專利名稱：：一種離心鑄造輻射管涂料及其制備方法
技術領域：
：本發明為各類離心鑄造合金鋼管涂料及其制備方法，特別涉及一種離心鑄造輻射管涂料及其制備方法，屬于鑄造
技術領域：
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背景技術：
：在機械加工、汽車制造及鋼鐵工業的熱處理行業中，為保證工件的內在質量、以及滿足某些表面熱處理工藝要求，許多熱處理爐采用保護氣氛間接加熱。由于輻射管加熱有效地避免了被加熱表面的氧化和脫碳，這就為在保護氣氛下進行熱處理創造了條件。目前，輻射管應用很廣，發展較快。輻射管一般有電加熱、煤氣加熱兩種。輻射管加熱的方法同其它方法相比，具有很多優點。主要是熱效率高，溫度分布均勻，可采用各種保護氣體，宜于采用程序控制。煤氣輻射管的熱效率一般可達40—60%。電加熱輻射管的一般熱效率為69—73%。目前國內外所生產的輻射管材質基本上都是耐熱鋼，通過離心鑄造而成。輻射管壁面溫度比爐內被處理工件的溫度通常要高50—10(TC，它們都是在相當高的溫度下使用的，所以各種耐熱鋼最高使用溫度隨著使用條件、可控氣氛種類而變化。當爐膛溫度比較高時，耐熱鑄鋼已不能滿足工藝的要求，需要選用其它材質來制造輻射管。目前國內外通過改進輻射管材質以增加使用壽命和提高總體性能，并研究開發了品質更高的輻射管，包括滲鋁低碳無縫鋼管、陶瓷管(SiC管)、Si-SiC復合材料等新型輻射管。由于離心鑄造耐熱鋼輻射管具有生產效率高、生產工藝簡單等特點，仍在國內外得到廣泛使用。輻射管壁厚薄,通常小于15mm，不僅要求表面層組織致密，還要有一定粗糙度，具有一定粗糙度的麻面耐高溫輻射管，比普通光滑輻射管輻射面增加，熱處理能耗低，節能效果好。輻射管不能有氣孔，否則極易使璧管燒穿。尤其是澆鑄細長薄璧輻射鋼管，熱端和冷端的鑄型溫差較大，在末端金屬液溫度低，侵入的氣泡未及時排出，易形成氣孔，所以，生產離心鑄造薄壁耐熱合金鋼輻射管，對涂料要求很嚴格。過去各廠家多數用剛玉粉涂料和石英粉涂料，但使用后涂料會產生粘附，并且鑄件會產生氣孔、結疤等現象。中國發明專利CN1520951公開了一種離心鑄造高合金爐管金屬型涂料及方法，成分為鋯英粉IOOKG、硅溶膠515KG、熒石粉26KG、纖維素80200G、聚乙烯醇80200G、膨潤土38KG;混制方法為將100KG的鋯英粉、熒石粉26KG、膨潤土38KG加入輪碾機內，干混15分鐘，加A用水溶解的80200G纖維素、80200G聚乙烯醇和5KG水，混碾3小時。加入硅溶膠515KG混碾30分鐘，由于粘結劑的不同在噴涂后涂層的低溫強度增加；由于纖維素和聚乙烯醇的加入，使涂料在低溫時的塑性增加，提高了涂料層在澆注時抗沖刷的能力和金屬型高速運轉時抗震動的能力。但這種爐料用于離心鑄造輻射管時，涂料易粘附于輻射管表面，且不易清除，影響輻射管的輻射換熱效果。中國發明專利CN1109395也公開了一種離心鑄造型桶涂料，它由基料、輔料、水組成，其特征在于它的化學成分(重量％)是將'(基料+輔料)作為l00%計算，水是(基料+輔料)總重的l00250%，所述(基料+輔料)的化學成分(重量％)為石英或鋯英石中任一種5595%，高嶺石型耐火粘土3.540%，水玻璃或硅溶膠15%，碳酸鈉或苛性鈉0.10.5%，羧甲基纖維素鈉0.010.1%，所述耐火粘土的粒度要求<1Opm的顆粒不低于45%，其中〈lpm的顆粒不低于1.5%。