离心球墨铸铁管管模涂料的基本要求

(一)离心球墨铸铁管管模涂料的基本要求
(二)原材料选用
(三)涂料的混制
(四)施涂方式
用硅藻土为骨料配制的悬浊液作为涂料涂覆于管模内壁生产球铁管，论述了涂料原材料选择、涂料配制、性能及合适的施涂方式。

试验表明，膨润土浆持续搅拌2h，再静止10h 后配制涂料;硅藻土是涂料热模法中最合适的骨料;对于小管径的管模涂料，膨润土含量高一些，硅藻土与膨润土的质量比为(8～15)∶1;对于大口径管模涂料，膨润土含量稍低，硅藻土与膨润土质量比为(12～20)∶1，另外，有气喷涂是最佳的喷涂方式。

关键词：硅藻土;涂料;热模法;球铁管;施涂方式
管模是离心铸造中热态工作的模具，连续生产中，承受急剧的热交变负荷，当残余应力的积累超过了材料的极限强度后会产生热裂纹网格，超过一定程度管模就会报废[1，2]。

管模价格昂贵，为降低生产成本，改善管模生产条件，延长其寿命就成为一个迫切的课题。

目前，保护管模的有效方法有两种，即涂覆硅藻土涂料和布树脂砂。

相比树脂砂，硅藻土涂料具有以下优点：①铸管外表面光洁度较好、尺寸精度较高，而树脂砂布砂时易形成树脂砂波浪线，造成管子外表面出现相应的波浪线，影响铸管尺寸精度，同时由于砂粒直径比较大、粘砂也会增加铸管外表面粗糙度;②生产成本较低，生产同规格的铸管，涂料成本为树脂砂成本的1/5，对于大规模生产，效益尤其显著;③生产效率高，工人劳动强度小。

1离心球墨铸铁管管模涂料的基本要求
1.1较高的耐火性和良好的绝热性
高温铁水直接作用于涂层表面，因此在浇注的瞬间，涂层表面温度将达到1200～1300℃，在此状态下涂料性能应保持稳定，不得出现熔融、分解、软化等现象。

在涂料热模法生产铸管的过程中，涂层的厚度通常仅为1～1.5mm，为保证有效地降低浇注过程中铁水对管模表面的热冲击，且为已凝固的铸管提供一定的自退火和缓冷时间，降低铸管后道工序的退火温度和减少退火时间，就要求涂层的导热系数要尽可能低。

1.2适当的强度和良好的透气性
涂层要经得住铁水冲刷而起到保护管模的作用，同时在浇注完后要易于清除。

涂层的透气性是决定铸管质量的关键之一[3]。

若涂层透气性差又无一定的储气能力，则骨料的结晶水汽及从铁水中析出的气体在断面间流动受阻，从而出现局部的高压区，在铁水还处于半凝固状态，铸管强度不高，高压区会使铸管出现气坑、气孔等缺陷，导致铸管报废。

1.3可靠的稳定性和良好的喷涂性能
涂料必须具有原料简单易得、价格便宜、涂料易雾化、成分均匀、不易沉淀、不易堵塞管道及喷嘴等特点，降低生产成本且保证良好的喷涂性能。

2原材料选用
2.1耐火骨料的选择
2.1.1耐火骨料热导率比较
涂料热导率的大小直接影响热模离心法生产球墨铸铁管的冷却速度，采用低热导率的绝热保温耐火骨料是防止球铁管产生白口组织的重要措施。

