專利名稱：一種復(fù)合熔模鑄造耐火材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐火材料及其制造方法，尤其是一種復(fù)合熔模鑄造制殼用耐火材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
耐火材料是組成熔模鑄造型殼的基本材料，型殼的主要性能如高溫強度、熱化學(xué)穩(wěn)定性、熱膨脹性、透氣性、脫殼性等，均受耐火材料特性的影響，因此選用質(zhì)量優(yōu)良、性能穩(wěn)定、資源豐富的耐火材料對熔模鑄造有著極其重要的意義。
根據(jù)中國鑄造協(xié)會編，機械工業(yè)出版社出版的《熔模鑄造手冊》第200-214頁介紹應(yīng)用于熔模鑄造型殼的耐火材料種類較多，按用途分大致可分為型殼面層用耐火材料、型殼加固層用耐火材料、陶瓷型芯用耐火材料等三種類型。用做熔模鑄造型殼面層材料的有硅石(石英)、電熔剛玉、鋯石、熔融石英、高鋁礬土等。用做型殼加固層材料的有硅石、耐火粘土、高嶺石類耐火熟料、鋁礬土等鋁-硅系耐火材料。
現(xiàn)國內(nèi)硅溶膠熔模鑄造面層涂料用的鋯石主要從澳大利亞進口，不僅需消耗大量外匯，而且價格較高，為降低鑄件成本，提高經(jīng)濟效益，許多熔模鑄造廠家和一些科研機構(gòu)都在積極嘗試使用新的低價耐火材料替代鋯石，包括一些原用作加固層的耐火材料，如莫來粉等，但由于這類材料所含雜質(zhì)較多，在配制硅溶膠涂料時，浸出的離子會影響硅溶膠涂料的穩(wěn)定性，進而影響鑄件質(zhì)量。
熔模鑄造型殼加固層用耐火材料也面臨著相似的情況。例如煤矸石粉是一種具有很好耐高溫性能的耐火材料，但在許多鑄造企業(yè)應(yīng)用時，常會發(fā)生因雜質(zhì)離子波動，浸出離子過多影響涂料穩(wěn)定性，影響鑄件質(zhì)量的事故。
為解決該類通用耐火材料浸出離子影響涂料穩(wěn)定性的問題，在通用耐火材料外包覆一層惰性涂層應(yīng)該是一種可行的方法，檢索到中國知識產(chǎn)權(quán)局1994年7月13日公開的專利文獻“熔模鑄造耐火材料”(公開號CN1089159A)，該文獻介紹了一種用于制作耐火鑄型的改進了的耐火熔模鑄造耐火材料。這種材料含有一種包括粘結(jié)劑、從莫來石和葉蠟石中選中的耐火材料、控制凝固的添加劑和以重量計的百分比含量約0.01至約0.04的硫酸鹽的包覆粉料，該粉料與含有以水重量計的含約3％至6％的膠體氧化硅及以粉料重計的約至少是0.5％的氯化物鹽的水基膠體氧化硅溶液一起配制成漿料。該種耐火材料對減小型殼的開裂等方面有一定的效果，但由于其含有電解質(zhì)離子，在配制硅溶膠涂料時，這些離子同樣會影響硅溶膠涂料穩(wěn)定性，影響鑄件質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明擬解決的問題是提供一種價格低廉、性能穩(wěn)定、資源豐富、與硅溶膠相容性好、制造工藝簡單的熔模鑄造耐火材料及其制造方法，它可以直接替代鋯石等現(xiàn)用作熔模鑄造鑄型的耐火材料，既保證鑄件質(zhì)量，又可大幅下降其制造成本。
為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種復(fù)合熔模鑄造耐火材料，它的粒徑為30-300微米，它以石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料為核心，在所述核心外有氧化鋁涂層包覆。
所述耐火材料的粒徑最好為40-50微米或120-180微米。
所述石英是以二氧化硅為主要成分的天然硅石，或經(jīng)高溫處理的硅石。
所述硅酸鹽類耐火材料是高嶺石類耐火材料或硅灰石。
所述高嶺石類耐火材料是煤矸粉或莫來石或葉蠟石，高嶺石類耐火材料最好是經(jīng)煅燒處理過的熟料。
上述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，它通過顆粒粒徑為10-250微米的石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料顆粒與鋁溶膠按0.5-1.5∶1比例充分混合后，干燥造粒制得。
所述干燥造粒是加熱干燥后再粉碎，或者是噴霧干燥。所述鋁溶膠的氧化鋁重量含量為4-20％，PH值為2.0-6.0。所述硅酸鹽類耐火材料是高嶺石類耐火材料或硅灰石。所述高嶺石類耐火材料是煤矸粉或莫來石或葉臘石。
由于采用了上述方法，在耐火材料的核心材料與鋁溶膠充分混合后，核心材料顆粒吸附鋁溶膠并被鋁溶膠充分潤濕，在混合物干燥、脫水的過程中被核心材料吸附的鋁溶膠會逐步生成一層致密的無定形氧化鋁涂層。由于鋁溶膠膠體顆粒較小，也由于鋁溶膠脫水的不可逆性，該涂層具有十分致密、穩(wěn)定的性能，用這種復(fù)合耐火材料配制涂料時，將有效阻止原耐火材料顆粒中可溶性離子的浸出，配制的涂料穩(wěn)定性大大提高，也充分保證了澆鑄鑄件的質(zhì)量。
