一種銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料及其製備方法
技術領域
本發明屬於合金鋼模噴塗料技術領域。具體涉及一種銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料及其製備方法。
背景技術
銅板澆鑄是煉銅工業中重要的環節，其主要過程是將熔融的銅液傾倒至合金鋼模中，澆鑄成重量、尺寸一致的銅板，然後送往電解車間進行電解。因此，澆鑄銅板的性能（尺寸、規格等）直接影響到後續電解銅的質量。熔融銅液的澆鑄是在合金鋼模（鋼模尺寸規格一定）中完成的，熔融銅液溫度約1200°C，直接傾倒至合金鋼模中，合金鋼模遭受銅液的侵蝕作用，其表面溫度由室溫急劇上升，澆鑄過程中合金鋼模受熱應力、相變應力、機械應力等共同作用而產生微小網狀裂紋，隨著澆鑄次數的增加，微裂紋逐漸擴展，形成龜裂導致合金鋼模損壞。合金鋼模損壞的主要形式包括尖角、拐角處開裂/龜裂、磨損和沖蝕；澆鑄過程中，合金鋼模底部受壓不易損壞，但合金鋼模邊緣受拉應力而易產生裂紋損壞。由於合金鋼模費用約占整個澆鑄生產成本的10~15%，所以合金鋼模的使用壽命成為銅板澆鑄生產系統經濟性的重要因素。因此，為了防止合金鋼模過早失效而報廢，必須在銅液和合金鋼模之間形成一層有效的“隔離膜” 一一噴塗料，以降低高溫銅液對合金鋼模的熱損傷及熱沖蝕。
目前，銅板澆鑄用合金鋼模的噴塗料以BaSO為主，這是由於BaSO不僅具有良好的化學惰性，而且硬度低（莫氏硬度3~3.5）、易加工，能增強粉末噴塗料的流平性和保光性，並且與大多數噴塗料均有較好的兼容性，可使粉末塗料在噴塗工藝中達到理想的塗膜厚度；但選用BaSO作為合金鋼模的噴塗料時，噴塗料的韌性較差，進而降低了噴塗料的成膜率，易導致銅板表面產生氣孔，降低了銅板表面的光潔度；此外，銅板表面殘留的BaSO由於化學惰性較強而不易去除，進而被帶入電解槽中，對銅板的電解不利。
發明內容
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的在於提供一種成本低、工藝簡單和無環境污染的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料的製備方法，用該方法製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料韌性好、成膜率高、機械強度大和殘留的噴塗料易於從銅板表面除去。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案的具體步驟是：
第一步、在45~55 °C水浴條件下，按矽酸鈉：無水檸檬酸：水的質量比為（1.0~2.0）： (0.1~0.5）： 100,，矽酸鈉、無水檸檬酸和水置入容器中，攪拌25~30分鐘，製得矽酸鈉溶液；
第二步、向矽酸鈉溶液中加入占矽酸鈉溶液1~8wt%的滑石粉、1~8wt%的雲母粉、1~3wt%的石膏粉、1~5wt%的鈦白粉、0.1~0.3wt%的聚乙二醇200和0.1~0.2wt%的乙醯丙酮，超聲分散20~25分鐘，攪拌10~15分鐘，製得銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料。
上述技術方案中：
所述矽酸鈉的NaSiO含量≥95wt%；
所述無水檸檬酸的CHO含量≥96wt%；
所述滑石粉的粒度≤0.1μm，滑石粉的主要化學成分是：MgO為25~30wt%，SiO55~60wt%， FeO小於等於1wt% ；
所述雲母粉的粒度≤0.1μm，雲母粉的主要化學成分是：A1O為25~30wt%，SiO為45~50wt%，FeO小於等於1wt% ；
所述石膏粉的粒度≤0.1μm，石膏粉的CaSO含量≥77wt%；
所述鈦白粉的粒度≤0.1μm，鈦白粉的TiO含量≥95wt%，主要物相為金紅石相；
所述聚乙二醇200為分析純；
所述乙醯丙酮為分析純；
所述超聲分散功率多1000W。
由於採取上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：
1、本發明選用的原料來源豐富，成本低廉，能顯著降低銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料的生產成本；
2、本發明無需特殊的生產設備和處理技術，節省勞動力資源，工藝流程簡單；
3、本發明所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料無毒害液體/氣體形成，無環境污染；
4、本發明利用矽酸鈉水解所形成的“-Si-O-”結構為骨架，保障了噴塗料的韌性，提高了噴塗料的成膜率；同時，“-Si-O-”的相互交錯形成空間網狀結構，增強了噴塗料的機械強度。
5、本發明中滑石粉、雲母粉和石膏粉等原料的物理化學活性較好，殘留的噴塗料易於從銅板表面除去。
本發明所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.0~98.5%。因此，本發明具有成本低廉、工藝簡單和無環境污染的特點；所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料韌性好、成膜率高、機械強度大且殘留的噴塗料易於從銅板表面除去。