涂料骨料的绝热保温性能差，生产的管子易产生白口组织，生产出的铸管必须经过高温退火，工艺复杂、能耗高;绝热性差的涂料对管模起不到保护作用。

研制新的球铁管工艺的出发点就是要求铸管铸态组织不能出现
渗碳体组织，低温退火后铸管的伸长率≥7%。

为找到合适的骨料，对部分耐火骨料的热导率进行比较，见表1。

通过大量试验，常用耐火骨料发气量比较见表2。

从表2可以看出，石英粉及耐火熟料的发气量较小，但在试验中发现，用这两种骨料配制的涂料生产的管子易出现气坑、针孔等缺陷，而硅藻土涂料则较好。

这是因为，硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要含硅藻质的二氧化硅[5]。

硅藻土为多孔状结构，通常呈浅黄色或浅灰色，具有质软、能隔热、吸附性强、熔点高、热稳定性好的特点。

硅藻土通常含有有机物及3.0%～3.5%的结晶水，在使用之前必须经过高温焙烧去掉有机物和结晶水。

硅藻土的多孔性对铸管的外观质量起着重要的作用。

在高温铁水的作用下，从涂料原料中释放、来不及从未凝固铁水中析出的气体可以储存在多孔质的涂料内，防止铸管外表面形成气坑、针孔等缺陷。

石英粉或耐火熟料微观结构上没有多孔性特征，用之配制涂料生产的铸管中常常会出现气坑、针孔等缺陷。

2.2悬浮剂及粘结剂的选用
在热模法离心铸管涂料中，悬浮剂往往同时具有粘结剂的作用，在涂料中最常用的无机粘结剂为膨润土。

膨润土是以蒙脱石为主要矿物的粘土，其颗粒质点可以小于0.1μm[3]。

膨润土质点在胶体溶液中形成空间网状结构，使胶体溶液中的填料不易下沉，因此膨润土是良好的悬浮剂。

同时膨润土具有较好的粘结力，钠基膨润土是热模法涂料中较为理想的粘结剂。

2.3涂料载体及其他活性剂
涂料的配制尽量讲究实用性、经济性。

在保证使用性能的情况下，尽可能选用环保、经济的原材料。

热模法离心铸管涂料中一般都选用水作为涂料载体。

为了改变涂料的某些性能，如流平性、润湿性等，可向涂料中加入少量的化学助剂[3]。

活性剂由于加入量较小，对涂料发气量的影响较小，但对涂料的性能却有十分重要的作用。

在涂料中为增加溶液的稳定性，一般加入0.1%左右的羧甲基纤维素钠作为悬浮稳定剂。

3涂料的混制
3.1膨润土浆的制备
在配制涂料之前要把一定量膨润土倒入泥浆搅拌罐中，并加适量活性剂，膨润土与水的比为1∶15，持续搅拌2h以上，使膨润土、活性剂、水混合均匀。

为让膨润土膨化完全，充分发挥膨润土的粘结性及悬浮性，搅拌后的泥浆静置10h后再用于涂料的配制。

3.2涂料的配制
将活化好的膨润土浆与一定量的水加入涂料罐中用搅拌器搅拌30min，稀释膨润土泥浆，再将一定量的硅藻土加入其中，搅拌30min后再调整涂料至合适的粘度要求后放入压力罐中待用。

由于生产不同管径的铸管离心机转速不同，铁水对涂层的冲刷强度不同，热模法涂料中配比及粘稠程度也随之不同。

一般小管径的管模涂料膨润土含量较高，涂层强度较大，涂料中硅藻土与膨润土的质量比为(8～15)∶1，大口径管模涂层强度可以稍差，硅藻土与膨润土质量比为(12～20)∶1。

涂料稀稠程度要以保证喷枪顺利喷涂为前提，太稠容易堵塞喷枪;太稀增加涂料用量，增加能量消耗、降低生产率。

涂料稀稠程度以T4杯来衡量，生产不同规格铸管使用不同的喷枪，涂料的流杯粘度也不同，一般在8～18s之间，根据实际情况来适当调整。

4施涂方式
涂料的施涂方式一般有流涂、刷涂、浸涂、喷涂等[1]，根据涂料热模法的生产特点，采用流涂、喷涂法较为合适。

其中喷涂又分无气喷涂、有气喷涂。

涂料施涂之前一般把管模烘烤到300℃以上，以保证浇注铸管之前利用管模余热烘干涂层中的自然水。

流涂即利用固定于钢支架上的涂料管，通过移动涂料管把涂料流入高速旋转
的管模中，利用离心力及涂料的流平性把涂料均匀涂覆到管模上。

流涂的涂层一般一次成型。

用这种方式得到的涂层紧实度较高，表面较光洁。

无气喷涂即把涂料加压，利用涂料本身压力进入喷枪，通过喷头把涂料分散为小液滴，调整喷头与管模间的距离及角度，把涂料喷至旋转的管模内壁上[1]。

此种方法喷出的涂层紧实度较高，表面较光洁，但对设备要求较高，且磨损较严重，增加生产成本，大规模生产中一般不采用。

有气喷涂即涂料通过压力罐把涂料输送至喷枪，在喷头处涂料与0.5MPa的压缩空气混合成雾状，调整喷头与管模间的距离及角度，把涂料均匀地涂覆到旋转的管模内壁上。

此种方式涂覆出来的涂层紧实度、强度较差，但涂层的透气性、溃散性、均匀性较好，并节约生产成本，降低工人劳动强度，因此在大规模生产中被广泛采用。