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大型钢锭模涂料实验研究

作　者: 姚雁文
导　师: 梁小平
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 钢锭模涂料涂层强度表面质量正交实验实验室浇注
分类号: TQ630.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国航空航天、船舶、电力、石化对大型铸锻件需求强烈,加强对大型铸锻件相关技术的开发研究,探索技术可靠、经济合理的工艺方法,具有重要的科学价值和现实意义。大型铸锻件质量的好坏与钢锭的质量密切相关。钢锭模涂料在钢液浇注过程中,作为钢液和模壁的中间层,起着调控传热的作用,不仅仅可以减少钢液对钢锭模模壁的热冲击,从而改善钢锭凝固质量和提高钢锭模使用寿命,还有利于钢锭脱模,减少结疤等缺陷,增加钢锭的成材率。本文以大型钢锭模涂料为研究对象,对不同组成条件下的涂料基本配方进行实验,通过考察涂料的熔点、悬浮性、涂层厚度、涂层低温强度和高温强度等性能,并借助差热分析和物相分析,得到综合性能较好的涂料配方,在此基础上对涂料进行正交优化,得到涂料的最佳比例,并进行成本的估算。通过实验室浇注实验观察涂料的应用效果,并对大型钢锭的热环境进行了模拟,弄清楚涂料在此环境下的变化情况。主要的研究内容及结果如下:(1)按骨料和粘接剂的结合方式把涂料分成水玻璃结合石英质涂料、水玻璃结合铝硅质涂料、硅溶胶结合铝硅质涂料、硅溶胶结合镁质涂料、水玻璃结合镁质涂料、磷酸盐结合铝硅质涂料六个涂料组成配方,通过考察六种涂料熔点、悬浮性、涂层厚度、涂层低温烘烤后的表面质量和高温烘烤后的表面质量,并借助热分析和物相分析实验,获得综合性能较好的涂料配方。研究表明:磷酸盐结合镁铝质涂料熔点达到1450℃以上,料浆比为2:1(涂料非水组成与外加水之比)时,涂料的粘度约20泊,涂料的悬浮性达到97%,涂层厚度在0.4mm左右,涂层经过低温和高温烘烤后表面平整、无掉粉,抗开裂性为1级;双无机粘接剂结合镁质涂料1450℃以上,料浆比为2:1(涂料非水组成与外加水之比)时,涂料的粘度约20泊,涂料的悬浮性达到85%,涂层厚度在0.4mm左右,涂层经过低温和高温烘烤后表面平整、无掉粉,抗开裂性为1级。(2)以磷酸盐结合镁铝质涂和双无机粘接剂结合镁质涂料为实验对象,把涂料组成按五因素四水平进行正交实验优化配方,得到涂料的最佳组成,并对涂料成本进行估算。研究结果表明:磷酸盐结合镁硅质涂料组成配比为铝矾土:镁砂粉=1:6,CMC、六偏磷酸钠、硅微粉占10-30%;双无机粘接剂结合镁质涂料组成配比为镁砂粉:硅微粉=10:1,CMC、六偏磷酸钠、硅溶胶占10-25%具有较好的涂层抗开裂性、低温强度和高温强度等性能;通过涂料成本的估算,磷酸盐结合镁硅质涂料约850元/吨,双无机结合镁质涂料约730元/吨。(3)将优化后的磷酸盐结合镁硅质涂料和双无机粘接剂结合镁质涂料进行了实验室浇注实验,在料浆比为2:1的条件下,考察了不同涂层厚度条件下涂料的应用效果,还考察了钢锭冷、热态脱模时的应用效果。并对大型钢锭浇注的热环境进行模拟,考察涂料高温强度的变化情况。研究结果表明:涂层厚度在0.3mm时,涂层表面质量较好,经过风干和烘烤,抗裂性为1级,涂层厚度在1mm时,涂层风干后,抗裂性为3级,经烘干后,抗裂性为4级,相比之下,涂层厚度为0.3mm时涂层的抗裂性更强;冷态和热态条件下钢锭均容易脱模,热态脱模时,钢锭表面附着涂层较少,降低了钢锭表面清理工作量,涂料均不熔,减小了钢锭模所受的热冲击,保护了钢锭模;研究涂层高温强度随时间和温度的变化情况来模拟大型钢锭浇注的热环境,结果表明磷酸盐结合镁硅质涂料和双无机粘接剂结合镁质涂料对大钢锭浇注基本能够适应。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究课题的背景与意义  11-12
  1.2 国内外钢锭模涂料的研究现状  12-13
  1.3 钢锭模涂料的成分组成  13-16
    1.3.1 耐火骨料  13
    1.3.2 载体  13-14
    1.3.3 粘接剂  14-15
    1.3.4 悬浮剂  15
    1.3.5 助剂  15-16
  1.4 涂料的主要性能  16-17
    1.4.1 熔点  16
    1.4.2 悬浮性  16
    1.4.3 涂层厚度  16-17
    1.4.4 涂层强度  17
    1.4.5 涂层表面质量  17
  1.5 本文研究内容  17-19
2 涂层方式以及涂料组成  19-27
  2.1 钢锭模涂层主要作用  19
  2.2 钢锭模涂层方式的比较与选择  19-21
    2.2.1 永久复合式  19-20
    2.2.2 熔渣填充式  20
    2.2.3 浆料涂覆式  20-21
  2.3 涂料成分的选择  21-26
    2.3.1 涂料的应用环境  21
    2.3.2 涂料组成物质  21-26
  2.4 本章小结  26-27
3 涂料基本配方的实验研究  27-51
  3.1 涂料实验基本配方  27
  3.2 涂料实验原料  27-28
  3.3 涂料性能测定  28-29
    3.3.1 实验性能  28
    3.3.2 实验仪器  28-29
    3.3.3 实验步骤  29
  3.4 涂料熔点  29-30
  3.5 涂料粘度  30-31
  3.6 涂层表面质量  31-41
    3.6.1 涂料低温烘烤后的涂层  31-35
    3.6.2 涂料高温烘烤后的涂层  35-41
    3.6.3 涂层的表面质量比较  41
  3.7 涂料差热分析  41-45
  3.8 涂料物相分析  45-48
  3.9 双无机粘接剂结合镁质涂料  48-49
  3.10 本章小结  49-51
4 涂料正交优化实验和成本估算  51-67
  4.1 磷酸盐结合镁硅质涂料  51-58
    4.1.1 涂料正交实验配方  51
    4.1.2 涂料性能检测方法  51-52
    4.1.3 涂料性能试验结果及分析  52-58
  4.2 双无机粘接剂结合镁质涂料  58-64
    4.2.1 涂料正交实验因素水平  58
    4.2.2 涂料性能试验结果及分析  58-64
  4.3 涂料成本比较  64
  4.4 本章小结  64-67
5 实验室浇注实验与涂层对大型钢锭的适应性  67-79
  5.1 浇注试验参数  67
  5.2 浇注试验  67-74
    5.2.1 磷酸盐结合镁硅质涂料的浇注实验  67-72
    5.2.2 双无机粘接剂结合镁质涂料的浇注实验  72-74
  5.3 涂层对大钢锭的适应性  74-78
    5.3.1 热作用时间对涂层高温强度的影响  74-76
    5.3.2 热作用温度对涂层高温强度的影响  76-78
  5.4 本章小结  78-79
6 结论  79-81
致谢  81-83
参考文献  83-87
附录  87

大型钢锭模涂料实验研究

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