一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法

摘要

本发明公开了一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，所述的方法是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备矿渣微晶玻璃复合管件，包括制作泡塑气化模、组装浇注模、配制涂料、上涂料、干燥、组装管件模型、埋箱、浇注、保温及自然冷却等步骤。本发明以矿渣熔体为浇注液体制备矿渣微晶玻璃复合管件，能够缓解目前尾矿、粉煤灰、冶金渣等工业固体废弃物的堆积给社会和企业带来的环境压力，提高二次资源的利用率，增加产品的附加值。本发明将微晶玻璃材料直接整体复合在金属管件中，微晶玻璃材料与金属管件贴合紧密，没有拼接缝，微晶玻璃材料耐磨耐腐蚀性能优异，能够显著提高管件的使用寿命。

权利要求

1.一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，所述的方法是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备矿渣微晶玻璃复合管件，具体包括以下步骤：(1)制作泡塑气化模：根据金属管件的形状、尺寸及微晶玻璃材料的厚度要求，确定复合在金属管件内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；

(2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

(3)配制涂料：将耐火骨料、悬浮剂、粘结剂和分散介质混合并搅拌，得到涂料；其中，耐火骨料为石英粉、锆英石粉、棕刚玉粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉、铝矾土熟料、高岭土熟料、氧化镁、硅藻土中至少一种，悬浮剂为钠基膨润土、羧甲基纤维素钠中至少一种，粘结剂为粘土、水玻璃、纸浆废液、硅溶胶、聚乙烯醇、白乳胶中至少一种，分散介质为水或乙醇；

(4)上涂料：在泡塑气化模内表面及冒口、浇道、浇口各表面上涂料；

(5)干燥：将步骤(4)的涂料干燥；

(6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入金属管件内，组装成管件模型；

(7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，抽负压，使沙箱内部处于真空状态；

(8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；

(9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在680-900℃条件下保温2-5h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

2.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，所述的泡塑型材为EPS树脂或EPS+PMMA共聚树脂，制作精度控制在1mm以内。

3.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，步骤(4)中涂料的厚度为1-3mm。

4.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，步骤(5)中干燥的温度为40-60℃，时间为4-6h。

5.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，步骤(7)中振实的振动时间为30-90s，经多次加砂、振动完成；抽负压为﹣0.06-﹣

0.08MPa。

6.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，步骤(8)中矿渣熔体浇注时的温度为1250-1350℃。

7.根据权利要求1所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，所述的矿渣熔体为铁尾矿、粉煤灰、高炉渣及其它矿物组成的混合物高温熔化而成，矿渣熔体的具体组成为(质量分数)：铁尾矿30-60％、粉煤灰15-25％、高炉渣0-35％，石英砂10-25％和纯碱2-6％。

8.根据权利要求1-7任一项所述的采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，其特征在于，步骤(9)中保温的具体方法为：在680-750℃核化处理1-2h，再在780-900℃晶化处理1-3h。

说明书

一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耐磨耐腐蚀微晶玻璃复合管件的制备方法，特别是涉及一种以工业固体废弃物为主要原料，采用真空低压消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件，属于资源循环利用与工业耐磨耐腐蚀材料技术领域。

背景技术

[0002] 目前，管道输送是一种被普遍采用的十分经济的物料运输方式。但是在管道输送的过程中，输送的物料常常会对金属管道造成极为严重的腐蚀和磨损，特别是用于矿浆输送、电厂排灰、挖泥排沙、化工、建材行业物料的管道损坏的尤为明显。在管道输送系统中，设置弯管的主要作用是改变输送物料的运动方向，其设置为输送路径布置提供了极大的灵活性。但在管道物料输送过程中，固体颗粒及粉尘在转弯处有很大的离心力及摩擦阻力，而且离心力和摩擦阻力与输送物质量成正比，与速度平方成正比，与旋转半径成反比。当输送物颗粒愈大，质量越大和流速越高时，离心力及摩擦阻力越大，由于输送物料受离心力作用而密集于弯头外侧流动，且如果输送物中含有高硬度、各种棱角的颗粒，对弯头外侧的磨损就更加严重；另外，当黏性且具有腐蚀性物料通过弯管时，极易黏附在弯管外圆弧内壁上，使输送管径变小，因此导致管路堵塞，弯管腐蚀、磨损加剧。所以，弯管腐蚀、磨损是管道输送系统中最常见的一个急需解决的问题。

