CN102357647B - 铸造用镁质砂及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铸造用环保镁质砂及其制备工艺，所述镁质砂以无毒、不污染环境、浇注过程中不燃烧分解的无机镁质材料作为铸造型砂粘结剂，配以改性剂、附加物和原砂等以特定的工艺制备而成。所述镁质砂在混制、造型、浇注过程中，均不会产生有害物质，生态环保；其原材料来源丰富，价格低廉；所述镁质砂为自硬化材料，无需加热和再加固化剂，工艺简单、成本低、生产效率高；制得砂型(芯)强度高，发气性小，并具有良好的成型性、透气性、溃散性，在金属液浇注过程中不发气，避免气孔等铸件缺陷产生，铸件质量明显提高。本发明应用范围广，既适用于传统的砂型重力铸造，亦适用于失蜡铸造、消失模铸造及壳型铸造等特种铸造。

Description

铸造用镁质砂及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种铸造用环保生态造型材料，尤其涉及一种镁质砂及其制备工艺。
背景技术
造型材料是铸造生产中造型、制芯用的原辅材料，直接影响铸造生产：由于造型材料直接受高温金属熔体的多种作用，它们自身的物理化学变化和与金属熔体的多种反应，将会影响到铸件的尺寸精度；铸造生产中的造型材料为消耗性材料，对铸件质量及成品率有较大影响（70%的铸造缺陷都与造型材料有关）因此高质量、合适的造型材料对降低铸件的生产成本意义重大；大多数造型材料又含有一定的有毒的化学物质，对人体和环境带来了危害和污染，对铸造业竞争力形成严峻考验。为适应“绿色铸造”要求，造型材料产品的开发应在生产、使用、回收、废弃处理等环节都应符合环境保护要求，并最大限度的利用天然资源和节约能源，以实现可持续发展。
自硬砂因其强度高，溃散性较好，无需烘干、工艺过程简单等得到广泛的应用。目前，常用的自硬砂粘结剂均为有机粘结剂，其中以呋喃树脂的用量为最大。
首先树脂制造、使用过程及产物均对环境有很大影响，其不完全燃烧和热分解易于释放二噁英、呋喃和苯并吡等“环境激素”，严重损害人类和高级动物的内分泌和生殖系统，具有致癌性。其次有机树脂在铸件质量控制上有局限性：高温下树脂燃烧，砂型表面留下孔洞或凹坑，金属液侵入，易形成粘砂；退让性差，铸件易产生应力和裂纹；轻合金热容量小，砂表面的树脂膜仍然紧裹在砂粒表面，型砂难以溃散等。最后这些树脂多属石油化工产品或其衍生物，属不可再生资源。
发明内容
鉴于现有技术的需要，本发明旨在顺应绿色铸造的发展趋势，公开一种铸造用镁质砂及其制备工艺，将无毒、不污染环境、浇注过程中不燃烧分解的无机镁质材料（5Mg(OH)2·MgC12·8H2O）作为铸造用粘结剂，再配以改性剂、附加物和原砂等，以一定的制备工艺制得强度高，成型性、透气性、溃散性等主要性能良好的砂型（芯）的新型环保镁质砂。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种铸造用镁质砂，主要由粘结剂、改性剂及原砂组成，其特征在于：
所述粘结剂为镁质无机高分子胶凝材料，结构式为5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O，其中的Mg(OH)2、MgCl2和H2O均非游离存在；
所述改性剂采用菱镁改性剂7#；
所述镁质砂造型、自硬化后的砂样性能如下：
48h常温抗压强度：2-4.5MPa，
湿透气性：>120～130，
发气量：<10ml/g，
表面稳定性：>90%。
进一步，所述镁质砂还包括木屑、锯末、秸秆粉、稻壳粉中的一种或几种附加物。
所述的镁质砂的制备工艺，包括如下步骤：
（1）制备氯化镁水溶液，在10-30℃，其波美度控制为20-30；
（2）将菱镁改性剂7#加入制备好的氯化镁水溶液中，搅拌均匀，所述改性剂的加入量为氧化镁用量的0.1～2.0wt%；
（3）将氧化镁粉和原砂按质量配比100:(600～5000)进行干混2-3min；
（4）将步骤（2）所得溶液加入步骤（3）所得混合物中，湿混3-5min，出砂即得所述镁质砂；其中，氧化镁粉与氯化镁水溶液的的质量配比为：100:(50～80)。
同样的，在步骤（3）中，还可加入附加物，所述附加物为木屑、锯末、秸秆粉、稻壳粉中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明将无毒、不污染环境、浇注过程中不燃烧分解的无机镁质材料（5Mg(OH)2·MgC12·8H2O）作为铸造用粘结剂，以特定的制备工艺制备新型环保镁质砂，所述镁质砂在混制、造型、浇注过程中，均不会产生有害物质，生态环保；其原材料来源丰富，价格低廉；所述镁质砂为自硬化材料，无需加热和再加固化剂，工艺简单、成本低、生产效率高；制得砂型（芯）强度高，发气性小，并具有良好的成型性、透气性、溃散性，在金属液浇注过程中不发气，避免气孔等铸件缺陷产生，铸件质量明显提高。有着广泛的应用范围：既适用于传统的砂型重力铸造过程，亦适用于失蜡铸造、消失模铸造及壳型铸造等特种铸造过程。
具体实施方式
实施例1
壳型铸造案例
将氯化镁与水制成比重为26的氯化镁水溶液，将占氧化镁粉1%的改性剂加入制备好的氯化镁水溶液中，搅拌均匀。将原砂和氧化镁粉按比例20:1干混2-3min。加入到所制的氯化镁溶液，湿混3-5min，出砂即得所述镁质砂。再在型板上涂敷分型剂，采用镁质砂以平均压力获得紧实度较为一致的型壳，然后去除多余的镁质砂，在室温下硬化结壳。干燥完全后即可脱壳浇注。
所述镁质砂造型、自硬化后，测得砂样的性能如下：
常温抗压强度：2.218MPa（48h）
湿透气性：125.5
发气量：2.1ml/g
表面稳定性：99.25%
实施例2
失蜡铸造案例1
在配制的氯化镁的水溶液中加入改性剂混合均匀，氧化镁和氯化镁水溶液按比例3:2混合，调整到所需适合的粘度，制壳工艺过程中，面层材料采用氯氧镁胶凝材料，撒80～100目的锆英纱，加固层涂料采用氯氧镁胶凝材料，撒30～60目的莫来石砂，末层采用氯氧镁胶凝材料，撒颗粒的莫来石砂，在干燥过程中控制温度，相对湿度及空气流速，采用蒸汽脱蜡，对型壳进行焙烧取出方可浇注。
失蜡铸造案例2
取煤矸石粉和硅溶胶按比例2:1混合，在配制的氯化镁的水溶液中加入改性剂混合均匀，氧化镁和氯化镁水溶液按比例3:2混合，调整到所需适合的粘度，制壳工艺过程中，面层材料采用硅溶胶和煤矸石粉，撒80～100目的锆英纱，加固层涂料采用氯氧镁胶凝材料，撒30～60目的莫来石砂，末层采用硅溶胶和耐火涂料，撒颗粒的莫来石砂，在干燥过程中控制温度，相对湿度及空气流速，采用蒸汽脱蜡，对型壳进行焙烧取出方可浇注。
失蜡铸造案例3
取煤矸石粉和硅溶胶按比例2:1混合，在配制的氯化镁的水溶液中加入改性剂混合均匀，氧化镁和氯化镁水溶液按比例3:2混合，调整到所需适合的粘度，制壳工艺过程中，面层材料采用煤矸石粉、滑石粉和硅溶胶按比例4:1:3混合的涂料，撒80～100目的锆英纱，加固层涂料采用氯氧镁胶凝材料，撒30～60目的莫来石砂，末层采用硅溶胶和耐火涂料，撒颗粒的莫来石砂，在干燥过程中控制温度，相对湿度及空气流速，采用蒸汽脱蜡，对型壳进行焙烧取出方可浇注。
以上所述，仅为本发明涉及新型环保镁质材料较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，比如，镁质材料在铸造行业领域的应用亦属保护之列。任何熟悉本技术领域的技术人员在发明所披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及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。

