-+320目炼钢废渣占55％，其余组份均以耐火骨料100 份计，其中聚乙酸乙烯乳液4.5份，硫酸铝4份，硅藻土1.8份，磷酸氢二钠 0.5份，钙基膨润土9份，苯甲酸钠0.5份，正辛醇0.08份，羧甲基纤维素钠 1.8份，乙酸乙酯0.07份，聚乙烯烷基醇醚0.05份和水35份，所述制备方法 包括下列步骤：

1)将石英粉、铝矾土和炼钢废渣按上述比例放入球磨机中球磨1.5小时， 混合均匀，然后过筛，得到-160-+320目的混合耐火骨料；

2)将水加入反应釜中，开启反应釜，搅拌速度为：140r/min，在搅拌状态 下向反应釜中加入羧甲基纤维素钠，加热，将反应釜的温度缓慢升至75℃，恒 温搅拌6min，在搅拌状态下向反应釜中加入硫酸铝，搅拌3min后依次向反应 釜中加入磷酸氢二钠、苯甲酸钠、钙基膨润土、硅藻土；继续搅拌18min，制 得混合溶液；

3)将第1)步制备的混合耐火骨料加入第2)步制备的混合溶液中，提高 转速至900转/分，搅拌25分钟；

4)然后依次向反应釜中加入聚乙烯烷基醇醚、聚乙酸乙烯乳液、正辛醇、 乙酸乙酯，再搅拌15min后出料。

该实施例制备的涂料的耐火度为1850℃，悬浮率为99.2％，常温透气性为 15cm²·(kPa·min)^-1，高温透气性为26cm²·(kPa·min)^-1。触变率为17％；涂 料的涂刷指数、滴淌量和滴淌时间分别约为6.0，0.3g和12s。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。