[0003] 利用金属与陶瓷材料复合制造陶瓷复合管件，可以有效地减少管件的腐蚀磨损，提高管道的耐磨耐腐蚀性能。但是，目前由于生产工艺的限制，陶瓷或者铸石等无机非金属材料均不能以整体的管件与金属管件直接复合，只能将材料切割为若干块然后组装而成，这种结构，不仅施工复杂，而且使用效果也不理想；因此在耐磨耐腐蚀管件的生产过程中，急需有新的生产工艺来代替传统工艺，缩短工艺流程，提高使用效果。而以工业固体废弃物为主要原料，采用真空低压消失模制备微晶玻璃复合管件(直管、弯头、大小头、三通，管道自动补偿器及各种规格的异型管)的方法，目前尚未见报道。

[0004] 金属消失模铸造技术是将上涂料的泡塑模型埋入干砂，打开消失模砂箱上的真空装置抽真空，然后进行浇注，在金属熔体作用下泡塑模型气化而填充模腔，模型分解气体被真空负压抽走；浇注完成后保持压力一定时间至铸件完全凝固，释放真空，铸件降到室温后推出砂箱，取出铸件。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，能使工业固体废弃物得到高值利用，同时解决了金属与非金属材料复合管件整体成型的难题，延长了管件的使用寿命，拓展了矿渣微晶玻璃的工业用途。

[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0007] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，所述的方法是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备矿渣微晶玻璃复合管件，具体包括以下步骤：

[0008] (1)制作泡塑气化模：根据金属管件的形状、尺寸及微晶玻璃材料的厚度要求，确定复合在金属管件内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；

[0009] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0010] (3)配制涂料：将耐火骨料、悬浮剂、粘结剂和分散介质混合并搅拌，得到涂料；其中，耐火骨料为石英粉、锆英石粉、棕刚玉粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉、铝矾土熟料、高岭土熟料、氧化镁、硅藻土中至少一种，悬浮剂为钠基膨润土、羧甲基纤维素钠中至少一种，粘结剂为粘土、水玻璃、纸浆废液、硅溶胶、聚乙烯醇、白乳胶中至少一种，分散介质为水或乙醇；

[0011] (4)上涂料：在泡塑气化模内表面及冒口、浇道、浇口各表面上涂料；

[0012] (5)干燥：将步骤(4)的涂料干燥；

[0013] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入金属管件内，组装成管件模型；

[0014] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，抽负压，使沙箱内部处于真空状态；

[0015] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；

[0016] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在680-900℃条件下保温2-5h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0017] 所述的泡塑型材为EPS树脂或EPS+PMMA共聚树脂，制作精度控制在1mm以内。

[0018] 步骤(4)中涂料的厚度为1-3mm。

[0019] 步骤(5)中干燥的温度为40-60℃，时间为4-6h。

[0020] 步骤(7)中振实的振动时间为30-90s，经多次加砂、振动完成；抽负压为﹣0.06-﹣0.08MPa。

[0021] 步骤(8)中矿渣熔体浇注时的温度为1250-1350℃。

[0022] 所述的矿渣熔体为铁尾矿、粉煤灰、高炉渣及其它矿物组成的混合物高温熔化而成，矿渣熔体的具体组成为(质量分数)：铁尾矿30-60％、粉煤灰15-25％、高炉渣0-35％，石英砂10-25％和纯碱2-6％。

[0023] 步骤(9)中保温的具体方法为：在680-750℃核化处理1-2h，再在780-900℃晶化处理1-3h。

[0024] 本发明的有益效果

[0025] 1、本发明以矿渣熔体为浇注液体，采用消失模技术制备矿渣微晶玻璃复合管件，能够缓解目前尾矿、粉煤灰、高炉渣、钢渣等工业固体废弃物的堆积给社会和企业带来的环境压力，提高二次资源的利用率，增加产品的附加值。

[0026] 2、本发明的矿渣微晶玻璃复合管件将矿渣微晶玻璃材料直接整体复合在金属管件内壁上，微晶玻璃材料与金属管件贴合紧密，没有拼接缝，微晶玻璃材料耐磨耐腐蚀性能优异，能够显著提高管件的使用寿命。

[0027] 3、本发明制备的矿渣微晶玻璃复合管件具有结构密实、抗折、抗压强度高、耐磨性和耐腐蚀性优异的特点：体积密度：2.9～3.2g/cm3、抗弯强度≥150MPa、压缩强度≥1300MPa、莫氏硬度8～9级、磨耗量≤0.06g/cm2、耐酸(20％H2SO4)≥98％，耐碱(20％NaOH)≥98％、使用温度-50℃～500℃，适用于制备各种形状和尺寸的管件，能够广泛应用于电力行业、化工行业、煤炭行业以及钢铁行业易磨损易腐蚀等部位。

