本发明涉及发热保温冒口套制造技术领域，更具体地，涉及一种资源再利用型发热保温冒口套、生压块、自生压发热保温冒口套及其制备方法。
背景技术：
在铸造生产过程中液态金属浇注到铸型后，由于冷却而产生收缩、凝固后将在铸件内部产生缩孔、缩松缺陷，如不采取措施就会影响铸件的致密性，使铸件的机械性能大大降低，甚至造成废品。
冒口套是为避免铸件出现缩孔、缩松缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。冒口套的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用,冒口套的主要作用是补缩。
冒口套补缩作用的必要条件是保持冒口中的金属液晚于铸件凝固和有足够的金属液补充铸件的收缩。冒口套的种类主要分为普通冒口套、保温冒口套、和发热冒口套。普通冒口套是用普通造型材料制做的，补缩效果差，已广泛被保温冒口套替代。保温冒口套是用保温材料制做的，延长了保温冒口套中的金属液的凝固时间，节省金属，保温冒口套可以比普通冒口套提高约40％的补缩效率。发热冒口套是在冒口材料中加入发热剂，在浇入金属液后，发热剂反应放热，使金属液能在液态条件下保持更长时间，比保温冒口套更节省金属，发热冒口套可以比普通冒口套提高约45％的补缩效率。
由于保温冒口套本身不能提供热量，而发热冒口套自散失的热量又较大，对一些使用要求相对较高的铸件，单纯使用保温冒口套或发热冒口套都不能从根本上解决冒口套金属利用率不高的缺点，其产品质量和工业出品率也难以得到提高，因此，新型的发热保温冒口套应运而生。发热保温冒口套是通过保温材料的保温性能控制冒口套的热损失，同时通过发热材料的燃烧发热来提高冒口套金属液的温度，从而达到延长冒口套内金属液的凝固时间的目的，进一步提高冒口套补缩效率。但是，目前发热保温冒口套成本较高，限制了其更广泛的应用。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种生产成本较低的发热保温冒口套及其制造方法，以铸造车间的粉尘和农作物秸秆粉为主要原料，不仅解决了铸造粉尘的排放和农作物秸秆焚烧的环境污染等问题，而且还能就地生产，形成资源的再利用，降低发热保温冒口的生产成本，同时提高补缩效果。
本发明的目的之二在于提供一种生产成本较低的自生压发热保温冒口套及其制造方法，对发热保温冒口增加自生压力功能，进一步提高冒口套的补缩效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种资源再利用型发热保温冒口套，包括耐火骨架材料、发热材料、保温材料、粘结剂和附加材料；所述耐火骨架材料包括镁砂、硅砂、铬铁矿砂和铝矾土中一种或多种组合；所述发热材料包括铝粉和/或铝-镁合金粉和氧化铁粉；所述保温材料包括空心漂珠；所述粘结剂包括水玻璃、树脂、膨润土、α-淀粉和糊精中的一种或多种组合；所述附加材料包括引燃剂和/或阻燃剂；其特征在于，
所述耐火骨架材料的部分或全部由含砂粉尘替代；
所述发热材料的部分或全部由含失效树脂和/或煤粉的粉尘、含铁和/或氧化铁粉尘和农作物秸秆粉替代；
所述保温材料的部分或全部由具有保温性能的铸造粉尘替代。
进一步地，主要是由质量百分数为0-6％的所述耐火骨架材料、质量百分数为4％-10％的所述含砂粉尘、质量百分数为0-9％的所述铝粉和/或所述铝-镁合金粉、质量百分数为0-18％的所述氧化铁粉、质量百分数为8％～12％的所述含失效树脂和/或煤粉的粉尘、质量百分数为10％-26％的所述含铁和/或含氧化铁粉尘、质量百分数为16％-30％的所述农作物秸秆粉、质量百分数为0-6％的所述空心漂珠、质量百分数为15％-25％的所述具有保温性能的铸造粉尘、质量百分数为0-5％的所述附加材料、质量百分数为4％的所述粘结剂与质量百分数为0％-8％的水混合制得。
