本发明属于铸造材料制备
技术领域：
，具体涉及一种冒口套的制备方法。
背景技术：
：大部分金属在冷却过程中会经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩，如果前两种收缩不能得到及时补偿的话，就会在铸件中形成缩孔、缩松等铸造缺陷，破坏铸件的性能。冒口套是冶金工业浇铸铸件时用的保温制品，是铸造工艺中不可或缺的辅助材料之一。其作用原理是利用低导热系数保温材料的蓄热功能以减少冒口套内金属液的热损失，从而延长冒口套内金属液的凝固时间，提高其对铸件的补缩能力。主要功能是排气、排渣、钢水补缩。为了使生产出的铸钢件质量合格，必须要求冒口套具有良好的发热、保温效果，发热保温冒口套的质量直接决定了铸件的合格出品率，以及铸造生产成本。发热保温冒口套一般由保温材料，发热材料、氧化剂、耐火材料及粘贴剂等组合制成，其中，氧化剂的选择对发热保温冒口套的发热性能起决定性作用，国外发热保温冒口套中发热材料多选用铝粉和赤铁矿，变化较少，而氧化剂的选择也不尽相同，变化较多，国内对氧化剂的研究较少。其材料必须具有以下要求：具有良好的保温性能；具有良好的耐火性能；高温下化学稳定性强；具有足够的干强度和湿强度；使用过程中不污染环境，清洁环保；原材料来源广泛，价格便宜，容易采购等。现在市面上冒口的耐火材料多数是石英砂，加上少量的漂珠，总体是冒口偏大、偏重，也增加了用户的成本，而且石英砂的保温性能不佳，限制了使用范围。冒口套在铸钢件、铸钢锭、球墨铸铁件、铜铝合金逐渐方面具有广泛的应用。然而，现有技术制备的冒口套材料用量大，强度性能较低，发热速度快，热量传递不均匀，而且高温易膨胀，容易造成冒口套的变形，无法满足现有铸造生产的需求。此外，还存在补缩效率不佳、保温性能不良以及作用单一等缺点，难以满足铸件的补缩要求。例如申请号为201520721767.3的发明，包括冒口套侧壁的横截面呈d型，冒口套侧壁由能与铸件平面侧贴合的平面侧壁部分及连接平面侧壁部分的圆弧面侧壁部分构成，虽然这样消耗的金属液相比传统冒口套大幅度减少，从而有效地提高了铸件的出品率，但是冒口套的保温性能不好，而且冒口套扣在铸件上时，冒口套的内壁与铸件的外壁接触的不严密，导致保温发热的性能较差。传统的保温冒口套，生产工艺性能和产品各项使用性能较差，对促进材料更新换代，缓解资源紧张，节能降耗和改善用户产品质量等方面具有较低经济效益和社会效益。因此，提供一种高强度，不易变形，保温性能优异的冒口套具有重要意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对目前市面上存在的冒口套的强度低，易变形，保温性能差，导热系数过高的缺陷，提供了一种冒口套的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：冒口套的具体制备步骤为：（1）将改性无机物粉末、表面改性玻璃纤维混合后，放入带有搅拌器的反应釜中，加热升温至40～50℃，在上述温度条件下，搅拌反应35～45min，得到混合物，将所得混合物浇注至不锈钢模具中，制备得到中空生坯，将中空生坯静置固化21～23h后，脱模，自然晾干，即得冒口套；改性无机物粉末具体制备步骤为：（1）将玄武岩、石英石按质量比为1︰1混合，用蒸馏水冲洗1～2次后，放入粉碎机中，以450～550r/min的转速粉碎25～30min，再放入研磨机中，研磨30～40min，得到无机物粉末；（2）将上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰3混合后，放入搅拌仪中，搅拌反应12～15min，过滤，去除滤液，收集滤渣，即为改性无机物粉末，备用；表面改性玻璃纤维具体制备步骤为：（1）将玻璃纤维放入管式炉中，热处理30～40min，得到热处理物，将热处理物放入丙酮溶液中超声清洗1～2h后，用蒸馏水冲洗3～4次，再放入烘箱中，在温度为80～100℃的条件下，干燥1～2h，得到预处理物；（2）将上述预处理物放入浸渍提拉装置中，在水性环氧树脂中浸渍10～15min后，对预处理物进行提拉，直至全部提拉完毕后，放入恒温恒湿室中，处理3～4天，即得表面改性玻璃纤维；改性无机物粉末、表面改性玻璃纤维混合质量比为1︰1。中空生坯的厚度为12～14mm，顶部具有直径为4～5mm的圆孔。改性无机物粉末具体制备步骤（1）中玄武岩、石英石混合质量比为1︰1。改性无机物粉末具体制备步骤（2）中上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸混合质量比为1︰3。表面改性玻璃纤维具体制备步骤（1）中管式炉热处理温度为400～450℃。