具体实施方式

[0028] 以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

[0029] 本发明所用的原料为工业固体废弃物和市售的常规原料。

[0030] 实施例1

[0031] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备而成，具体包括以下步骤：

[0032] (1)制作泡塑气化模：根据铁弯头外径为219mm，内径为209mm，角度为60°，弯曲半径为200mm，弧长为600mm的尺寸及微晶玻璃材料厚度为18mm的要求，确定复合在铁弯头内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；所述的泡塑型材为聚苯乙烯(EPS)树脂，制作精度控制在1mm以内；

[0033] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0034] (3)配制涂料：将石英粉、水玻璃、钠基膨润土和羧甲基纤维素钠按质量比1:0.02:0.02:0.02的比例混合，得到混合物，再加入混合物质量1.2倍的水，搅拌均匀，配制成涂料；

[0035] (4)上涂料：在浇注模的泡塑气化模内表面、浇注模冒口及浇道、浇口各表面上涂料，涂料的厚度为2mm；

[0036] (5)将步骤(4)的涂料进行干燥，干燥温度为55℃，干燥时间为5h；

[0037] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入铁弯头内，组装成管件模型；

[0038] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，振动时间为60s，经3次加砂、振动完成；抽负压至﹣0.068MPa，使沙箱内部处于真空状态；

[0039] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；矿渣熔体浇注时的温度为1280℃；所述的矿渣熔体具体组成为(质量分数)：铁尾矿43％、粉煤灰15％、高炉渣20％，石英砂20％、纯碱2％；

[0040] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在690℃核化处理2h，再在780℃晶化处理3h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0041] 实施例2

[0042] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备而成，具体包括以下步骤：

[0043] (1)制作泡塑气化模：根据铁弯头外径为504mm，内径为460mm，角度为90°，弯曲半径为800mm，弧长为1257mm的尺寸及微晶玻璃材料厚度为22mm的要求，确定复合在铁弯头内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；所述的泡塑型材为EPS+聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共聚树脂，制作精度控制在1mm以内；

[0044] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0045] (3)配制涂料：将石英粉、棕刚玉粉、粘土、钠基膨润土和羧甲基纤维素钠按质量比1:3:0.05:0.05:0.02的比例混合，得到混合物，再加入混合物质量1.5倍的水，搅拌均匀，配制成涂料；

[0046] (4)上涂料：在浇注模的泡塑气化模内表面、浇注模冒口及浇道、浇口各表面上涂料，涂料的厚度为3mm；

[0047] (5)将步骤(4)的涂料进行干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为4h；

[0048] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入铁弯头内，组装成管件模型；

[0049] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，振动时间为70s，经5次加砂、振动完成；抽负压至﹣0.07MPa，使沙箱内部处于真空状态；

[0050] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；矿渣熔体浇注时的温度为1300℃；所述的矿渣熔体具体组成为(质量分数)：铁尾矿43％、粉煤灰25％、高炉渣14％，石英砂15％、纯碱3％；

[0051] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在710℃核化处理2h，再在840℃晶化处理2h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0052] 实施例3

[0053] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备而成，具体包括以下步骤：

[0054] (1)制作泡塑气化模：根据铁弯头外径为140mm，内径为114mm，角度为90°，弯曲半径为500mm，弧长为600mm的尺寸及微晶玻璃材料厚度为14mm的要求，确定复合在铁弯头内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；所述的泡塑型材为聚苯乙烯(EPS)树脂，制作精度控制在1mm以内；

[0055] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0056] (3)配制涂料：将锆英石粉、莫来石粉、云母粉、粘土、水玻璃、钠基膨润土和羧甲基纤维素钠按质量比为1:1:0.05:0.1:0.05:0.02:0.02的比例混合，得到混合物，再加入混合物质量1.2倍的水，搅拌均匀，配制成涂料；

[0057] (4)上涂料：在浇注模的泡塑气化模内表面、浇注模冒口及浇道、浇口各表面上涂料，涂料的厚度为1.5mm；

[0058] (5)将步骤(4)的涂料进行干燥，干燥温度为48℃，干燥时间为6h；

[0059] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入铁弯头内，组装成管件模型；

[0060] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，振动时间为50s，经3次加砂、振动完成；抽负压至﹣0.06MPa，使沙箱内部处于真空状态；