进一步地，在保障同样补缩效果的前提下，所述耐火骨架材料优先选择所述含砂粉尘，所述发热材料优先选择所述含失效树脂和/或煤粉的粉尘、含铁和/或氧化铁粉尘和农作物秸秆粉，所述保温材料优先选择所述具有保温性能的铸造粉尘。
一种制备权利要求1～3所述的任意一种资源再利用型发热保温冒口套的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：从水玻璃、树脂、膨润土、α-淀粉和糊精中选择至少一种物质，制备粘结剂膏/液备用；
s2：将权利要求1～3所述的任意一种资源再利用型发热保温冒口套的材料按一定比例干混，之后，加入步骤s1制得的粘结剂膏混合，和适量水混合得浆料；
s3：将步骤s2制得的浆料通过冒口套成型工艺制成冒口套；
s4：采用秸秆预制煤或秸秆预制生物燃料，通过连续缓慢加热烘干工艺，将步骤s3制得的成型冒口套在180℃～230℃的干燥窑中烘干4h～5h。
进一步地，所述步骤s3中，所述冒口套成型工艺为模具成型工艺、气囊成型工艺、真空吸附成型工艺、离心成型工艺、或滚压成型工艺。
从上述技术方案可以看出：本发明以铸造粉尘和农作物秸秆粉为主要原料制备发热保温冒口套，通过保温材料的保温性能控制冒口套的热损失，同时通过发热材料的燃烧发热来提高冒口套金属液的温度，从而达到延长冒口套内金属液的凝固时间的目的，增强冒口套的补缩效果；另一方面，极大地降低了生产成本，具有推广使用的重要意义。
本发明还公开了一种用于制造自生压发热保温冒口套的生压块，其特征在于，主要是由超压缩农作物秸秆粒、贝壳类粉、铝粉和/或铝-镁合金、氧化铁粉和由水玻璃或树脂或膨润土或α-淀粉或糊精中的一种或多种组合构成的粘结剂膏/液混合后经压结所成的块体。
进一步地，主要是由质量分数为10％～20％的超压缩农作物秸秆粒、质量分数为50％～75％的贝壳类粉、质量分数为0～10％的铝粉和/或铝-镁合金粉、质量分数为0～15％的氧化铁粉和质量分数为4％～8％的粘结剂溶液混合后经压结所成的块体。
一种制备权利要求6～7所述的任一生压块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：采用专用设备制得超压缩农作物秸秆粒；
s2：将超压缩农作物秸秆粒、贝壳类粉、铝粉和/或铝-镁合金粉、氧化铁粉和粘结剂溶液按一定比例混合，压结为块体。
一种资源再利用型自生压发热保温冒口套，其特征在于，主要由权利要求1～3所述的任一发热保温冒口套和权利要求6～7所述的任一生压块组合而成。
一种制备权利要求9所述的资源再利用型自生压发热保温冒口套的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：利用权利要求4～5所述的任一方法制得干燥后的发热保温冒口套，所述发热保温冒口套上预留安装生压块的空间；
s2：利用权利要求8所述的方法制备生压块；
s3：将步骤s2制得的生压块组合在发热保温冒口套上预留的生压块的空间中，得到自生压发热保温冒口套。
从上述技术方案可以看出，本发明在发热保温冒口套上组合生压块，生压块能够发气，对发热保温冒口套提供自生压力功能，进一步提高了发热保温冒口套的补缩效果。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明涉及一种新型发热保温冒口的材料与制备工艺，主要原材料由铸造粉尘和农作物秸秆组成，不仅解决了铸造粉尘的排放和农作物秸秆焚烧的环境污染等问题，而且还能就地生产，形成资源的再利用，降低发热保温冒口的生产成本。