表面改性玻璃纤维具体制备步骤（1）中超声清洗时可进一步确定超声频率为23～25khz，用于清洗的丙酮溶液为质量分数为30%。表面改性玻璃纤维具体制备步骤（2）中浸渍提拉时提拉速度为1mm/s，恒温恒湿室中处理时在温度为25～30℃，空气相对湿度为30～40%的条件下进行。本发明的有益效果是：本发明首先以玄武岩、石英石为原料，将其用蒸馏水冲洗后，粉碎研磨，即得无机物粉末，玄武岩、石英石作为无机矿物，耐高温性优异，强度高，不易变形，化学稳定性好，并具有不燃性，以这两种无机物作为原料，可使得本发明制得的冒口套不易变形、稳定性提升、强度提升，无机物粉末中含有大量二氧化硅及氧化铁、氧化镁等金属氧化物，二氧化硅是一种酸性氧化物，不与盐酸反应，而其他的金属氧化物，例如氧化镁、氧化铁等会与盐酸反应生成可溶于水的物质，将无机物粉末与盐酸反应，除去可与盐酸反应的金属氧化物，生成可溶于水的物质，再通过过滤，除去这部分可溶于水的物质，使得无机物粉末中原本属于氧化铁、氧化镁等这部分金属氧化物的物质被空了出来，从而使得无机物粉末的孔隙率增多，进而使得本发明制得的冒口套的导热系数降低，保温性能提升，不易变形，再以玻璃纤维为原料，玻璃纤维耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高、拉伸强度高、耐化学性能优异、不可燃、尺寸稳定、不易变形、吸收冲击能量大，使用丙酮溶液对玻璃纤维进行清洗，去除玻璃纤维表面的油污，当玻璃纤维表面没有油污时，其与环氧树脂的粘接牢度提高，强度也得到提高，水性环氧树脂具有较好的成膜性，当去除油污的玻璃纤维在水性环氧树脂中浸渍时，水性环氧树脂能在玻璃纤维表面形成均匀薄膜，从而减少纤维表面缺陷，水性环氧树脂具有粘性，使得表面改性玻璃纤维也具有粘性，能使玻璃纤维与无机物粉末更紧密的粘接在一起，另外，水性环氧树脂对基底材料的附着性好，耐腐蚀性好、耐化学试剂性佳，它在玻璃纤维表面形成的薄膜耐磨性好、不可燃，表面改性玻璃纤维质量轻、耐腐蚀性好、电绝缘性优异、传热慢、保温性好、比强度高，使得本发明制得的冒口套的强度高、导热系数低、保温性优异、不易变形，具有广阔的应用前景。具体实施方式将玄武岩、石英石按质量比为1︰1混合，用蒸馏水冲洗1～2次后，放入粉碎机中，以450～550r/min的转速，粉碎25～30min，再放入研磨机中，研磨30～40min，得到无机物粉末；将上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰3混合后，放入搅拌仪中，搅拌反应12～15min，过滤，去除滤液，收集滤渣，即为改性无机物粉末，备用；将玻璃纤维放入管式炉中，在温度为400～450℃的条件下，热处理30～40min，得到热处理物，将热处理物放入质量分数为30%的丙酮溶液中超声清洗1～2h后，用蒸馏水冲洗3～4次，再放入烘箱中，在温度为80～100℃的条件下，干燥1～2h，得到预处理物；将上述预处理物放入浸渍提拉装置中，在水性环氧树脂中浸渍10～15min后，以1mm/s的速度对预处理物进行提拉，直至全部提拉完毕后，放入恒温恒湿室中，在温度为25～30℃，空气相对湿度为30～40%的条件下，处理3～4天，即得表面改性玻璃纤维；将备用改性无机物粉末、上述表面改性玻璃纤维按质量比为1︰1混合后，放入带有搅拌器的反应釜中，加热升温至40～50℃，在上述温度条件下，搅拌反应35～45min，得到混合物；将上述混合物浇注至不锈钢模具中，制备得到厚度为12～14mm，顶部有直径为4～5mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化21～23h后，脱模，自然晾干，即得冒口套。无机物粉末的制备：将玄武岩、石英石按质量比为1︰1混合，用蒸馏水冲洗1次后，放入粉碎机中，以450r/min的转速，粉碎25min，再放入研磨机中，研磨30min，得到无机物粉末。改性无机物粉末的制备：将上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰3混合后，放入搅拌仪中，搅拌反应12min，过滤，去除滤液，收集滤渣，即为改性无机物粉末，备用。预处理物的制备：将玻璃纤维放入管式炉中，在温度为400℃的条件下，热处理30min，得到热处理物，将热处理物放入质量分数为30%的丙酮溶液中超声清洗1h后，用蒸馏水冲洗3次，再放入烘箱中，在温度为80℃的条件下，干燥1h，得到预处理物。表面改性玻璃纤维的制备：将上述预处理物放入浸渍提拉装置中，在水性环氧树脂中浸渍10min后，以1mm/s的速度对预处理物进行提拉，直至全部提拉完毕后，放入恒温恒湿室中，在温度为25℃，空气相对湿度为30%的条件下，处理3天，即得表面改性玻璃纤维。