專利名稱：一種中間包水口的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機非金屬材料領域，尤其是涉及一種中間包水口的制備方法。
背景技術：
水口屬于功能耐火材料之一，有控制鋼水流量和流速的作用，其性能可直接影響連鑄時間。因此水口要具有良好的熱穩(wěn)定性和抗侵蝕性，這就決定了水口制品有氣孔率低， 致密度高的特點。鋯英石材料是酸性材料，具有耐火度高、線膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好、抗沖刷、耐侵蝕的特性，選用鋯質(zhì)材料制造水口具有很長的壽命。目前國內(nèi)生產(chǎn)水口多采用機壓成型，少量采用澆注成型，但機壓成型的水口多因混料不均造成組織結構不一致，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定， 連鑄不連貫導致鑄坯質(zhì)量下降和勞力成本升高，所以，需要選用一種新型的成型方法解決混料不均的問題，以提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。二十世紀九十年代初，美國橡樹嶺國家重點實驗室發(fā)明了凝膠注模成型技術，該技術將傳統(tǒng)的注漿成型工藝與有機高分子化學相結合，利用有機高分子反應凝膠固化達到成型的目的。其核心是在陶瓷粉料制備的漿料中加入交聯(lián)劑和單體等化學試劑，混合均勻， 漿料注入到模具中，在一定條件下漿料中的有機試劑原位聚合，形成三維結構的膠體，將粉料原位固定在膠體中，達到成型目的。這種成型方法具有凈尺寸成型、成型后坯體強度高的優(yōu)點，該成型技術現(xiàn)已得到廣泛應用，在制備異型精密部件中發(fā)揮了很大的作用。在已有的有關凝膠注模成型研究中，采用凝膠注模制備多孔陶瓷、陶瓷缸套內(nèi)襯的工藝方法，以及改善凝膠注模工藝的研究，并未發(fā)現(xiàn)將凝膠注模成型方法應用到中間包水口方面的研究。結合凝膠注模工藝成型水口，澆注出的制品組織結構均勻，氣孔率低，致密度高，提高產(chǎn)品壽命，并可減少勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種中間包水口的制備方法。本發(fā)明的技術方案是利用凝膠注模成型工藝制備水口。該方案選用一定粒度的粉料做原料，采用濕法成型?？墒怪破方M織結構均勻一致、氣孔率低，致密度高，抗侵蝕性好，各項性能可得到進一步提高，并且該成型方法操作簡單，便于控制。一種中間包水口的制備方法，將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑配置成預混液，然后加入鋯英石、單斜氧化鋯、氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈦粉體原料，并加入分散劑、消泡劑，用氨水調(diào)節(jié)PH至9-10，球磨混合制得分散均勻、流動性好的懸浮漿料；然后在懸浮漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻并進行真空除氣處理，倒入成型模具中，在一定溫度和濕度下使?jié){料凝膠固化成型；成型坯體經(jīng)干燥、燒成得到中間包水口。一種中間包水口的制備方法，利用凝膠注膜方法成型。一種中間包水口的制備方法，選用的有機單體為丙烯酸胺、羥甲基丙烯酸胺、甲基丙烯酸胺中的一種或兩種；交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酸胺、多已二甲二醇二甲基丙烯酸胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸脂中的一種；引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀；催化劑為四甲基乙二胺；分散劑為聚丙烯酸氨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸中的一種；消泡劑為有機硅消泡劑或者醇類消泡劑。一種中間包水口的制備方法，所述的預混液占漿料總質(zhì)量的4%-20%，預混液中去離子水、有機單體、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100 :8-40 5 - 0. 5。一種中間包水口的制備方法，所述的粉體原料的質(zhì)量百分比為鋯英石40-85 %， 單斜氧化鋯15-50 %，氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯0-10 %，氧化鈦0-1 % ；其中，鋯英石粉體的質(zhì)量百分比為325目鋯英石66. 7-100 %，600目鋯英石0-33. 3 % ；單斜氧化鋯的質(zhì)量百分比為325目單斜氧化鋯0-40 % ；4000目單斜氧化鋯60-100 % ；氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯粒度為325目，氧化鈦粒度為4000目。一種中間包水口的制備方法，分散劑、消泡劑用量為粉體原料質(zhì)量的1%。_10%。、 0. 1%0-10%0。一種中間包水口的制備方法，引發(fā)劑、催化劑加入量為有機單體質(zhì)量的
0. 1%-10. 0%,0-2%o一種中間包水口的制備方法，漿料凝膠固化成型溫度范圍在15 - 90°C、濕度為 55%-95%。一種中間包水口的制備方法，坯體干燥環(huán)境溫度為15 - 100°C、濕度為40%_95% RH。一種中間包水口的制備方法，坯體在氧化氣氛爐中1500-1650°C保溫2-5個小時燒成。一種中間包水口的制備方法，具體工藝步驟包括 配制漿料
(1)將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑配制成預混液，去離子水、有機單體和交聯(lián)劑質(zhì)量比 100 8 - 40 5 - 0. 5 ；
(2)粉體原料的質(zhì)量百分比為鋯英石40-85%，單斜氧化鋯15-50 %，氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯0-10 %，氧化鈦0-1 % ；其中，鋯英石粉體的質(zhì)量百分比為325目鋯英石 66. 7-100 %，600目鋯英石0-33. 3 % ；單斜氧化鋯的質(zhì)量百分比為325目單斜氧化鋯 0-40 % ；4000目單斜氧化鋯60-100 % ；氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯粒度為325目，氧化鈦粒度為4000目；加入分散劑和消泡劑；