但這種爐料用于離心鑄造輻射管時，涂料易粘附于輻射管表面，且不易清除，影響輻射管的輻射換熱效果。中國發明專利CN1116141公開了一種離心鑄造管型涂料，其組成及其重量比是10O份基料、10012O份水、58份膨潤土、0.150.3份Na2C03、還可加入0.10.3份陰離子表面活性劑，其中，基料是硅藻土和石英粉，基料采用計算重量，其余組分采用實際重量，基料的計算重量與其實際重量之間的關系為W(計)關士二3W(實)硅藻土，W(計)石英粉二W(實)石英粉，該涂料具有很好的懸浮性，低的發氣性、很好的脫模性及抗鐵水沖刷性能和絕熱耐火性能，但用于離心鑄造輻射管，不易在管的外表面獲得均勻分布的麻面。中國發明專利CN1775414還公開了一種核電廠用離心鑄造高合金爐管用涂料的制作配方和工藝。其成分(以100kg計算)硅微粉30%+硅藻土70%16-25kg、磷酸二氫鋁3-5kg、膨潤土3-5kg和PVA0.5-2kg、其余為鋯英粉。其制作方法先將膨潤土3-5kg與硅微粉30X+硅藻土70X16-25kg用球磨機混碾，加適量水攪拌1小時，再加入鋯英粉攪拌1小時，然后加磷酸二氫鋁3-5kg和PVA液0.5-2kg再攪拌2小時，即可得到該涂料。但用于離心鑄造輻射管，不易在管的外表面獲得均勻分布的麻面。日本專利JP5401卩420-A也公開了一種離心鑄造鋼(或鎳基合金)管的涂料，涂料中含有B4C，易在鑄管表面形成一層含硼硬化層，有利于提高鑄管表面的耐磨性，但用于離心鑄造輻射管，不易在管的外表面獲得均勻分布的麻面。發明專利R095387-A也公開了一種用于離心鑄鋼的耐火涂料，含1.5-5%膨潤土、0.3-1.5%淀粉、2-5%水玻璃、0.1-0.2%苯酚或甲酸溶液，但人體吸入苯酚后，會產生呼吸困難和頭痛，并刺激眼睛，而甲醛也是原漿毒物，能與蛋白質結合，吸入高濃度甲醛后，會出現呼吸道的嚴重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發生支氣管哮喘，因該涂料對身體有害，不宜用于離心鑄造輻射管的生產中。要在輻射管表面獲得均勻分布的麻面(亦稱刺凸)，理想的離心鑄造輻射管涂料層結構應是在平坦的涂料層表面上均勻分布著具有一定孔徑、密度與深度的喇叭形小坑孔。由于輻射管壁薄，盡管其澆注溫度高，但凝固過程中排出的總熱量較少，因此可選用廉價的硅藻土為涂料的耐火固料。為了改善涂料的性能，還加入適量的粘結劑、懸浮劑和助劑等材料。
發明內容本發明目的是提供一種離心鑄造輻射管涂料及其制備方法。本發明選用廉價的硅藻土為涂料的耐火固料。為了改善涂料的性能，還加入適量的粘結劑、懸浮劑和助劑等材料。另外，本發明涂料的載液是水，但對水含量進行嚴格控制，涂料在接觸高溫管模后其中的載液發生氣化，聚集成氣泡，新生的載液氣化分子進入氣泡，氣泡內壓力增大，突破阻力由涂層內沖出爆發。在氣泡爆發時，涂層表面形成一個開孔。由于涂料流動性好，就會流入開孔使涂層表面閉合，繼而產生新一輪爆發。但在液態涂層沸騰失水過程末期，由于涂料固液比與粘度增大，流動性顯著降低，開孔會保留下來，最后在涂層表面形成一個喇叭形坑孔，喇叭形坑孔的存在，有利于輻射管表面獲得均勻分布的麻面。