熱模法離心鑄造用珍珠巖基隔熱涂料

梅燕娜，暴延強，林雪川，宋 斌，董小宏，孔少華

（1.新興河北工程技術有限公司，河北 邯鄲 056000；2.廣東新興鑄管有限公司，廣東 陽春 529600）

管模是離心鑄造中熱態工作的模具，連續生產中承受急劇的熱交變負荷，當殘余應力的積累超過材料的極限強度后會產生熱裂紋網格，超過一定程度管模會報廢[1]。管模價格昂貴，為降低生產成本，改善管模生產條件，延長管模壽命，目前保護管模有效方法有兩種：涂覆硅藻土涂料和布樹脂砂。由于樹脂砂法所生產的鑄管表面質量比較差，且生產中產生有害氣體對環境有污染，已被涂料法所淘汰。

1 熱模離心鑄造用隔熱涂料的組成

離心鑄管涂料一般由基料（耐火絕熱料）、粘結劑和懸浮劑、載體等組成。由于高溫鐵水直接作用于涂層表面，因此在澆注的瞬間，涂層表面溫度將達到1200℃～1300℃，在此狀態下涂料性能保持穩定，不得出現熔融、分解、軟化等現象。

2 涂料的要求

根據熱模法離心鑄造球鐵管要求：

（1）涂料應具有較高的耐火度，使涂料不被高溫金屬融化。

（2）涂料應具有較高的內聚強度和附著強度，是為了防止涂層在澆注時因鐵液的沖刷而脫落，同時在鑄管凝固后，涂層又能附著在管壁上并隨鑄管一起從鑄型中被拉出，且易清理[2]。

（3）涂料應具有較小的發氣量，為了防止鑄管產生氣孔、針孔等缺陷。

（4）涂料應具有適當的粘度、足夠的流動性和均勻性。

3 硅藻土基隔熱涂料和珍珠巖基隔熱涂料對比

硅藻土是一種生物成因的硅質沉積巖，主要含硅藻質的二氧化硅[3]。硅藻土為多孔結構，通常呈淺黃色或者淺灰色，具有質軟、能隔熱、吸附性強、熔點高、熱穩定性好的特點。硅藻土的多孔性對鑄管的外觀質量起著重要的作用。在高溫鐵水的作用下，從涂料原料中釋放、來不及從未凝固鐵水中析出的氣體可以儲存在多孔質的涂料內，防止鑄管外表面形成氣坑、針孔等缺陷[1]。

珍珠巖是一種酸性火山玻璃質熔巖，在高溫條件下可獲得膨脹珍珠巖，其體積是原體積的10～25倍，內部呈微孔狀結構。膨脹珍珠巖受其結構影響，具有較大的親水性，易吸附周圍環境中的水，吸水率一般為自重的4～9倍[4]。

廣東新興鑄管有限公司現采用基料為硅藻土涂料，硅藻土選用長白山硅藻土粘結劑和懸浮劑采用膨潤土，載體為水，涂料配置參數見表1，澆注鑄管前要將管模預熱至一定溫度（180℃～200℃），利用壓縮空氣及噴嘴使涂料霧化來進行噴涂，主要通過調整輸送涂料壓力（罐壓），噴涂風壓，以及噴嘴間隙等參數來調整霧化效果，在管模內經多次噴涂后形成一定厚度的涂層。

表1 涂料配制參數

圖1 涂料制備工藝流程圖

由于硅藻土資源問題，同時要降低球鐵管生產成本，提出了一種種新配方的隔熱涂料，將原基料由硅藻土更換為珍珠巖助濾劑，具有較高的抗沖蝕性能、耐火強度和脫模性，以及較低的發氣量、滲透性和吸濕性和長時間的儲存穩定性能。

珍珠巖較硅藻土而言，具有低的吸水性和發氣性，高的耐熱性，以及更為低廉的成本，選擇珍珠巖作為耐火骨料的主要成分，配合鈉基膨潤土能夠制備得到性能優異、表面質量更高的管模涂層。

表2 珍珠巖基料性能指標

4 珍珠巖基隔熱涂料制備方法

4.1 珍珠巖基隔熱涂料制備

（1）泥漿的配制過程。先向泥漿罐中加入水180公斤，再將15公斤鈉基膨潤土逐漸加入，邊加邊攪拌，攪拌6小時以上，泥漿方可使用。

（2）涂料的配制過程。按照涂料配比，計算水、泥漿、珍珠巖助濾劑的加入量。先向攪拌罐中加入水，再加入泥漿，攪拌約3分鐘再加入珍珠巖助濾劑。珍珠巖助濾劑要緩慢加入，防止珍珠巖沉入罐底，攪拌10分鐘后，用刮板將罐周圍粘附的珍珠巖助濾劑刮下，再重新攪拌，涂料攪拌半小時后，加水調其粘度以備使用。

