专利名称：：一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法
技术领域：
：本发明涉及铸造涂料的制备，特别涉及一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法。
背景技术：
：铸造涂料是覆盖在铸型型腔和型芯表面，以改善其表面耐火性、化学稳定性、抗金属液冲刷性和抗粘沙性等性能的铸造辅助材料。耐火涂料在铸造业中有着十分重要的作用。铸件浇注前，在铸型表面涂敷一层耐火涂料，可有效地防止铸件粘砂、夹砂、砂眼等缺陷，提高铸件表面质量，降低铸件成本。铸型表面涂敷涂料可以减少铸件的清理工作量，减轻劳动，改善劳动环境。据概略的估算，铸件清理成本约占铸件生产总成本的30%，而涂敷涂料后可使铸件的清理成本降低至15%左右，扣除约5%的涂料及其涂敷成本，所以，涂敷涂料后可使铸件的清理成本降低10%。更重要的是，由于涂敷涂料改善了铸件表面质量，减少了铸件缺陷，提高了铸件质量，铸件价格得以提高，其经济效益更加明显。铸造涂料经历了一个相当长的历史过程。早在4500年前，我国的铸造工匠就已经配制并成功的使用了铸造涂料。直到20世纪，铸造涂料才有了迅速发展。随着科学技术的飞速发展为了提高铸件产品的市场竞争力，人们开始重视铸造涂料的研究。在涂料的理论研究和实际应用方面，都有了重大突破，并且各种"专利涂料"不断出现。我国从80年代开始注重涂料的使用和研究，并引进一些国外的涂料生产技术，各地还出现了一些专业化铸造涂料生产厂家，开始供应商品涂料。但我国涂料无论在品种上、质量上和基础理论的研究上与国外相比还有很大差距。大多数工厂的涂料还是自配自用，许多厂使用的涂料的质量、工效和配置场所的劳动条件都较差。目前，铸铁涂料主要用石墨、石英粉、锆英粉、高铝矾土等耐火材料作为骨料配置涂料。选用耐火粉料应考虑其基本性质及特点，如耐火粉料的粒度和形状；密度；耐火度；热膨胀系数；与铸造金属的化学反应性；在浇注温度下与型砂的化学反应性；热传导率；气体含量；原材料的易得程度及价格；对人体健康有无危害、对环境污染程度等。在此基础上，人们也在不断寻求各种新型耐火材料，如粉煤灰、电熔莫来石粉、刚玉粉等。粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后排放的固体废料，粉煤灰铸铁涂料是本发明研究的重点。粉煤灰的化学组成、理化性质和矿物组成上符合铸造涂料对骨料的要求，可以用做铸造涂料粉料。
发明内容本发明的目的在于，提供一种适应砂型铸铁件生产的粉煤灰铸铁涂料的制备方法。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤1)配方原料及其质量百分比的组成A、耐火粉料耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，其质量百分比为粉煤灰80%，高铝矾土20%;B、添加剂添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，它们分别占耐火粉料的质量百分比为有机膨润土2%，酚醛树脂3.8%，PVB:0.5%，CMC:0.3%，消泡剂0.1%;C、载液酒精，占耐火粉料的35%~45%;2)原材料预处理有机膨润土用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的510倍；CMC:用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1%~2%的水溶液，浸泡时间在24h以上；PVB:将其溶入酒精，配成浓度为2%5%的溶液，浸泡时间在24h以上；酚醛树脂将其溶入酒精，酒精用量为酚醛树脂的35倍；3)混合搅拌、分散将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散,控制搅拌机的速度在6001000r/min，搅拌时间为l~2h，使涂料混合均匀。4)石开磨均化将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，并按涂料生产标准加入载液，调节涂料的密度和粘度，达到涂料生产标准要求；5)包装将调整好密度和粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。本发明制备的粉煤灰铸铁涂料，涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。图1是粉煤铸铁铸造涂料制备流程图；以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。