[发明专利]回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料

说明书

技术领域

本发明涉及一种资源化回收利用作铸造涂料的耐火骨料，特别是回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料。其是一种将回收的熔模铸造旧型壳粉料用于铸造涂料的耐火骨料。

技术背景

据申请人所知，熔模铸造是在由易熔材料制成的模样上涂敷耐火材料形成型壳，再浇注液态金属熔出模样，在注入液态金属冷却后，获得铸件的方法。据有关于资料介绍，我国每年生产的熔模铸件近2000万吨，这将会产生200万吨～300万吨熔模铸造旧型壳。值得指出的是，作为型壳的面层和加固层的耐火材料，主要含有石英，锆石，电熔刚玉、熔融石英和包括高铝矾土、莫来石类的铝-硅系耐火材料等。

目前，对于这些旧型壳的处理，绝大多数铸造企业采取丢弃或填埋的方式，这样带来的后果是，既占用土地又污染环境，同时增加了企业运输和环保成本。

事实上，在旧型壳中通常含有约10%～20%的锆石，或20%～30%的电熔刚玉，或20%～30%的熔融石英，或20%～80%的铝-硅系耐火材料，这些都是价高、优质的耐火材料，其中锆石的价格高达20000元/吨，电熔刚玉12000元/吨，熔融石英6000元/吨，其它铝-硅系耐火材料也在2000元/吨左右。

据有关技术资料介绍，由锆石制成的锆石砂（粉）的矿物成份主要为硅酸锆，硅酸锆在高温下会分解成ZrO₂和SiO₂，其分解开始温度为1540℃。由于具有很高的耐火度，且其烧结温度与熔化温度之间的范围宽，在所有耐火材料中烧结性最好，因而在生产大型铸钢件和重要铸钢、铸铁件时常被用作耐火涂料的粉料，浇注后涂层自动从铸件表面剥离，铸件表面光洁。锆石砂（粉）的缺点除来源有限、价格昂贵外，还存一些不足之处：当杂质（Ti0₂、CaO、MgO）含量多时，其分解温度与烧结温度也明显降低；由于其在高温下表现为弱酸性，对于高锰钢一类碱性钢种的抗粘砂性差。 

电熔刚玉是高纯度的Al₂O₃，它是高铝矾土经粉碎、洗涤后在电炉内于2000℃～2400℃高温下溶练而制得的，或以优质氧化铝粉经电熔再结晶而制行。铸造用的刚玉砂有白刚玉和棕刚玉两种，其Al₂O₃的质量百分数前者大于等于97%，后者大于等于92.5%。刚玉的密度为3.85g/cm³～3.9g/cm³，莫氏硬度大于9级，熔点为2000℃～2050℃，热导率大，热膨胀小且均匀，高温时体积稳定且不易龟裂。刚玉属两性氧化物，在高温下常呈弱碱性或呈中性，抗酸碱的作用能力强，在氧化剂、还原剂或各种金属液的作用下不发生变化，铝、锰、铁、锡、硅、钴、镍等金属元素都不与它发生反应。用电熔刚玉制造的熔模铸造型壳，其尺寸稳定性、热稳定性及高温化学稳定性均优越，是熔模铸造良好的耐火材料。电熔刚玉价格昂贵、资源短缺，目前仅应用于耐热高合金钢、不锈钢及镁合金等铸件的造型材料中。因此，在铸造行业，刚玉适用于制作大型铸钢件，特别是合金钢铸件涂料的耐火粉料。但刚玉粉的缺点是，其烧结性差，所生产的铸件表面虽不粘砂，但光洁性比锆石砂（粉）涂料的差。

熔融石英是采用普通优质硅砂在电弧炉或碳极电阻炉中熔融，随后迅速冷却而得，纯度比普通硅石要高得多，其密度为2.02g/cm³～2.18g/cm³，熔融石英的熔点约1713℃，其线膨胀系数很低，几乎在所有的耐火材料中熔融石英线膨胀系数最小，是一种良好的熔模铸造用耐火材料。所以熔融石英型壳和型芯在熔烧和浇注过程中不会因温度剧变而破裂。且由于熔融石英的线膨胀系数很小，故用作制壳材料有利于提高铸件的尺寸精度。熔融石英对于酸性物质有较好的化学稳定性，但对碱和碱性盐的抵抗能力较差，用于铸造涂料的耐火骨料，对于高锰钢一类碱性钢种的抗粘砂能力差。 

铝-硅系耐火材料是以氧化铝及二氧化硅为主要组成的铝硅酸盐，除主要成分Al₂O₃及SiO₂外，还有少量其他金属氧化物成分。铝-硅系耐火材料的耐火度高，热震稳定性和高温化学稳定性都比较好，线膨胀系数比硅及刚玉小，已广泛被用做熔模铸造制壳耐火材料。这类材料主要有高岭石类耐火粘土（生料及熟料）和高铝质耐火材料。对于高岭石类耐火熟料俗称莫来石粉，而高铝质耐火材料就是高铝矾土粉。这类铝-硅系耐火材料在铸造涂料中通常不单独作耐火骨料使用，而大多与其它耐火粉料配合作复合耐火粉料的骨料。这类耐火粉料作涂料时的最大缺点是，铸件表面不光洁，表面粘（涂料）粉。