本發明的目的可以通過以下措施來實現本發明涂料的組成是(質量分數)25-30%硅藻土(其中SiO2>90%，Al2O3<8.0%,Fe2O3<2.0%,Na2O<1.0%,CaO<1.0%,&0<0.5%)、5陽10%鋯英粉(其中ZrO2>70%,SiO2<30o/o:TiO2<0.4o/o,Fe2O3<0.5%,Al2O3<0.3%)、1.0-1.2%鈦粉、1.5-1.8%鐵粉、4.5-5.0%鈉基膨潤土、2.0-2.5%聚乙烯醇、0.8-1.0%海藻酸鈉、3.5-4.0%硅溶膠、0.8-1.0%十二烷基苯磺酸鈉、0.05-0.08%硅烷、46.82-49.95%水，其中'35°/(^硅藻土+鋯英粉537%，2.7°/<^鈦粉+鐵粉《.9%，8.0%^鈉基膨潤土+聚乙烯醇+海藻酸鈉^8.2%。本發明涂料的制備方法如下1)先將200—280目鈉基膨潤土、200—280目硅藻土、200—280目鋯英粉、200—280目鈦粉和200—280目鐵粉按上述配比加入輪碾機內，干混15—25min;2)然后按上述配比依次加入海藻酸鈉、十二垸基苯磺酸鈉、硅烷、聚乙烯醇和水，混碾180—240min;3)然后按上述配比加入硅溶膠混碾30—40min;4)最后將混碾后的涂料經80—100目篩子過篩，除去雜質。上述涂料用于離心澆注輻射管時，管模(即鑄型)溫度控制在180—28(TC，這是因為涂料的掛涂質量與管模溫度關系很大。模溫太高，涂料層內表面形成坑孔太大，模溫太低5不易形成坑孔，且容易造成粘結劑及懸浮劑跑到自由內表面，增加涂層發氣量，降低涂層強度。管模鑄型溫度控制在180—28(TC，可獲得麻面輻射管。本發明涂料的主要耐火固料選用200—280硅藻土，且硅藻土的組成如下SiO2>90%,Al2O3<8.0%，Fe2O3<2.0%,Na2O<1.0%，CaO<1.0%，K2O<0.5%。硅藻土來源廣泛，成本低廉，且離心鑄造輻射鋼管涂料以硅藻土為主要耐火固料，使輻射鋼管表面光潔，無結疤，無粘附等缺陷。可克服使用剛玉粉涂料和單一鋯英粉涂料易產生的粘附、氣孔和結疤等現象。硅藻土原礦中主相蛋白石為含水二氧化硅，常含3.5-8.0。/。的結合7K,并含有有機物。因此，用于離心鑄造輻射鋼管涂料的硅藻土需經800—85(TC、加熱保溫時間為8—10h的焙燒處理，去除結合水和有機物。本發明涂料的耐火固料除了硅藻土外，為了提高涂料的耐高溫性能，還加入5-10%鋯英粉，且鋯英粉的主要組成如下ZrO2>70%，SiO2<30%，TiO2<0.4%,Fe2O3<0.5%,Al2O3<0.3%。但耐火固料的總加入量應控制在35%5硅藻土+鋯英粉^37%，可以確保涂料具有較好的高溫強度和良好的流涂性，。本發明涂料以鈉基膨潤土、聚乙烯醇和海藻酸鈉做懸浮劑，懸浮劑用來防止耐火骨料的沉淀。海藻酸鈉加入涂料中，可明顯提高涂料懸浮性。而聚乙烯醇的制作原料是石油和天然氣，其來源廣泛，且無毒、無味，加入涂料中能提高涂料懸浮性能，與鈉基膨潤土和海藻酸鈉共用，可獲得較高的沉降穩定性、快干性和良好的涂刷性。懸浮劑的加入量以4.5-5.0%鈉基膨潤土、2.0-2.5%聚乙烯醇、0.8-1.0%海藻酸鈉和8.0%5鈉基膨潤土+聚乙烯醇+海藻酸鈉^8.2%為宜。硅溶膠的粘度較小，涂料的粉液比可大大提高，從而使涂料表面強度提高，硬度提高，以獲得優質光潔的鑄件表面。另外，硅溶膠涂料穩定性好，而且可采用自然干燥的方式獲得強度。硅溶膠還是無毒無腐蝕非易燃易爆品，用它配制的涂料對環境無污染，對人身安全。本發明涂料中加入3.5-4.0%硅溶膠#粘結劑，可使涂料具有良好的高溫結合強度，還有利于改善輻射鋼管的表面質量，防止涂料粘附于輻射鋼管的表面。