高鋁高爐渣-煤矸石消失模鑄造涂料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于消失模鑄造涂料領域，尤其涉及一種高鋁高爐渣-煤矸石消失模鑄造涂料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]消失模鑄造技術是鑄造行業中新興的一種鑄造工藝方法，消失模鑄造工藝是指用泡沫塑料(EPS、ETMMA或EPMMA)制作成與所需鑄件形狀結構、尺寸大小完全相同的模樣，涂刷耐火涂料后烘干，埋入特殊砂箱干砂(一般使用石英砂)中造型，在保持一定負壓狀態下進行澆注，模樣受熱氣化分解，金屬熔液不斷占據模型位置后最終成型。消失模鑄造在國內主要稱為干砂實型鑄造、負壓實型鑄造，國外簡稱EPC鑄造。
[0003]目前最為成熟的消失模鑄造工藝是用于汽車鑄件的批量生產，所生產的產品有鋁合金鑄件(如進氣管、缸體、缸蓋等)和鑄鐵件(如曲軸、缸蓋、變速器殼體、排氣管等)。國內外實踐證明，消失模鑄造在生產汽車鑄件方面具有巨大的發展潛力。當前，我國的汽車工正處在發展時期，預計在今后的一段時期內汽車鑄件產量會有較大幅度的增加，同時對汽車鑄件質量的要求將會更加嚴格。汽車工業的發展，為我國鑄造行業帶來了機遇與挑戰，也為在我國推廣和發展消失模鑄造技術帶來了新的契機。
[0004]消失模鑄造用于大批量生產成功與否，50%取決于模樣，30%取決于涂料，20%取決于其它工藝因素。毋庸置疑，涂料是獲得優質鑄件必不可少的工藝環節，科研和生產都已證實，對于消失模鑄造工藝，涂料可使其獲得成功的潛力大大增加。國外對消失模鑄造涂料的研究起步較早，己經有一些商品性的涂料，但是價格偏貴，導致生產成本提高，在一定程度上限制了消失模鑄造工藝的發展。目前，中國已有多家高校和研究單位開展針對消失模鑄造的模樣材料、成型工藝、涂料技術、工裝設備等各個環節的研究開發工作，取得一定的成就，但與國外相比仍有較大差距，例如涂料的商品化程度很差。因此，為促進消失模鑄造這一先進制造技術的推廣應用，結合國內資源情況，從研究涂料的各組分種類和加入量對涂料性能的影響入手，研制適合我國國情的成本低、質量好的消失模鑄造涂料，實現消失模鑄造涂料的國產化是非常必要的。
[0005]高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的廢物，當爐溫達到1400—1600°C時，爐料熔融，礦石中的脈石、焦炭中的灰分和助溶劑和其他不能進入生鐵中的雜質形成以硅酸鹽和鋁酸鹽為主浮在鐵水上面的熔渣。高爐渣中主要成分為CaO、Si02、A1203。高爐渣一種工業固體廢物，高爐煉鐵過程中排出的渣，又稱高爐礦渣，可分為煉鋼生鐵渣、鑄造生鐵渣、錳鐵礦渣等，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，高爐渣的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經濟建設中一項重要的技術經濟政策，是解決環境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段。
[0006]煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是A1203、Si02，另外還含有數量不等的Fe203、CaO、MgO, Na20、K20、P205、S03和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石I億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷，利用高鋁高爐渣-煤矸石生產使用性能優良、生產成本低的消失模鑄造涂料，以達到綜合回收利用高鋁高爐渣、煤矸石并降低生產消失模鑄造涂料成本的目的。
[0008]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種高鋁高爐渣-煤矸石消失模鑄造涂料，其特征在于，所述消失模鑄造涂料由以下重量份的原料組成:
高鋁高爐渣45-50份煤矸石42-44份石英尾砂10-16份硫鐵尾礦9-14份娃藻土9-12份碳化娃6-8份浮石粉2~5份硅酸鋰2-5份膨脹珍珠巖2-5份木質素磺酸鈣2~4份
縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷4-7份
二 (焦磷酸二辛酯)乙撐鈦酸酯6-10份抗壞血酸棕櫚酸酯2-4份
偶氮二異丁腈0.3-0.6份
聚丙二醇二縮水甘油醚0.4-0.6份
季戊四醇硬脂酸酯0.3-0.6份多晶氧化鋁纖維2~3份檸檬酸鈉1~3份羥基纖維素鈉2~3份乙醇27-36份水8-14份；
所述高鋁高爐渣的主要化學成分為Al2O3 18.41 wt%，MgO 13.2 wt%，CaO 34.12 wt%，S12 33.12 wt%，MnO 0.53 wt%，FeO 0.62 wt% ；
所述煤矸石的化學成分為 S12 50~55wt%, Al2O3 8~14wt%, CaO 0.4-0.6wt%, Fe2O32?3wt%，MgO I?3wt%，C 8-25wt% ；
所述石英尾砂的化學成分為 S12 86.10wt%? Al2O38wt%? CaO 1.8wt%，Fe2O30.7wt%，MgO0.5wt% ；
所述硫鐵尾礦的化學成分為 S12 28-37wt%，Al2O3 25_31wt%，CaO 0.45wt%, Fe2O37_16wt%，SO3 ll_37wt%，T12 4_5wt%，Cr2O3 0.7wt%，K2O 0.19wt%，Na2O 0.34wt%。
[0009]所述的高鋁高爐渣-煤矸石消失模鑄造涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)將45-50份高鋁高爐渣、42-44份煤矸石、10-16份石英尾砂、9_14份硫鐵尾礦、9_12份硅藻土、6-8份碳化硅、2~5份浮石粉、2~5硅酸鋰、2~5份膨脹珍珠巖、2~4份木質素磺酸鈣放入球磨機中球磨2小時，混合均勻，然后過篩，得到200目以下的混合物料；
2)開啟反應釜，將4-7份縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、6-10份二(焦磷酸二辛酯)乙撐鈦酸酯、27-36份乙醇、8-14份水加入到反應釜中，在攪拌下進行水解反應，轉速為1200r/min，反應溫度為80°C，攪拌時間為30min，得到偶聯劑的醇水溶液；
3)將步驟I)所得混合物料物料加入到步驟2)中偶聯劑的醇水溶液中，在80°C下攪拌2小時；然后再將2-4份抗壞血酸棕櫚酸酯、0.3-0.6份偶氮二異丁腈、0.4-0.6份聚丙二醇二縮水甘油醚、0.3-0.6份季戊四醇硬脂酸酯、2~3份多晶氧化鋁纖維、1-3份檸檬酸鈉、2~3份羥基纖維素鈉加入到反應釜中，繼續攪拌30min，即制得高鋁高爐渣-煤矸石消失模鑄造涂料。
[0010]本發明與現有技術相比，其優點為:
1)在制備涂料過程中利用了高鋁高爐渣、煤矸石等工業固體廢棄物制備消失模鑄造涂料，大大降低了耐火材料的制造成本；
2)并用縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和二(焦磷酸二辛酯)乙撐鈦酸酯對高鋁高爐渣、煤矸石、石英尾砂、硫鐵尾礦、硅藻土、碳化硅、浮石粉、硅酸鋰、膨脹珍珠巖、木質素磺酸鈣進行了表面改性