本发明的铸造粉尘，主要来源于固体物料的机械粉碎和研磨以及物质的燃烧，一般来源于清理车间、造型车间、砂处理车间和熔炼车间等，对于工厂来说，车间粉尘是一种污染环境的工业垃圾，因其具有较高的耐火度和较低的热传导率，是一种制作保温冒口的合适材料。本发明对铸造粉尘分类收集、分类使用，铸造粉尘按材质可以分类为具有保温性能的普通铸造粉尘、含失效树脂粉尘、含煤粉粉尘、含砂粉尘、含铁粉尘和含氧化铁粉尘等，含失效树脂粉尘和含煤粉粉尘都可以燃烧，还可以用作发热剂的补充材料，同时，燃烧后留下的空洞和产物，还可以提高保温效果；含铁/氧化铁粉尘可以用作氧化剂的补充材料，含砂粉尘可以用作耐火骨架的补充材料。本发明的农作物秸秆粉可以燃烧，用作发热剂的补充材料，同时燃烧后留下的空洞和产物(草木灰)，还可以提高保温效果。
本发明的发热保温冒口套的材料主要包括：
耐火骨架材料：包括镁砂、硅砂、铬铁矿砂、铝矾土等现有技术中常用的一般的发热保温冒口套中使用的耐火材料，本发明根据冒口的大小和金属种类选择一种或多种搭配。本发明还加入了含砂粉尘部分或全部替代现有技术的耐火材料，极大地降低了生产成本。
发热材料：除常规的铝热剂、氧化剂和助熔剂外，本发明还加入一定量的具有发热效果的铸造粉尘(如含失效树脂粉尘和含煤粉粉尘等)、含铁和/或氧化铁粉尘和农作物秸秆粉部分或全部替代现有技术的发热材料，降低生产成本。
保温材料：除空心漂珠外，本发明主要添加具有保温性能的普通铸造粉尘部分或全部替代现有技术的保温材料，降低生产成本。
粘结剂：水玻璃、树脂、膨润土、α-淀粉和糊精中的一种或多种组合，可以优选两种组合使用，一种保证湿强度，另一种保证最终强度，如水玻璃和糊精组合、α-淀粉与水玻璃组合、α-淀粉与树脂组合、水玻璃和膨润土组合等。
附加材料包括引燃剂和阻燃剂，引燃剂可以为镁条等，阻燃剂可以为碳粉等，调节燃烧速度。
本发明的发热保温冒口套主要是由质量百分数为0-6％的所述耐火骨架材料、质量百分数为4％-10％的所述含砂粉尘、质量百分数为0-9％的所述铝粉和/或所述铝-镁合金粉、质量百分数为0-18％的所述氧化铁粉、质量百分数为8％～12％的所述含失效树脂和/或煤粉的粉尘、质量百分数为10％-26％的所述含铁和/或含氧化铁粉尘、质量百分数为16％-30％的所述农作物秸秆粉、质量百分数为0-6％的所述空心漂珠、质量百分数为15％-25％的所述具有保温性能的铸造粉尘、质量百分数为0-5％的所述附加材料、质量百分数为4％的所述粘结剂与质量百分数为0％-8％的水混合制得。优选地，在保障同样补缩效果的前提下，所述耐火骨架材料优先选择所述含砂粉尘，所述发热材料优先选择所述含失效树脂和/或煤粉的粉尘、含铁和/或氧化铁粉尘和农作物秸秆粉，所述保温材料优先选择所述具有保温性能的铸造粉尘。
发热保温冒口套的配方一为：
质量百分数为6％的耐火骨架材料、质量百分数为4％的含砂粉尘、质量百分数为9％的铝粉和/或铝-镁合金粉、质量百分数为12％的氧化铁粉、质量百分数为8％的含氧化铁粉尘、质量百分数为6％的空心漂珠、质量百分数为18％的具有保温性能的铸造粉尘、质量百分数为8％的含失效树脂和/或煤粉的粉尘、质量百分数为16％的农作物秸秆粉、质量百分数为3％的附加材料，质量百分数为4％的粘结剂与质量百分数为6％的水。
发热保温冒口套的配方二为：
质量百分数为0的耐火骨架材料、质量百分数为10％的含砂粉尘、质量百分数为3％的铝粉和/或铝-镁合金粉、质量百分数为6％的氧化铁粉、质量百分数为10％的含氧化铁粉尘、质量百分数为0％的空心漂珠、质量百分数为25％的具有保温性能的铸造粉尘、质量百分数为8％的含失效树脂和/或煤粉的粉尘、质量百分数为25％的农作物秸秆粉、质量百分数为3％的附加材料，质量百分数为4％的粘结剂与质量百分数为6％的水。