值得一提的是，由于采用了本發(fā)明技術(shù)方案，將大大拓寬原選用熔模鑄造用耐火材料的范圍。例如，硅灰石(主要成分是CaSiO3)由于Ca2+對硅溶膠的促凝作用，無法直接用作配制硅溶膠涂料，，但采用本發(fā)明技術(shù)方案后，惰性涂層的包覆將有效消除其Ca2+浸出的影響，而考慮其良好的耐高溫性(耐火度1540℃)、低的線膨脹系數(shù)(6.5×10-6/℃)，它將成為一種廉價，優(yōu)質(zhì)的熔模鑄造耐火材料。
另外，需要說明的是按本發(fā)明制得的耐火材料中會混有少量的氧化鋁粉末，但在實驗中發(fā)現(xiàn)，這些微米級和納米級的氧化鋁粉末的存在，不僅不會影響涂料和鑄件質(zhì)量，而且事實上它將更有利于提高耐火材料的懸浮性和涂料的穩(wěn)定性，有利于制得高質(zhì)量的鑄件。
具體實施例方式
實施例1取氧化鋁重量含量為20％、PH值為2.0的鋁溶膠110克，邊攪拌邊加入市售粒徑為10微米左右的煤矸粉100克(市售煤矸粉產(chǎn)品已經(jīng)鍛燒處理)，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，邊攪拌邊加熱蒸發(fā)水分，至物料中觀察不到液相存在時，出料，放入500℃恒溫箱中，繼續(xù)干燥至恒重，冷卻至室溫，研磨粉碎至過30微米篩過篩率不小于95％，即得到成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層，其平均粒徑約為30微米。
實施例2取氧化鋁重量含量為16％、PH值為2.5的鋁溶膠50千克，邊攪拌邊加入市售粒徑為30微米左右的煤矸粉100千克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，出料，用噴霧干燥器干燥造粒，控制噴霧干燥器出口出粉粒度在40微米左右、熱風(fēng)溫度在600℃左右。收集噴霧干燥器出口粉體即為成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為40微米。
實施例3取氧化鋁重量含量為14％、PH值為3.0的鋁溶膠125克，邊攪拌邊加入市售粒徑為45微米左右的煤矸粉100克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，邊攪拌邊加熱蒸發(fā)水分，至物料中觀察不到液相存在時，出料，放入550℃恒溫箱中，繼續(xù)干燥至恒重，冷卻至室溫，研磨粉碎至過50微米篩過篩率不小于95％，即得到成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層，其平均粒徑約為50微米。
實施例4取氧化鋁重量含量為12％、PH值為3.5的鋁溶膠65千克，邊攪拌邊加入市售粒徑為60微米左右的煤矸粉100千克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，出料，用噴霧干燥器干燥造粒，控制噴霧干燥器出口出粉粒度在80微米左右、熱風(fēng)溫度在600℃左右。收集噴霧干燥器出口粉體即為成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為80微米。
實施例5取氧化鋁重量含量為10％、PH值為4.0的鋁溶膠140克，邊攪拌邊加入市售粒徑為100微米左右的煤矸粉100克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，邊攪拌邊加熱蒸發(fā)水分，至物料中觀察不到液相存在時，出料，放入600℃恒溫箱中，繼續(xù)干燥至恒重，冷卻至室溫，研磨粉碎至過120微米篩過篩率不小于95％，即得到成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為120微米。
實施例6取氧化鋁重量含量為8％、PH值為4.5的鋁溶膠80千克，邊攪拌邊加入市售粒徑為125微米左右的煤矸粉100千克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，出料，用噴霧干燥器干燥造粒，控制噴霧干燥器出口出粉粒度在150微米左右、熱風(fēng)溫度在600℃左右。收集噴霧干燥器出口粉體即為成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為150微米。
實施例7取氧化鋁重量含量為6％、PH值為5.0的鋁溶膠150克，邊攪拌邊加入市售粒徑為50微米左右的煤矸粉100克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，邊攪拌邊加熱蒸發(fā)水分，至物料中觀察不到液相存在時，出料，放入650℃恒溫箱中，繼續(xù)干燥至恒重，冷卻至室溫，研磨粉碎至過180微米篩過篩率不小于95％，即得到成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為180微米。