本發明涂料中加入1.0-1.2%鈦粉，可以與合金鋼中的碳、氮等反應，生成高熔點細小的TiC、TiN或Ti(C,N)等顆粒，它們可以作為初生奧氏體結晶核心，有利于細化離心鑄造輻射鋼管表層的凝固組織，提高輻射鋼管的強度和韌性，延長輻射鋼管的使用壽命。本發明涂料中還加入1.5-1.8%鐵粉，可以作為離心鑄造輻射鋼管的初晶核心，有利于細化凝固組織，改善輻射鋼管表面質量，延長輻射鋼管使用壽命。6為使涂料能很好地掛附在金屬鑄型表面，要求對金屬鑄型表面有一定的潤濕能力，加入適量表面活性劑，以降低涂料的表面張力或涂料與金屬鑄型材料之間的界面張力，本發明涂料中加入0.8-1.0%十二垸基苯磺酸鈉，它溶于水后即電離成帶負電的烷基苯磺酸根和帶正電的鈉粒子，帶正電的一端與金屬鑄型相吸引定向排列，降低了金屬鑄型與涂料間的界面張力，改善了涂料與鑄型的結合效果。涂料中含有較多的水溶性粘結劑和懸浮劑時，在形成涂層并干燥后，常易返潮，本發明涂料中加入0.3-0.5%硅垸起偶聯作用，'可以取到很好的防潮效果。本發明涂料中加入46.82-49.95%水作為載液，用水作為載液，可降低涂料生產成本，且涂料儲存和運輸方便，但對于離心鑄造輻射管涂料中水的加入量應嚴格控制，加入量過多或過少，都不利于鑄管表面獲得麻面。隨著涂料固液比的增加，涂料的粘度急劇增大。當水分降低到一定程度時，隨著鑄型溫度的升高，涂料的粘度迅速增大，這對在涂層沸騰失水后期形成坑孔極為有利。因為涂料在接觸高溫管模后其中的水載液發生氣化，聚集成氣泡，新生的水載液氣化分子進入氣泡，氣泡內壓力增大，突破阻力由涂層內沖出爆發，在氣泡爆發時，涂層表面形成一個開孔，若此時涂料流動性好，就會流入開孔使涂層表面閉合，繼而產生新一輪爆發。但在液態涂層沸騰失水過程末期，由于涂料固液比與粘度增大，流動性顯著降低，開孔會保留下來，.最后在涂層表面形成一個喇叭形坑孔，該喇叭形坑孔在離心澆注輻射鋼管后，在輻射管表面出現刺凸，即輻射管表面獲得麻面。當離心鑄造輻射管涂料中加入46.82-49.95%水作為載液時，輻射管表面易生長均勻分布的刺凸，可獲得均勻分布的麻面。本發明與現有技術相比具有以下優點1)本發明涂料以硅藻土作為主要耐火固料，來源廣、成本低廉。2)本發明涂料中加入適量鈦粉和鐵粉，可細化輻射管外表層組織，提高輻射管力學性能和使用壽命。3)本發明涂料用于離心鑄造輻射管的生產，涂料無分層現象，且涂料層內表面帶有一定大小、均勻分布凹坑，澆注輻射管后，輻射管外表面為均勻分布的刺凸形，刺凸的密度為26—28個/cm2，高度為1.8—2.0mm，與傳統的光面輻射管相比，表面積增加30—32%，熱效率提高了15%以上，節能18—20%。4)本發明涂料可以直接涂刷在溫度為180—28(TC的金屬管模上，然后直接澆注鋼水，涂刷涂料的金屬管模不必在烘干爐中于繼續烘烤，因此本發明涂料使用簡便。5)本發明涂料用于離心鑄造輻射鋼管，輻射管易脫模，且管表面光潔，無結疤、粘附等缺陷。推廣應用本發明涂料具有顯著的經濟和社會效益。