制备方法包括以下步骤：
步骤s1：制备粘结剂备用，在本实施例中，将膨润土和水按1:1配比称重混合，密封静置引发24h。
步骤s2：制备发热保温冒口套浆料，在本实施例中，将10份再生砂粉尘、10份清理车间粉尘、14份熔炼车间粉尘、9份铝粉、18份氧化铁粉、2份al-mg合金粉、3份空心漂珠、10份秸秆粉、8份硅砂干混2min，再加入8份预制的膨润土膏混6min，最后加入适量的水，湿混3min，得浆料。
步骤s3：通过冒口套成型工艺制成冒口套，冒口套成型工艺可以采用模具成型工艺、气囊成型工艺、真空吸附成型工艺、离心成型工艺、或滚压成型工艺。
模具成型工艺：将发热保温材料和粘结剂等混合在一起，直接填入带有芯子的模具中成型。
真空吸附成型工艺：将发热保温材料和粘结剂等混合成浆料，利用真空吸附成型。现在已有商业化设备。
离心成型工艺：由于发热保温冒口套一般为壳套结构，所以本发明利用离心力，使浆料一层层粘结成壳。该方法还可实现不同层用不同的浆料(不同材料)，达到保证质量效果，同时节省价格高的材料。
滚压成型工艺：本发明使用滚压筒和滚压轮来对混合好的材料进行滚压成型。该方法可以省去砂芯。
气囊成型工艺：本发明用气囊作砂芯，成型完成后，放气取出气囊而成型。这样除了可生产普通的圆柱形冒口套，而且还能方便地生产倒圆台形、封闭式球形冒口套等。
步骤s4：对发热保温冒口套进行烘干，本发明采用秸秆预制煤或秸秆预制生物燃料，通过连续式缓慢加热烘干工艺，将制成的冒口套在180-230℃的干燥窑中烘干4-5h，出窑。
本发明在上述的发热保温冒口套的基础上还发明了一种自生压发热保温套，在上述发热保温冒口套的材料中增加自发气材料，在燃烧时放出气体，形成冒口套内的自生压力，进一步增强补缩效果。
本发明的自发气材料主要为超压缩农作物秸秆块和贝壳类粉。农作物秸秆在浇入金属液后会燃烧，不仅会产生热量起发热剂作用，而且还会产生大量烟气，使冒口套内压力增高，另外，燃烧后的草木灰还是良好的保温材料；贝壳主要物质为caco3，在高温会分解成cao和co2，cao既是耐火材料也是保温材料，贝壳中的杂质燃烧产生的烟气和co2气体同样会使冒口套内压力增高，从而实现自生压作用，起到压力冒口的作用。另，需加入发热剂和粘结剂，发热剂可以为铝粉和/或铝-镁合金粉、氧化铁粉等，粘结剂可以为水玻璃或树脂或膨润土或α-淀粉或糊精中的一种或多种混合构成。
本发明的生压块，主要是由质量分数为10％～20％的超压缩农作物秸秆粒、质量分数为50％～75％的贝壳类粉、质量分数为0～5％的铝粉(粒径1～2mm)、质量分数为0～15％的氧化铁粉(粒径1.5～2mm)、质量分数为0～5％的铝-镁合金粉(粒径1.5～2mm)和质量分数为4％～8％的糊精溶液混合后经压结所成的块体。
生压块按质量百分数配比的配方：超压缩农作物秸秆粒10％；贝壳类粉55％；铝粉(粒径1～2mm)5％；氧化铁(粒径1.5～2mm)20％；al-mg合金粉(粒径1.5～2mm)5％；糊精溶液5％。
生压块的制造方法包括以下步骤：
s1：采用专用设备制得超压缩农作物秸秆粒；专业设备可以为专业模具，其上具有一定形状和大小的块粒状模型，农作物秸秆粉经压缩即可制得超压缩农作物秸秆粒。
s2：将超压缩农作物秸秆粒、贝壳类粉、al粉、氧化铁粉、铝-镁合金粉和粘结剂溶液按一定比例混合，压结为块体。
根据需要在发热保温冒口套上预留放置生压块的空间，将生压块和发热保温冒口套组合在一起，构成自生压发热保温冒口套。
发热保温冒口套可以采用本发明前部分的配方及制造方法获得，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。