[0061] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；矿渣熔体浇注时的温度为1350℃；所述的矿渣熔体具体组成为(质量分数)：铁尾矿30％、粉煤灰25％、高炉渣31％，石英砂12％、纯碱2％；

[0062] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在720℃核化处理1h，再在820℃晶化处理2h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0063] 实施例4

[0064] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备而成，具体包括以下步骤：

[0065] (1)制作泡塑气化模：根据钢管外径580mm，厚度10mm，长度为1700mm的尺寸及微晶玻璃材料厚度为25mm的要求，确定复合在钢管内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；所述的泡塑型材为聚苯乙烯(EPS)树脂，制作精度控制在1mm以内；

[0066] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0067] (3)配制涂料：将铝矾土熟料、石英粉、钠基膨润土和白乳胶按质量比1:0.25:0.015:0.02的比例混合，得到混合物，再加入混合物质量1.3倍的水，搅拌均匀，配制成涂料；

[0068] (4)上涂料：在浇注模的泡塑气化模内表面、浇注模冒口及浇道、浇口各表面上涂料，涂料的厚度为2.5mm；

[0069] (5)将步骤(4)的涂料进行干燥，干燥温度为52℃，干燥时间为5h；

[0070] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入钢管内，组装成管件模型；

[0071] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，振动时间为60s，经7次加砂、振动完成；抽负压至﹣0.065MPa，使沙箱内部处于真空状态；

[0072] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；矿渣熔体浇注时的温度为1250℃；所述的矿渣熔体具体组成为(质量分数)：铁尾矿58％、粉煤灰22％、石英砂19％、纯碱5％；

[0073] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在700℃核化处理2h，再在850℃晶化处理2h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0074] 实施例5

[0075] 一种采用消失模铸造技术制备矿渣微晶玻璃复合管件的方法，是通过消失模铸造工艺将微晶玻璃材料整体复合在金属管件中制备而成，具体包括以下步骤：

[0076] (1)制作泡塑气化模：根据90°三通钢管外径219mm，厚度4mm，三节直管长度均为700mm的尺寸及微晶玻璃材料厚度为19mm的要求，确定复合在三通钢管内壁上微晶玻璃材料的形状和尺寸，按照微晶玻璃材料的形状和尺寸将泡塑型材加工成泡塑气化模，并制作相应的冒口、浇道和浇口；所述的泡塑型材为聚苯乙烯(EPS)树脂，制作精度控制在1mm以内；

[0077] (2)组装浇注模：将制成的泡塑气化模与冒口粘接在一起，组装成浇注模；

[0078] (3)配制涂料：将铝矾土熟料、锆英石粉、钠基膨润土和硅溶胶按质量比1:0.4:0.02:0.02的比例混合，得到混合物，再加入混合物质量1.4倍的水，搅拌均匀，配制成涂料；

[0079] (4)上涂料：在浇注模的泡塑气化模内表面、浇注模冒口及浇道、浇口各表面上涂料，涂料的厚度为2mm；

[0080] (5)将步骤(4)的涂料进行干燥，干燥温度为48℃，干燥时间为6h；

[0081] (6)组装管件模型：将步骤(5)的浇注模装入三通钢管内，组装成管件模型；

[0082] (7)埋箱：将步骤(6)的管件模型放入沙箱中，安装浇道、粘结浇口；用干石英砂填满沙箱内部，并振实，振动时间为30s，经6次加砂、振动完成；抽负压至﹣0.06MPa，使沙箱内部处于真空状态；

[0083] (8)浇注：以矿渣熔体为浇注液体进行浇注，待矿渣熔体凝固后，解除负压，得到复合管件；矿渣熔体浇注时的温度为1300℃；所述的矿渣熔体具体组成为(质量分数)：铁尾矿53％、粉煤灰24％、石英砂19％、纯碱4％；

[0084] (9)保温：将复合管件从沙箱中取出置于加热炉中，在730℃核化处理1h，再在870℃晶化处理3h；自然冷却至室温，得到矿渣微晶玻璃复合管件。

[0085] 对实施例1-5制备的矿渣微晶玻璃复合管件的各项性能指标进行检测，结果见下表。

[0086] 表本发明矿渣微晶玻璃复合管件的各项性能指标

[0087]

[0088]

[0089] 注：表中H2SO4和NaOH的浓度均为质量分数。