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一歩詳述實施例1:采用以下工藝歩驟制備本發明涂料1)先將200—280目鈉基膨潤土、200—280目硅藻土(其中SiO2>90%,Al2O3<8.0%,Fe2O3<2.0%,Na2O<1.0%，CaO<1.0%,K2O<0.5%)、200—280目鋯英粉(其中ZrO2>70%，SiO2<30%,TiO2<0.4%,Fe2O3<0.5%，Al2O3<0.3%)、200—280目鈦粉和200—280目鐵粉按表l配比加入輪碾機內，干混25min;.2)然后按表l配比依次加入海藻酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅烷、聚乙烯醇和水，混碾240min;3)然后按表1配比加入硅溶膠混碾40min;4)最后將混碾后的涂料經IOO目篩子過篩，除去雜質，即可獲得離心鑄造輻射管涂料。表l涂料的組成(質量分數，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例2:采用以下工藝步驟制備本發明涂料本發明涂料的制備方法如下1)先將200—280目鈉基膨潤土、200—280目硅藻土(其中SiO2>90%,Al2O3<8.0%,Fe2O3<2.0%,Na2O<1.0%，CaO<1.0%，K2O<0.5%)、200—280目鋯英粉(其中ZrO2>70%,SiO2<30%,TiO2<0.4%,Fe2O3<0.5%,Al2O3<0.3%)、200—280目鈦粉和200—280目鐵粉按表2配比加入輪碾機內，干混15min;2)然后按表2配比依次加入海藻酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅垸、聚乙烯醇和水，混碾180min;3)然后按表2配比加入硅溶膠混碾30min;4)最后將混碾后的涂料經80目篩子過篩，除去雜質，即可獲得離心鑄造輻射管涂料。表2涂料的組成(質量分數，％)原料硅藻土鋯英粉鈦粉鐵粉鈉基膨潤土聚乙烯醇成分25101.21.55.02.3原料海藻酸鈉硅溶膠十二烷基苯磺酸鈉硅烷水成分0.84.00.80.0849.32實施例3:采用以下工藝步驟制備本發明涂料1)先將200—280目鈉基膨潤土、加0—280目硅藻土(其中SiO2>90%,Al2O3<8.0%,Fe2O3<2.0%，Na2O<1.0%，CaO<1.0%,K2O<0.5%)、200—280目鋯英粉(其中Zr02〉700/0,SiO2<30%,TiO2<0.4%,Fe2O3<0.5%,Al2O3<0.3%)、200—280目鈦粉和200—280目鐵粉按表3配比加入輪碾機內，干混20min;2)然后按表3配比依次加入海藻酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅烷、聚乙烯醇和水，混碾210min;3)然后按表3配比加入硅溶膠混碾35min;4)最后將混碾后的涂料經90目篩子過篩，除去雜質，即可獲得離心鑄造輻射管涂料。表3涂料的組成(質量分數，％)原料硅藻土鋯英粉鈦粉鐵粉鈉基膨潤土聚乙烯醇成分2891.11.74.82.3原料海藻酸鈉硅溶膠十二烷基苯磺酸鈉硅烷水成分0.93.80.90.0647.44將本發明涂料用于制備離心澆注輻射管，管模(即鑄型)材質采用ZG35，壁厚為50mm，輻射管材質為ZG40Cr25Ni20，輻射管尺寸規格4>202mm/4>188mmX2500mm。澆注輻射管前，先將鑄型在加熱爐內加熱至23(TC,保溫4h后，直接將鑄型置于臥式離心機上，9裝好端蓋，用兩只漏斗將涂料同時從管模兩端加入，然后開動離心機快速加速到450r/min，待無蒸汽從管模兩端跑出時停機，然后檢査涂料層表面質量及其厚度，涂料厚度控制在1.5-2.0mm。