4.2 珍珠巖基隔熱涂料性能測試

對制備好的珍珠巖基隔熱涂料進行懸浮性測試、發氣性測試、滲透性測試、高溫抗裂性測試、粘度測試、吸濕性測試，具體方法介紹如下。測試結果見表3。

表3 珍珠巖基隔熱涂料測試結果

（1）懸浮性測試。測懸浮性的方法采用靜置法，將配置好的涂料放置于100ml量筒中，將其靜置24h后，觀測清澈液的體積與整個涂料懸浮液體積的百分比。

（2）發氣性測試。涂料的發氣量是單位質量分數的涂料在高溫下涂料揮發的氣體體積，單位是 ml/g，采用智能發氣性測試儀測試，測試溫度為1200℃，測試時間2min。

（3）滲透性測試。通常考察涂料的滲透深度，將標準型砂試樣在涂料中浸泡3 s并烘干后，鋸開試樣，用卡尺測量試樣斷面上涂料的滲透深度。

（4）高溫抗裂性測試。將均勻涂上涂料并經烘干的砂樣置于1200℃的箱式爐中急熱保溫 2 min，迅速打開爐門觀察是否有裂紋以及裂紋的大小和數量 對涂層的裂紋情況，可以按以下4 級評定。

I級：表面光滑沒有裂紋，或者只有特別細的裂紋，基體和涂料之間沒有剝離的現象。

II級：涂層上有細小的網狀或者樹枝狀裂紋，裂紋寬度＜0.5 mm，基體和涂料之間沒有剝離的現象。

III級：涂層有網狀或者樹枝狀裂紋，寬度＜1mm，裂痕比較深，沒有貫通的粗裂紋， 基體和涂料之間沒有剝離的現象。

IV級：涂層上有網狀或者樹枝狀的裂紋，寬度＞1 mm，有貫通的裂紋，基體和涂料間有剝離的現象。

粘度測試，采用T6杯測試涂料粘度。

（5）吸濕性測試。采用稱重法測量，將稱重后質量為M0的鑄造涂料涂層試樣，放在恒濕箱中保持溫度為23±1℃，相對濕度95±1%，放置24h后，測試試樣質量為M1，則鑄造涂料涂層的吸濕率為（M1-M0）/M0×100%。

5 珍珠巖基隔熱涂料噴涂方法和使用效果

（1）將管模清洗干凈，升溫至160℃～200℃，軸向溫差≤30℃，備用。

（2）向管模噴涂大口徑球墨鑄鐵管模涂料，噴嘴5mm，噴嘴數量8個，噴嘴，距管模距離為200mm～400mm，管模轉速為40r/min～60r/min，噴涂風壓為0.4Mpa～0.6Mpa，噴涂管道壓力為0.25Mpa～0.4Mpa，噴涂罐罐壓0.45Mpa～0.55MPa，噴涂涂層厚度為0.8mm～1.2mm，噴涂小車走速0.2m/秒，噴涂次數3次。噴涂效果見圖2。噴涂涂層減薄后和增加噴嘴后，機時產量提高，DN1600和DN1800機時產量增加2根/時。

圖2 管模噴涂后狀態

將珍珠巖基隔熱涂料按照上述施工方法進行噴涂，用于制備大口徑球墨鑄鐵管DN 2200，制備得到的鐵管具有≥430Mpa的抗拉強度，和≥9%的最小延伸率，以及球化等級3，石墨大小等級≥6級，滲碳體含量≤1%和珠光體≤25%的金相組織，見圖3。

圖3 DN2200熱模離心球墨鑄鐵管制備（涂層均勻，無螺旋線）

6 結論

（1）珍珠巖具有多孔性能，配合鈉基膨潤土能夠制備得到性能優異、表面質量更高的管模涂層。

（2）珍珠巖基隔熱涂料噴涂到管模內壁上涂層均勻，無裸線線。

噴涂工藝方法：噴嘴5mm，噴嘴數量8個，噴嘴，距管模距離為200mm～400mm，管模轉速為40r/min～60r/min，噴涂風壓為0.4Mpa～0.6Mpa，噴涂管道壓力為0.25Mpa～0.4Mpa，噴涂罐罐壓0.45Mpa～0.55MPa，噴涂涂層厚度為0.8mm～1.2mm，噴涂小車走速0.2m/秒，噴涂次數3次。噴涂涂層減薄后和增加噴嘴后，機時產量提高，DN1600和DN1800機時產量增加2根/時。

（3）制備大口徑球墨鑄鐵管DN 2200，制備得到的鐵管具有≥430Mpa的抗拉強度，和≥9%的最小延伸率，以及球化等級3，石墨大小等級≥6級，滲碳體含量≤1%和珠光體≤25%的金相組織，生產產品合格。