實施例8取氧化鋁重量含量為4％、PH值為6.0的鋁溶膠95千克，邊攪拌邊加入市售粒徑為250微米左右的煤矸粉100千克，加完料繼續(xù)攪拌至粉料充分潤濕后，出料，用噴霧干燥器干燥造粒，控制噴霧干燥器出口出粉粒度在300微米左右、熱風(fēng)溫度在600℃左右。收集噴霧干燥器出口粉體即為成品。該成品以煤矸粉為核心，其外層包覆了氧化鋁涂層，其平均粒徑約為300微米。
實施例9實施例1-8中，用鋁礬土替代煤矸粉，可得到以鋁礬土為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層的耐火材料。由于其實施方法與實施例1-8相同，為節(jié)約篇幅，不再詳細描述。
實施例10實施例1-8中，用莫來石替代煤矸粉，可得到以莫來石為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層的耐火材料。由于其實施方法與實施例1-8相同，為節(jié)約篇幅，不再詳細描述。
實施例11實施例1-8中，用硅灰石替代煤矸粉，可得到以硅灰石為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層的耐火材料。由于其實施方法與實施例1-8相同，為節(jié)約篇幅，不再詳細描述。
實施例12實施例1-8中，用石英粉替代煤矸粉，可得到以石英粉為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層的耐火材料。由于其實施方法與實施例1-8相同，為節(jié)約篇幅，不再詳細描述。
實施例13實施例1-8中，用經(jīng)煅燒處理過的葉蠟石粉替代煤矸粉，可得到以葉蠟石粉為核心，其外層包覆的氧化鋁涂層的耐火材料。由于其實施方法與實施例1-8相同，為節(jié)約篇幅，不再詳細描述。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合熔模鑄造耐火材料，其特征在于它的粒徑為30-300微米，它以石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料為核心，在所述核心外有氧化鋁涂層包覆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料，其特征在于所述耐火材料的粒徑為40-50微米或120-180微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料，其特征在于所述硅酸鹽類耐火材料是高嶺石類耐火材料或硅灰石。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料，其特征在于高嶺石類耐火材料是煤矸粉或莫來石或葉蠟石。
5.前面所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于它通過顆粒粒徑為10-250微米的石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料顆粒與鋁溶膠按0.5-1.5∶1比例充分混合后，干燥造粒制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述干燥造粒是加熱干燥后，再粉碎。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述干燥造粒是噴霧干燥。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述鋁溶膠的氧化鋁重量含量為4-20％，PH值為2.0-6.0。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述硅酸鹽類耐火材料是高嶺石類耐火材料或硅灰石。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合熔模鑄造用耐火材料的制造方法，其特征在于所述高嶺石類耐火材料是煤矸粉或莫來石或葉蠟石。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合熔模鑄造耐火材料，它的粒徑為30－300微米，它以石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料為核心，在所述核心外有氧化鋁涂層包覆，所述硅酸鹽類耐火材料是高嶺石類耐火材料或硅灰石。其制造方法為它通過顆粒粒徑為10－250微米的石英或鋁礬土或硅酸鹽類耐火材料顆粒與鋁溶膠按0.5－1.5∶1比例充分混合后，干燥造粒制得。所述干燥造粒是加熱干燥后，再粉碎或者是噴霧干燥。用這種復(fù)合耐火材料配制涂料時，將有效阻止原耐火材料顆粒中可溶性離子的浸出，配制的涂料穩(wěn)定性大大提高，也充分保證了澆鑄鑄件的質(zhì)量。它將成為一種廉價，優(yōu)質(zhì)的熔模鑄造耐火材料。
文檔編號C04B35/14GK1880281SQ200510079309
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者章浩龍 申請人:章浩龍