离心铸造球铁管浇注流槽涂料工艺

2008/9/25/14:02 来源：中国离心机网

　　　　　　　　　　　     离心铸造球铁管浇注流槽涂料及其涂刷工艺

                      　　　 新兴铸管股份有限公司技术中心　张　鑫 

    摘要：主要论述流槽涂料的工况特殊性。重点阐述涂料与流槽的粘结机理及影响因素,总结出涂料配方及合适的施涂工艺参数。

    关键词：水冷离心机　流槽涂料　球铁管　粘结强度


    中、小口径(ＤＮ80～ＤＮ1000)球铁管采用水冷离心机浇注成型,而长流槽涂料是保证浇注流槽正常工作的重要条件。我们对长流槽涂料进行了深入研究,成功配制出高质量的长流槽涂料及合适的涂刷工艺。


    1　流槽涂料对球铁铸管质量影响　

    离心浇注过程中,铁水通过扇形包匀速进入落槽,顺着浇注长流槽流入高速旋转的管模内腔,浇注流槽作为细长的金属悬臂件(长6.5ｍ左右),涂料均匀涂刷在浇注流槽的内表面,在浇注过程中频繁地受到高温铁水(1400℃左右)的热冲击,其温度将急剧变化,工作条件非常恶劣。如果涂料选料、配比及涂刷不合理则易产生下述问题。①浇注时流槽涂料涂刷不均匀,则局部上翘,部分铁水溢出,过早进入管模凝固,与正常浇注铁水不能融合,造成球铁管重皮冷隔等缺陷。②流槽在浇注过程中碰到高速旋转的管模产生震动,铁水飞散呈滴状或细流状溅落在管模内壁凝固后形成铁豆或冷隔缺陷,降低球铁管表面质量和打压合格率。③浇注过程中,涂料从流槽内表面脱落,冲入铁水中,形成球铁管夹渣而降低合格率。

   2　流槽涂料的性能要求

    浇注过程中涂层脱落的主要原因在于涂料与流槽间的粘结强度低。涂层的正常损耗在于铁水摩擦涂层表面,造成涂层减薄。如果涂层内聚强度大于涂层与流槽间粘结强度时,则涂层脱落、开裂,这样易造成球铁管夹渣缺陷。流槽涂料涂层表面温度很高(900～1000℃),而浇注完毕后温度降低(300～400℃),浇注多只后涂层不应脱落、开裂。在高温下流槽会膨胀伸长,低温时流槽会收缩到原长。这时涂层应能很好补偿流槽的体积变化。水冷金属型球铁管生产节奏很快(如ＤＮ400×6000ｍｍ球铁管生产率为30只/ｈ),应考虑耐火骨料与铁水的润湿性,因为耐火骨料与铁水不润湿,则残铁易清理。耐火骨料与铁水润湿,涂层易粘残铁,清理困难,影响生产效率。球铁管生产铁水温度要求较高,特别是小口径管(≤ＤＮ200),所以涂料也应有一定的保温性能。

    3　流槽涂料的组成

    涂料主要由4部分组成,即骨料(耐火骨料)、载体、粘结剂、悬浮剂及其附加物。

    3.1　骨料

    骨料要有较高的耐火度、稳定的化学组分、与流槽较为相近的线膨胀系数。石墨粉熔点高,化学组分稳定。结晶鳞片石墨粉呈银灰色,有光泽。耐火度超过2000℃。结晶鳞片石墨粉是中性耐火骨料、不被高温铁水及氧化物所润湿、不与铁水发生化学反应。同时密度较轻,容易在水中悬浮。主耐火骨料选用结晶鳞片石墨粉。由于结晶鳞片石墨粉导热率较大,涂层对高温铁水保温性能较差,在选用结晶鳞片石墨粉时也加入适当数量的高岭土或莫来石以调整涂层的保温性能。

    3.2　载体


    流槽涂料载体是水。在浇注完毕后流槽温度一般为300℃左右,涂料涂刷在流槽表面后水分即被蒸发而留下粉料涂层。在满足涂料涂刷工艺的情况下,水分应越少加越好。

    3.3　悬浮剂

    膨润土在使用前应进行活化处理,先调制膨润土浆,放置2～3ｄ后再用,以保证活化充分。膨润土加入量一般为耐火骨料的5%左右(质量分数)。

    3.4　粘结剂

    (1)粘结剂种类与涂料强度的关系设涂料与流槽的粘结力为Ｆａ,涂料层的内聚力为Ｆｃ。当Ｆａ>Ｆｃ时,Ｆｃ决定了涂料的强度。Ｆａ<Ｆｃ时,涂料层产生脱落。实际生产中涂料的Ｆａ和Ｆｃ采用落砂耐磨试验来测定,用这种方法可测定初始Ｆｃ以及后期的Ｆａ。试验方法为用70目造型砂从600ｍｍ高度落下冲击在涂层正面,直至冲击处涂层完全脱落时所用砂量。试样的制作应尽可能于实际涂刷流槽工艺参数相同。