具体实施方式1、粉煤灰铸铁涂料可行性分析(1)粉煤灰的化学组成化学组成是粉煤灰的重要特性之一，是进行粉煤灰铸铁涂料试验研究的主要依据。大量的研究结果表明粉煤灰的主要化学成分是Si02、A1203、CaO和Fe203等。我国电厂粉煤灰化学成分的一般变化范围如表l。表l:粉煤灰的化学成分成分Si02A1203CaOFe203MgOR20其它含量(％)33.9-59.716.5-35.40.8-10.41.5-19.70.7-1.90.8-41.2-23.6(2)粉煤灰的理化性质粉煤灰是粉煤燃烧后由烟气自锅炉带出的粉状残留物，是煤炭中的灰分(主要为硅、铝、钙、铁等元素的无机矿物质)，在锅炉经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程后形成的固体颗粒。粒径在O.001mrn0.lmm之间。粉煤灰是灰白色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈黑色。粉煤灰的组成和性质是由原煤的成分、燃烧的条件和处理方法等因素决定的。经研究证明，我国粉煤灰的平均比重2.14g/cm3。(3)粉煤灰的矿物组成粉煤灰具有以硅铝为主的化学成分，矿物相包括大量的玻璃相和矿物晶相及各种结构类型。这主要是因为煤的种类和多种矿物杂质的存在。煤中的主要矿物包括硅酸盐、氧化物、碳酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。由于这些矿物的存在，在煤燃烧后而成为灰分。在灰分(粉煤灰)中，结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、赤铁矿和少量方解石、钙长石等组成。灰分就是这些无机化合物的混合物，没有固定的熔点，通常以其软化温度作为它的熔点。根据灰分的软化温度，灰分可分为以下三类①易熔灰分〈120(TC;②可熔灰分1200°C1350°C;③难熔灰分〉135(TC。通过对粉煤灰的理化性质、化学组成以及矿物组成的分析，结合对铸造涂料粉料的要求可以看出A、在成分方面，铸造涂料所用的骨料一般有石英粉、滑石粉、云母粉、刚玉、锆英粉、镁砂粉、橄榄石粉等耐火材料。而这些耐火粉料的主要成分是Si02、A1203、CaO、MgO、Zr02、Fe203等。从上面对粉煤灰的成分分析可以看出，其主要成分包括Si02、A1203、CaO、Fe203等，粉煤灰的成分与铸造涂料骨料的成分基本相符。因而在化学成分上基本符合要求。B、在物化性质方面，因为现在铸造涂料所用到的粉料石英粉、刚玉粉、铝矾土、石墨粉、镁砂等，比重都在2.0g/cr^以上。而我国粉煤灰的平均比重为2.14g/cm3，因而满足粉料对密度的要求。C、一般用于铸造涂料的耐火骨料，具有比较高的耐火度，是衡量能否作为粉料的重要指标，比如锆石粉、刚玉类的耐火粉料。由于粉煤灰的矿物组成中，很大一部分是由莫来石相组成，而莫来石的熔点在190(TC以上，因而使得粉煤灰具有一定的耐火度。从粉煤灰的软化温度来看，如果配加一些其它耐火粉料，会使耐高温性能进一步提高。综上所述，粉煤灰用于铸造涂料粉料是可行的。2、铸铁涂料的基本配方如下表2所示表2:铸铁涂料的基本配方<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>3、用粉煤灰生产铸铁涂料的经济效益(1)粉煤灰制备铸造涂料具有重要的现实意义粉煤灰是我国主要的固体废弃物，利用粉煤灰生产铸造涂料，是实现资源综合利用的措施之一，也是我国倡导的经济可持续发展的战略，不仅粉煤灰资源获得了利用，而且也防止了环境污染。现在铸铁件常采用石墨粉涂料、石墨粉涂料虽然可以防止铸件粘砂，但却往往在铸件表面上留下一层黑灰，在铸件清砂时造成环境污染严重。而粉煤灰铸铁涂料可以改善劳动条件和环境卫生。(2)投资小，见效快粉煤灰的价格便宜(40元/吨)，投资50万元建厂，年产量可达到IOOO吨，若每吨涂料按3000元计算，销售收入300万元，当年即盈利。(3)设备简单、操作方便。4、粉煤灰铸铁涂料制备参见图l，制备工序包括(1)原材料预处理有机膨润土用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的510倍；CMC(羧甲基纤维素钠)用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1-2%的水溶液，浸泡时间在24h以上；PVB(市售的聚乙烯醇縮丁醛树脂或聚乙烯醇縮丁醛胶片)将其溶入酒精，配成PVB浓度为2。/。5。/。的酒精溶液，浸泡时间在24h以上；酚醛树脂将其溶入酒精，配成酒精溶液，酒精用量为酚醛树脂35倍。(2)混合搅拌、分散将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散。