混合物的制备：将备用改性无机物粉末、上述表面改性玻璃纤维按质量比为1︰1混合后，放入带有搅拌器的反应釜中，加热升温至40℃，在上述温度条件下，搅拌反应35min，得到混合物。冒口套的制备：将上述混合物浇注至不锈钢模具中，制备得到厚度为12mm，顶部有直径为4mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化21h后，脱模，自然晾干，即得冒口套。无机物粉末的制备：将玄武岩、石英石按质量比为1︰1混合，用蒸馏水冲洗1次后，放入粉碎机中，以500r/min的转速，粉碎28min，再放入研磨机中，研磨35min，得到无机物粉末。改性无机物粉末的制备：将上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰3混合后，放入搅拌仪中，搅拌反应13min，过滤，去除滤液，收集滤渣，即为改性无机物粉末，备用。预处理物的制备：将玻璃纤维放入管式炉中，在温度为425℃的条件下，热处理35min，得到热处理物，将热处理物放入质量分数为30%的丙酮溶液中超声清洗1h后，用蒸馏水冲洗3次，再放入烘箱中，在温度为90℃的条件下，干燥1h，得到预处理物。表面改性玻璃纤维的制备：将上述预处理物放入浸渍提拉装置中，在水性环氧树脂中浸渍13min后，以1mm/s的速度对预处理物进行提拉，直至全部提拉完毕后，放入恒温恒湿室中，在温度为27℃，空气相对湿度为35%的条件下，处理3天，即得表面改性玻璃纤维。混合物的制备：将备用改性无机物粉末、上述表面改性玻璃纤维按质量比为1︰1混合后，放入带有搅拌器的反应釜中，加热升温至45℃，在上述温度条件下，搅拌反应40min，得到混合物。冒口套的制备：将上述混合物浇注至不锈钢模具中，制备得到厚度为13mm，顶部有直径为4mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化22h后，脱模，自然晾干，即得冒口套。无机物粉末的制备：将玄武岩、石英石按质量比为1︰1混合，用蒸馏水冲洗2次后，放入粉碎机中，以550r/min的转速，粉碎30min，再放入研磨机中，研磨40min，得到无机物粉末。改性无机物粉末的制备：将上述无机物粉末、质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰3混合后，放入搅拌仪中，搅拌反应15min，过滤，去除滤液，收集滤渣，即为改性无机物粉末，备用。预处理物的制备：将玻璃纤维放入管式炉中，在温度为450℃的条件下，热处理40min，得到热处理物，将热处理物放入质量分数为30%的丙酮溶液中超声清洗2h后，用蒸馏水冲洗4次，再放入烘箱中，在温度为100℃的条件下，干燥2h，得到预处理物。表面改性玻璃纤维的制备：将上述预处理物放入浸渍提拉装置中，在水性环氧树脂中浸渍15min后，以1mm/s的速度对预处理物进行提拉，直至全部提拉完毕后，放入恒温恒湿室中，在温度为30℃，空气相对湿度为40%的条件下，处理4天，即得表面改性玻璃纤维。混合物的制备：将备用改性无机物粉末、上述表面改性玻璃纤维按质量比为1︰1混合后，放入带有搅拌器的反应釜中，加热升温至50℃，在上述温度条件下，搅拌反应45min，得到混合物。冒口套的制备：将上述混合物浇注至不锈钢模具中，制备得到厚度为14mm，顶部有直径为5mm圆孔的中空生坯，将中空生坯静置固化23h后，脱模，自然晾干，即得冒口套。对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是以铜铝合金熔融液替换无机物粉末。对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是以表面玻璃纤维替换表面改性玻璃纤维。对比例3：武汉市某公司生产的冒口套。对本发明制得的冒口套和对比例中的冒口套进行检测，检测结果如表1所示：导热性能测定采用导热测试仪进行测试。表1性能测定结果测试项目实例1实例实例3对比例1对比例2对比例3抗折强度（mpa）2.32.52.51.72.12.0抗压强度（mpa）0.960.970.980.760.830.87耐火度（℃）170017101725136013321615导热系数w/（m·k）0.0850.0840.0820.1530.1180.107收缩率（%）0.0930.0950.0960.0710.0660.082由表1数据可知，本发明制得的冒口套，具有极好的机械性能和发热稳定性，且补缩效率良好、保温性能优异，生产工艺性能和产品各项使用性能均保持良好，可长期存放，具有广阔的使用前景。当前第1页12