(3)將所述的粉料、分散劑、消泡劑、預混液放入球磨罐中，預混液質(zhì)量占為所制漿料質(zhì)量的4%-20%，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合20-50分鐘，然后用氨水將漿料PH調(diào)至9_10 后，球磨15 - 36小時后得到分散均勻、穩(wěn)定、流動性好的漿料；
坯體成型和干燥向上述配制的漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻；對漿料進行除氣抽真空處理，然后注入到成型模具內(nèi)，在15-90°C、55-95%RH范圍內(nèi)凝膠固化；脫去模具后，將坯體放入恒溫恒濕箱進行干燥，溫度范圍為15-100°C，濕度為40%-95% RH;
燒成在電爐中燒結，在300-800°C內(nèi)脫除有機物，然后在1500-1650°C保溫2-5個小時，得到中間包水口制品。本發(fā)明實質(zhì)性特點是
1、漿料均勻，成型后的坯體組織結構均勻一致，制品的性能可進一步提高。
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2、本制品采用細粉和微粉組成，成型后的坯體表面光滑，燒成后的制品致密，氣孔率低，抗侵蝕性好。3、該工藝操作簡單，容易成型異型制品，勞動強度低，生產(chǎn)效率提高。
具體實施例方式實施例1
1.1、配制漿料將M克丙烯酰胺、3克N’N_亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有350克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取1722. 5克鋯英石(325目)J65克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、662. 5克單斜氧化鋯(4000目)、25克氧化鈦、20克分散劑聚丙烯酸氨和5克消泡劑正辛醇到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合20分鐘后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨20小時后，制成漿料。1. 2、成型和干燥。再分別向步驟1的漿料中加入2. 0克引發(fā)劑過硫酸銨和0. 15 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在30°C、 80%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度25 °C、濕度90%環(huán)境下干燥。1. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1600°C保溫3個小時燒成，得到中間包水口。實施例2
2.1、漿料制備將30克丙烯酰胺、45克羥甲基丙烯酸胺、7克N’ N-亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有250克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取1625克鋯英石 (325目)、125克單斜氧化鋯(325目)、500克鋯英粉(600目)、250克單斜氧化鋯(4000目)、 25克聚丙烯酸氨和4克消泡劑正辛醇到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球球磨混合30min 中，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨36小時后，制成漿料。2. 2、成型和干燥。再分別向步驟1的漿料中加入3. 2克引發(fā)劑過硫酸銨和0. 10 催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在26°C、 95%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度25 °C、濕度90%環(huán)境下干燥。2. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1650°C保溫4個小時燒成，得到中間包水口。實施例3
3.1、漿料制備將167. 37克甲基丙烯酸胺、20. 92克聚乙二醇二甲基丙烯酸脂放入盛有418. 43克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取2040克鋯英石 (325目)、360克單斜氧化鋯(4000)、24. 24克氧化鈦、2. 42克聚丙烯酸氨和0. 24克消泡劑聚醚-硅氧烷共聚物到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合20min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨M小時后，制成漿料。3. 2、成型和干燥再分別向步驟1的漿料中加入16. 73克引發(fā)劑過硫酸鉀和3. 34 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在15°C、 95%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度15°C、濕度90%環(huán)境下干燥。
3. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1500°C保溫5個小時燒成，得到中間包水口制品。實施例4
4.1、漿料制備將84克羥甲基丙烯酰胺、10克N’ N-亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有240 克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取1000克鋯英石(325目)、250 克單斜氧化鋯(325目)、100克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、150克鋯英粉(600目)、1000 克單斜氧化鋯(4000目)、25克氧化鈦、43克聚丙烯酸氨和8克消泡劑二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，，球磨 15小時后，制成漿料。4. 2、成型和干燥再分別向步驟1的漿料中加入3. 5克引發(fā)劑過硫酸銨和0. 15 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在30°C、 95%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度25 °C、濕度90%環(huán)境下干燥。4. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1580°C保溫3個小時燒成，得到中間包水口制品。實施例5