控制搅拌机的速度在600~1000r/min,搅拌时间为l~2h，使涂料混合均匀。(3)研磨均化将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，使涂料成为稳定的体系，具有良好的悬浮能力，并按涂料生产标准规定加入载液，调节涂料的密度、粘度等，以达到涂料标准要求。(4)装桶(罐)将调整好粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。5、涂料制备设备(1)搅拌机容积0.3cm3，转速可调n=1001000r/min(2)胶体磨JTM85DG型立式胶体磨，是一种超细粉碎机械，它兼有粉碎、乳化、分散、均质、搅拌等功能。6、涂料的各项性能及特点1)适用范围粉煤灰铸铁涂料适应砂型铸铁件生产。涂料涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。2)涂料性能如表3所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>渗透深度涂层切开3倍砂粒直径流平性观察是否有刷痕较好涂层耐磨性手搔法好高温抗裂性1200'C爆热试验I级3)涂料的性能特点(1)涂料外观均匀，涂料没有腐蚀性物质和放射性；(2)涂料具有良好的悬浮性，并且不结块、易搅拌，不腐败霉变;(3)粘度合适，具有良好的流淌性和流平性，在涂敷时比较容易，涂层均匀，不出现流淌及叠层等缺陷；(4)涂料有较高的渗透能力，渗透能力强，涂层不易开裂，抗粘砂能力强；(5)涂层点燃干燥良好，干燥后涂层的耐磨性好，强度高，没有出现任何裂纹；(6)在高温下，表面光滑无裂纹，涂料与基体之间无剥离现象，涂料的高温抗裂性达到一级；(7)涂料价格便宜。7、粉煤灰铸铁涂料使用实施例浇注灰铸铁件，铸件质量为650kg,壁厚为20mm。采用树脂砂型。将粉煤灰铸铁涂料涂敷铸型上，型腔表面涂刷12次涂料，涂层厚度为0.5mmlmm，点燃干燥后，涂层无裂纹不剥落、强度较好。进行浇注试验，浇注灰铸铁铸件，浇注温度为1350°C。铸件清砂后轮廓清晰，没有出现任何粘砂现象和其它缺陷，铸件表面质量优良。权利要求1、一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤1)配方原料及其质量百分比组成A、耐火粉料耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，其质量百分比为粉煤灰80％，高铝矾土20％；B、添加剂添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，它们分别占耐火粉料的质量百分比为有机膨润土2％，酚醛树脂3.8％，PVB0.5％，CMC0.3％，消泡剂0.1％；C、载液酒精，占耐火粉料的35％～45％；2)原材料预处理有机膨润土用二甲苯调成半透明的膏状，二甲苯的用量为有机膨润土的5～10倍；CMC用冷水浸泡化开，制成胶体状且浓度为1％～2％的水溶液，浸泡时间在24h以上；PVB将其溶入酒精，配成浓度为2％～5％的溶液，浸泡时间在24h以上；酚醛树脂将其溶入酒精，酒精用量为酚醛树脂的3～5倍；3)混合搅拌、分散将称量好酒精、粉煤灰、高铝矾土粉料、消泡剂、预处理过的有机膨润土、CMC、PVB、酚醛树脂依次加入到搅拌机中，进行混合、搅拌及分散，控制搅拌机的速度在600～1000r/min，搅拌时间为1～2h，使涂料混合均匀。4)研磨均化将搅拌机中搅拌均匀的涂料送入胶体磨中研磨30min，并按涂料生产标准加入载液，调节涂料的密度和粘度，达到涂料生产标准要求；5)包装将调整好密度和粘度的涂料装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粉煤灰的粒度为300目和200目，各占粉煤灰总质量的一半。全文摘要本发明公开了一种粉煤灰铸铁涂料的制备方法，该方法制得的铸铁涂料由耐火粉料、添加剂和载液组成，其中，耐火粉料由粉煤灰和高铝矾土组成，添加剂由有机膨润土、酚醛树脂、PVB、CMC和消泡剂组成，载液为酒精，制备过程是将有机膨润土、CMC、PVB和酚醛树脂预处理，然后和其他原料在搅拌机中进行混合、搅拌及分散，经研磨均化并调节涂料的密度和粘度，装入到涂料专用桶中，密封，制得成品。该粉煤灰铸铁涂料，涂敷砂型(芯)表面后，点燃快干形成涂层，增强铸型表面强度及抗粘砂性。铸件浇注后涂层易于剥离，清砂容易。使用该涂料可获得铸件表面质量优良的效果。文档编号B22C3/00GK101602088SQ20091002330公开日2009年12月16日申请日期2009年7月13日优先权日2009年7月13日发明者刘明华,华建社,袁启奇,赵小龙申请人:西安建筑科技大学