    粘结剂种类与涂料强度关系见表1。

           

    从表1可以看出,粘结剂不同涂层耐磨性相差较大,磷酸铝耐磨性较好,硅酸溶胶次之,膨润土较差。


    (2)骨料粒度及粘结剂加入量与涂料强度的关系在粘结剂加入量不变时,骨料粒度愈小,则涂料耐磨性愈低。因为骨料粒度愈小,骨料比表面积愈大,所以涂层强度低。在骨料粒度一定时,粘结剂加入量愈大,涂料层耐磨性愈高。但是粘结剂加入量超过一定量时(骨料的10%),涂层易开裂。

    (3)涂料中氧化剂的影响

    在流槽内表面上有氧化物(ＦｅＯ)作为中间层存在时,对涂料与流槽的化学粘结是有利的,涂料中加入过锰酸钾就是有意在流槽表面上增加氧化物,所产生的氧生成氧化膜。一般加入质量分数为0.01%可提高涂料层的耐磨性,但如果加入量过高,不仅没有效果,反而是耐磨性下降,即加入与涂料起粘结作用的氧化物的量很少就可以了,氧化剂加多了,反而降低粘结性。

    (4)施涂工艺对涂料强度的影响

    流槽温度:施涂温度不但对涂料强度有影响,而且对球铁管表面气孔缺陷有影响。温度小于200℃时,涂料层强度降低,干燥时间延长。温度太高(>400℃)时,涂料层强度也会下降,施涂不便。合适的温度在350℃左右。凉流槽在使用前必须烘烤,一般使用焦炉煤气,合适的温度在350℃左右。

    流槽的表面状况:初次使用的流槽必须进行除油除锈处理。有油有锈时,初始涂料粘结性差,是造成使用期间涂层脱落的主要原因之一。

    一次涂刷量:在相同的流槽大小、温度、涂料等条件下,一次涂刷量愈大,涂层强度愈低;反之亦然。因为在涂刷过程中,涂料量愈大,涂层愈松散;涂料量愈小,涂层越致密。

    3.5　其他附加物


    为了改善涂料与流槽间的润湿状况,可加入表面活性剂减少接触角,从而提高涂料的粘结强度。一般使用的表面活性剂有尼那尔、烷基苯磺酸钠、平平加等。一般加入量为液体涂料的0.2%～0.3%(体积分数)。如前所述,在流槽施涂料前用盐酸清洗也是一种方法。

    3.6　流槽涂料配制及其涂刷工艺

    (1)涂料原材料

    选用耐火骨料:结晶鳞片石墨粉+莫来石粉,粒度为270目。

    粘结剂:磷酸铝,粘度为25～27ｓ(Ｔ 4杯)。

    悬浮剂:膨润土。

    (2)涂料配比(质量比)

    Ｍ(结晶鳞片石墨粉)∶Ｍ(莫来石粉)∶Ｍ(磷酸铝)∶Ｍ(膨润土)∶Ｍ(水)=80∶20∶8∶5∶200


    烷基苯磺酸钠加入量为涂料的0.2%。

    (3)流槽涂料混制工艺

    先将耐火骨料、膨润土浆、磷酸铝、烷基苯磺酸钠一起放置于碾轮混砂机中连续碾压搅拌不小于2ｈ。之后加入少许水继续碾压搅拌15ｍｉｎ,然后将该浆液放置在搅拌机中加水搅拌1ｈ,在搅拌的过程中,测定涂料粘度,直至涂料粘度达到要求为止。

    (4)涂料性能

    涂料粘度(Ｔ 6杯/ｓ):15～17。

    涂料密度/ｋｇ·ｍ-3:1230。

    涂料发气量/ｍＬ·ｇ-1:≤8。

    (5)涂料应用效果


    通过在国内几个球铁管厂应用,该涂料在ＤＮ300以下流槽应用情况为涂刷一次可连续浇注50只球铁管,不会发生涂层脱落、开裂等缺陷。

    (6)涂刷工艺

    涂刷前的流槽准备:新流槽须除油除锈,旧流槽除锈、校直。流槽预热温度应至350℃左右。

    涂刷原则:对于新流槽必须多遍涂刷,每层厚度不超过0.5ｍｍ,同时每遍涂刷完毕后须进行烘烤。流槽底部涂层应加厚(3～4ｍｍ),两侧壁由底向上逐渐减薄(1～2ｍｍ)。如果流槽上翘,可适当加厚流槽内侧、底部涂层厚度;流槽产生向左(或右)的横向变形,可在流槽的右(或左)面外侧涂刷稀释了的涂料或水;流槽下垂,可涂刷流槽外侧底部涂刷稀释涂料或水;而流槽变形严重时须更换流槽。

    4　结论

    (1)通过合理选择生产流槽涂料的原料,包括耐火骨料、粘结剂、悬浮剂及附加物,并且控制它们加入量及合理的涂料性能。即可生产优质流槽涂料。

    (2)合理的涂刷工艺是发挥优质涂料的必要保证。

    (3)优质流槽涂料可提高球铁铸管合格率。

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