Claims (4)

1.一种铸造用镁质砂，由粘结剂、改性剂及原砂组成，其特征在于：
所述粘结剂为镁质无机高分子胶凝材料，结构式为5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O，其中的Mg(OH)2、MgCl2和H2O均非游离存在；
所述改性剂采用菱镁改性剂7#；
所述镁质砂造型、自硬化后的砂样性能如下：
48h常温抗压强度：2-4.5MPa，
湿透气性：>120～130，
发气量：<10ml/g，
表面稳定性：>90%。
2.如权利要求1所述的镁质砂，其特征在于：
还包括附加物，所述附加物为木屑、锯末、秸秆粉、稻壳粉中的一种或几种。
3.一种如权利要求1所述的镁质砂的制备工艺，包括如下步骤：
（1）制备氯化镁水溶液，在10-30℃，其波美度控制为20-30；
（2）将菱镁改性剂7#加入制备好的氯化镁水溶液中，搅拌均匀，所述改性剂的加入量为氧化镁用量的0.1～2.0wt%；
（3）将氧化镁粉和原砂按质量配比100:(600～5000)进行干混2-3min；
（4）将步骤（2）所得溶液加入步骤（3）所得混合物中，湿混3-5min，出砂即得所述镁质砂；其中，氧化镁粉与氯化镁水溶液的的质量配比为：100:(50～80)。
4.如权利要求3所述的镁质砂的制备工艺，其特征在于：
步骤（3）中，还加入了附加物，所述附加物为木屑、锯末、秸秆粉、稻壳粉中的一种或几种。
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