具體實施方式
（1）實施例1
本實施例所述的製備方法的具體步驟是：
第一步、在45~55 °C水浴條件下，按矽酸鈉：無水檸檬酸：水的質量比為（1.0~1.4）： （0.1~0.2）： 100,，矽酸鈉、無水檸檬酸和水置入容器中，攪拌25~30分鐘，製得矽酸鈉溶液；
第二步、向矽酸鈉溶液中加入占矽酸鈉溶液1~5wt%的滑石粉、1~5wt%的雲母粉、1~2wt%的石膏粉、1~4wt%的鈦白粉、0.1~0.2wt%的聚乙二醇200和0.1~0.2wt%的乙醯丙酮，超聲分散20~25分鐘，攪拌10~15分鐘，製得銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料。
本實施例製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.0~98.2%。
（2）實施例2
一種銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料及其製備方法。本實施例所述的製備方法的具體步驟是：
第一步、在45~55 °C水浴條件下，按矽酸鈉：無水檸檬酸：水的質量比為（1.2~1.6）： （.2~0.3）： 100,，矽酸鈉、無水檸檬酸和水置入容器中，攪拌25~30分鐘，製得矽酸鈉溶液；
第二步、向矽酸鈉溶液中加入占矽酸鈉溶液質量2~6wt%的滑石粉、2~6wt%的雲母粉、1~2wt%的石膏粉、1~4wt%的鈦白粉、0.1~0.2wt%的聚乙二醇200和0.1~0.2wt%的乙醯丙酮，超聲分散20~25分鐘，攪拌10~15分鐘，製得銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料。
本實施例製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.1 ~98.3%。
（3）實施例3
一種銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料及其製備方法。本實施例所述的製備方法的具體步驟是：
第一步、在45~55°C水浴條件下，按矽酸鈉：無水檸檬酸：水的質量比為（1.4~1.8）：（0.3~0.4）：100，矽酸鈉、無水檸檬酸和水置入容器中，攪拌25~30分鐘，製得矽酸鈉溶液；
第二步、向矽酸鈉溶液中加入占矽酸鈉溶液質量3~7wt%的滑石粉、3~7wt%的雲母粉、2~3wt%的石膏粉、2~5wt%的鈦白粉、0.2~0.3wt%的聚乙二醇200和0.1~0.2wt%的乙醯丙酮，超聲分散20~25分鐘，攪拌10~15分鐘，製得銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料。
本實施例製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.2~98.4%。
（4）實施例4
一種銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料及其製備方法。
本實施例所述的製備方法的具體步驟是：
第一步、在45~55 °C水浴條件下，按矽酸鈉：無水檸檬酸：水的質量比為（1.6~2.0） ： （0.4~0.5） ： 100，將矽酸鈉、無水檸檬酸和水置入容器中，攪拌25~30分鐘，製得矽酸鈉溶液；
第二步、向矽酸鈉溶液中加入占矽酸鈉溶液質量4~8wt%的滑石粉、4~8wt%的雲母粉、2~3wt%的石膏粉、2~5wt%的鈦白粉、0.2~0.3wt%的聚乙二醇200和0.1~0.2wt%的乙醯丙酮，超聲分散20~25分鐘，攪拌10~15分鐘，製得銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料。
本實施例製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.3~98.5%。
優勢
本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：
1、 本具體實施方式選用的原料來源豐富，成本低廉，能顯著降低銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料的生產成本；
2、 本具體實施方式無需特殊的生產設備和處理技術，節省勞動力資源，工藝流程簡單；
3、 本具體實施方式所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料無毒害液體/氣體形成，無環境污染；
4、 本具體實施方式利用矽酸鈉水解所形成的“-Si-O-”結構為骨架，保障了噴塗料的韌性，提高了噴塗料的成膜率；同時，“-Si-O-”的相互交錯形成空間網狀結構，增強了噴塗料的機械強度。
5、本具體實施方式中滑石粉、雲母粉和石膏粉等原料的物理化學活性較好，殘留的噴塗料易於從銅板表面除去。本具體實施方式所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料，經測定：噴塗成膜率為98.0~98.5%。
因此，本具體實施方式具有成本低廉、工藝簡單和無環境污染的特點；所製備的銅板澆鑄用合金鋼模噴塗料韌性好、成膜率高、機械強度大且殘留的噴塗料易於從銅板表面除去。