隨后將離心機轉速調高至950r/min，再將鋼水澆入鑄型。澆注前應充分扒渣并保證大流快澆，防止部分渣、氣進入管模后來不及浮出即凝固。本發明涂料具有良好的附著力、高溫強度和抗裂性，減少了輻射管表面的缺陷，提高了輻射管表面質量，且延長了鑄型的使用壽命。另外，使用本發明涂料后，輻射管外表面為均勻分布的刺凸形，刺凸的密度為26—28個/cm2，高度為1.8_2.0mm，與傳統的光面輻射管相比，表面積增加30一32%，熱效率提高了15%以上，節能18—20%，且輻射管內部組織細密，壁厚均勻，內壁光滑，耐壓值達0.8Mpa，在120(TC高溫下連續工作，不起皮，不變形。使用本發明涂料具有良好的經濟和社會效益。權利要求1、一種離心鑄造輻射管涂料，其特征在于涂料的質量百分數組成是25-30％硅藻土、5-10％鋯英粉、1.0-1.2％鈦粉、1.5-1.8％鐵粉、4.5-5.0％鈉基膨潤土、2.0-2.5％聚乙烯醇、0.8-1.0％海藻酸鈉、3.5-4.0％硅溶膠、0.8-1.0％十二烷基苯磺酸鈉、0.05-0.08％硅烷、46.82-49.95％水，其中35％≤硅藻土+鋯英粉≤37％，2.7％≤鈦粉+鐵粉≤2.9％，8.0％≤鈉基膨潤土+聚乙烯醇+海藻酸鈉≤8.2％。2、如權利要求1所述涂料，其特征在于硅藻土的質量百分數組成是SiO2>90%,Al2O3<8.0%,Fe2O3<2.0%,Na2O<1.0%,CaO<1.0o/o,K2O<0.5o/o。3、如權利要求1所述涂料，其特征在于鋯英粉的質量百分數組成是ZrO2>70%,SiO2<30%,TiO2<0.4%，Fe2O3<0.5%，Al2O3<0.3%。4、如權利要求1所述涂料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟①先將200—280目鈉基膨潤土、200—280目硅藻土、200—280目鋯英粉、200—280目鈦粉和200—280目鐵粉按上述配比加入輪碾機內，干混15—25min;②然后按上述配比依次加入海藻酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅烷、聚乙烯醇和水，混碾180—240min;③然后按上述配比加入硅溶膠混碾30—40min;最后將混碾后的涂料經80—100'目篩子過篩，除去雜質。全文摘要本發明為一種離心鑄造輻射管涂料及其制備方法，其組成是(質量分數)25-30％硅藻土、5-10％鋯英粉、1.0-1.2％鈦粉、1.5-1.8％鐵粉、4.5-5.0％鈉基膨潤土、2.0-2.5％聚乙烯醇、0.8-1.0％海藻酸鈉、3.5-4.0％硅溶膠、0.8-1.0％十二烷基苯磺酸鈉、0.05-0.08％硅烷、46.82-49.95％水，其中35％≤硅藻土+鋯英粉≤37％，2.7％≤鈦粉+鐵粉≤2.9％，8.0％≤鈉基膨潤土+聚乙烯醇+海藻酸鈉≤8.2％。本發明涂料經干混、混碾和過篩后，用于離心澆注輻射管，可在輻射管外表面形成均勻分布的刺凸形(即麻面)，可提高輻射管熱效率。本發明涂料還具有良好的附著力、高溫強度和抗裂性，減少了輻射管表面缺陷，改善了復合管質量。使用本發明涂料澆注輻射管具有很好的經濟效益。文檔編號B22C3/00GK101502868SQ20091007924公開日2009年8月12日申請日期2009年3月6日優先權日2009年3月6日發明者萍姚,符寒光,顧其榮申請人:靖江市黎明鑄造材料廠