5.1、漿料制備將7. 52克丙烯酰胺、4. 70克N’ N-亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有94. 02 克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；496克鋯英石(325目)、248克單斜氧化鋯(325目)、248克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、496克鋯英粉(600目)、992克單斜氧化鋯(4000目)、20克氧化鈦、25克聚丙烯酸氨和25克消泡劑正辛醇到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨15小時后，制成漿料。5. 2、成型和干燥再分別向步驟1的漿料中加入0. 75克引發(fā)劑過硫酸鉀和0. 15 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在15°C、 70%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度15°C、濕度40%環(huán)境下干燥。5. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1610°C保溫2個小時燒成，得到中間包水口制品。實施例6
6.1、配制漿料將51克丙烯酰胺、10甲基丙烯酸胺、1. 65克N’ N-亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有330克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取1068克鋯英石 (325目)、186. 9克單斜氧化鋯(325目)、160. 2克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、534克鋯英粉(600目)、720. 9克單斜氧化鋯(4000目)、13. 35克氧化鈦、13. 42克分散劑三聚磷酸鈉和5克消泡劑正辛醇到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨20小時后，制成漿料。6. 2、成型和干燥。向漿料中加入.5. 2克引發(fā)劑過硫酸銨和0. 23克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在90°C、84%RH濕度下保溫25min后固化。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度100°C、濕度40%環(huán)境下干燥。
6. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1600°C保溫3個小時燒成，得到中間包水口。實施例7
7.1、配制漿料將75克甲基丙烯酸胺、6. 2克聚乙二醇二甲基丙烯酸脂放入盛有273 克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；分別稱取1311. 75克鋯英石(325目)、 173. 25克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、371. 25克鋯英粉(600目)、618. 75克單斜氧化鋯(4000目)、13克氧化鈦、16. 8克分散劑六偏磷酸鈉和6. 5克消泡劑二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合50min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨 M小時后，制成漿料。7. 2、成型和干燥。再分別向步驟1的漿料中加入7. 5克引發(fā)劑過硫酸鉀和1. 1 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在75°C、 55%RH濕度下保溫35min后固化。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度25 °C、濕度90%環(huán)境下干燥。7. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1600°C保溫3個小時燒成，得到中間包水口。實施例8
8.1、漿料制備將110克丙烯酰胺、12克聚乙二醇二甲基丙烯酸放入盛有434克去離子水燒杯中溶解得到預混液，倒入球磨罐中；1056克鋯英石(325目)、158. 4克單斜氧化鋯 (325目)、105. 6克氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(325目)、396克鋯英粉(600目)、擬4克單斜氧化鋯(4000目)、15. 84克氧化鈦、15. 84克聚丙烯酸和5. 4克消泡劑二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合20min中后，加入氨水調(diào)節(jié)漿料PH值之10，球磨15小時后，制成漿料。8. 2、成型和干燥再分別向步驟1的漿料中加入3. 1克引發(fā)劑過硫酸銨和0. 30 克催化劑四甲基乙二胺，對漿料除氣抽真空處理并攪拌均勻。注入到成型模具內(nèi)，在30°C、 85%RH濕度下凝膠固化成型。凝固后脫去模具得到坯體，將坯體放入恒溫恒濕箱內(nèi)，保持溫度15°C、濕度95%環(huán)境下干燥。8. 3、燒成將干燥好的坯體在氧化氣氛的電爐中1600°C保溫3個小時燒成，得到中間包水口制品。
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權利要求
1.一種中間包水口的制備方法，其特征在于將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑配置成預混液，然后加入鋯英石、單斜氧化鋯、氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈦粉體原料，并加入分散劑、消泡劑，用氨水調(diào)節(jié)PH至9-10，球磨混合制得分散均勻、流動性好的懸浮漿料；然后在懸浮漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻并進行真空除氣處理，倒入成型模具中，在一定溫度和濕度下使?jié){料凝膠固化成型；成型坯體經(jīng)干燥、燒成得到中間包水口。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于利用凝膠注膜方法成型。
3.根據(jù)權利要求書1所述的一種中間包水口的制備方法，選用的有機單體為丙烯酸胺、羥甲基丙烯酸胺、甲基丙烯酸胺中的一種或兩種；交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酸胺、多已二甲二醇二甲基丙烯酸胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸脂中的一種；引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀；催化劑為四甲基乙二胺；分散劑為聚丙烯酸氨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸中的一種；消泡劑為有機硅消泡劑或者醇類消泡劑。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于所述的預混液占漿料總質(zhì)量的4%-20%，預混液中去離子水、有機單體、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100 8-40 5 一 0. 5。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于所述的粉體原料的質(zhì)量百分比為鋯英石40-85 %，單斜氧化鋯15-50 %，氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯0-10 %， 氧化鈦0-1 % ；其中，鋯英石粉體的質(zhì)量百分比為325目鋯英石66. 7-100 %，600目鋯英石0-33. 3 % ；單斜氧化鋯的質(zhì)量百分比為325目單斜氧化鋯0-40 % ；4000目單斜氧化鋯 60-100 % ；氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯粒度為325目，氧化鈦粒度為4000目。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于引發(fā)劑、催化劑加入量為有機單體質(zhì)量的0. 1%-10. 0%、0-2%。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于漿料凝膠固化成型溫度范圍在15 - 90°C、濕度為55%-95%。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于坯體干燥環(huán)境溫度為 15 — 100°C、濕度為 40%-95% RH。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種中間包水口的制備方法，其特征在于坯體在氧化氣氛爐中1500-1650°C保溫2-5個小時燒成。
10.上述的權利要求1-9之一所述的中間包水口的制備方法，其特征在于具體工藝步驟包括配制漿料(1)將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑配制成預混液，去離子水、有機單體和交聯(lián)劑質(zhì)量比 100 8 - 40 5 - 0. 5 ；(2)粉體原料的質(zhì)量百分比為鋯英石40-85%，單斜氧化鋯15-50 %，氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯0-10 %，氧化鈦0-1 % ；其中，鋯英石粉體的質(zhì)量百分比為325目鋯英石 66. 7-100 %，600目鋯英石0-33. 3 % ；單斜氧化鋯的質(zhì)量百分比為325目單斜氧化鋯 0-40 % ；4000目單斜氧化鋯60-100 % ；氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯粒度為325目，氧化鈦粒度為4000目；加入分散劑和消泡劑；(3)將所述的粉料、分散劑、消泡劑、預混液放入球磨罐中，預混液質(zhì)量占為所制漿料質(zhì)量的4%-20%，以氧化鋯球為研磨球，球磨混合20-50分鐘，然后用氨水將漿料PH調(diào)至9_10 后，球磨15 - 36小時后得到分散均勻、穩(wěn)定、流動性好的漿料；坯體成型和干燥向上述配制的漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻；對漿料進行除氣抽真空處理，然后注入到成型模具內(nèi)，在15-90°C、55-95%RH范圍內(nèi)凝膠固化；脫去模具后，將坯體放入恒溫恒濕箱進行干燥，溫度范圍為15-100°C，濕度為40%-95% RH;燒成在電爐中燒結，在300-800°C內(nèi)脫除有機物，然后在1500-1650°C保溫2-5個小時，得到中間包水口制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機非金屬材料領域，是一種凝膠注模中間包水口的制備方法，特別是中間包水口制備過程中的成型方法。其特征是將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑、粉體原料混合，加入引發(fā)劑、催化劑使其原位固化成型。與傳統(tǒng)機壓成型方法相比，具有操作方便、勞動強度低、凈尺寸成型、成型后的制品組織結構均勻、干燥后坯體強度高等優(yōu)點，產(chǎn)品坯體的質(zhì)量可得到很大的提高。
文檔編號C04B35/622GK102503475SQ20111033128
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者劉國齊, 姜欣, 王傳運, 王剛, 王來穩(wěn), 申西杰 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司