CN104525849A - 一种潮型铸造型砂环保材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造工业领域，特别公开了一种潮型铸造型砂环保材料及其制备方法。该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量百分比的原料制成：钠基膨润土60-68％、α–淀粉5-9％、合脂油3-5％、豆粕粉4-8％和碳粉17-21％。本发明潮型铸造型砂环保材料，能提高型砂的湿压强度和热湿拉强度，显著改善铸件表面的粘砂、夹砂、气孔等缺陷，提高铸件表面的光洁度，降低铸件清理及其后处理工序的费用。使用时不需要再加入新砂就能使型砂性能得到改善，并且加入本发明潮型铸造型砂环保材料的型砂能抵抗高温铁水反复热冲击对型砂造成的损坏，使旧砂的回用率提高，减少废砂排放，显著降低生产成本，在铸造过程中不会产生有毒、有污染的气体，有利于人们的健康和环境保护。
Description
(一)技术领域
本发明属于铸造工业领域，特别涉及一种潮型铸造型砂环保材料及其制备方法。
(二)背景技术
铸造生产中最普遍使用的铸型为砂型，砂型铸造生产的铸件占总铸件的80％以上。砂型铸造中型砂造型、制芯的费用占铸造生产总成本的1/2左右，铸件清理及其后处理工序的费用占铸造生产总成本的1/4左右，而铸件清理及其后处理工序费用的70％与型砂质量有密切的关系。型砂经高温铁水的反复热冲击会出现热湿拉强度下降、原砂变脆、冲砂等现象，所以铸件时需要定期淘汰部分旧砂并增加部分新砂并来改善型砂的性能。据统计，每生产一吨合格铸件约产生一吨废砂，而废砂大量排放到环境中既造成有限砂资源的浪费，还污染环境。因此，造型材料的质量好坏不仅与铸件的质量、生产成本有关，还与铸造生产的能源消耗以及环境污染密切相关。
目前，铸造厂使用的普通型砂是通过在旧砂中添加一部分新砂，然后与膨润土、煤粉混制而成，直接使用膨润土、煤粉与原砂配制的型砂强度低、韧性差，并且新砂、膨润土和煤粉的加入量大，旧砂回用率低，废砂排放量大，导致铸造生产成本较高。此外，煤粉在型砂配置、输送以及浇注落砂、回砂过程中，存在诸多不利影响，具体体现为：煤粉在循环使用时，灰分含量增加很快，需要向旧砂中补充大量的新砂才能维持型砂性能，增加了铸件的成本；煤粉是黑色粉状物，质量稳定性差，易扬尘，导致整个生产过程都是尘埃飞扬，严重恶化了劳动条件和环境卫生；煤粉易自然，在浇注时会发出难闻的气味，冒出大量浓烟，烟气中含有有毒气体，对人体的危害很大。因此，如何提高型砂性能、减少废砂排放、减少有限砂资源开发以实现降低生产成本、降低砂型铸造过程中的环境污染是砂型铸造行业亟待解决的问题。
(三)发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能提高型砂强度、增加型砂韧性、提高铸件表面光洁度、抵抗高温铁水反复热冲击对型砂造成的损坏、提高旧砂回用率、降低生产成本、节能环保的潮型铸造型砂环保材料及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种潮型铸造型砂环保材料，由以下重量百分比的原料制成：钠基膨润土60-68％、α–淀粉5-9％、合脂油3-5％、豆粕粉4-8％和碳粉17-21％。
所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
该潮型铸造型砂环保材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将豆粕加热至110℃烘干后粉碎，加工成粉状，制得豆粕粉，备用；
2)将玉米粒脱皮后经膨化机膨化处理，将膨化后的玉米粒粉碎制得α–淀粉，备用；
3)将步骤1)制得的豆粕粉、步骤2)制得的α–淀粉与碳粉、钠基膨润土混合，充分搅拌均匀；
4)将合脂油采用高压喷雾的方式喷到步骤3)制得的混合物上，不停搅拌至合脂油均匀分散于混合物中，即制得该潮型铸造型砂环保材料。
所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
使用方法：向旧砂中加入旧砂重量0.6-1.2％的本发明潮型铸造型砂环保材料，按工艺要求加入一定量的水混制即可制得含有本发明潮型铸造型砂环保材料的型砂。
本发明潮型铸造型砂环保材料所含钠基膨润土具有非常高的湿态粘结力和可塑性，热稳定性好，热湿拉强度和干压强度高；α–淀粉在较低受热温度下不完全燃烧能产生还原性气体防止铁水被氧化，并且还会在原砂砂粒表面沉积一种非晶形碳，起到阻碍铁液润湿和渗透的作用，具有良好的抗粘砂、抗夹砂效果；合脂油中的溶剂油含量少、发气量少，含有合脂油的型砂流动性好，不粘芯盒，强度高，溃散性好，可减少型砂受热产生的蠕变，使铸件尺寸准确；并且合脂油不含苯酚、甲醛，气味小，安全环保；豆粕粉中的油脂可以形成光亮碳和碳黑，所含较多的蛋白质、淀粉和纤维素在浇注时还可以燃烧生成碳黑并释放出还原性气体；光亮碳和碳黑包覆在原砂表面，能保护原砂不被铁水润湿，从而阻止铁水侵入原砂缝隙，具有抗粘砂、抗夹砂的作用；燃烧释放出的还原性气体能防止铁水被氧化，并使铁水表面的氧化铁还原，减少金属氧化物和型砂进行化学反应的可能性；此外，豆粕粉在浇注过程中受热不产生有毒气体和浓烟，安全环保；碳粉耐高温，所含固定碳能使型砂不被金属和金属氧化物润湿，防止金属液浸入型砂，具有抗粘砂的作用。
本发明潮型铸造型砂环保材料制备简单，组方合理，以钠基膨润土为主体，加入α–淀粉、合脂油、豆粕粉和碳粉制成，各原料合理搭配，能提高型砂的湿压强度和热湿拉强度，增加型砂韧性，提高型砂的抗夹砂和抗冲砂能力，改善型砂的起模性，降低型砂对水分的敏感度，提高型砂的抗风干能力，提高型砂的落砂性能，从而显著改善铸件表面的粘砂、夹砂、气孔等缺陷，提高铸件表面的光洁度，降低铸件清理及其后处理工序的费用。使用时直接添加到旧砂中，不需要再加入新砂就能使型砂性能得到改善，并且加入本发明潮型铸造型砂环保材料的型砂能抵抗高温铁水反复热冲击对型砂造成的损坏，使旧砂的回用率提高，从而减少废砂排放，使砂资源得到充分利用，显著降低生产成本。本发明潮型铸造型砂环保材料中不添加煤粉，无黑色粉状物，在铸造过程中不会产生有毒、有污染的气体，能保持车间干净，绿色环保，有利于人们的健康和环境保护。
(四)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此，实施例中的制备方法均为常规制备方法，不再详述。
实施例1：
该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量的原料制成：钠基膨润土6500千克、α–淀粉800千克、合脂油300千克、豆粕粉600千克和碳粉1800千克。
所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
该潮型铸造型砂环保材料的制备方法，采用如下步骤：
1)将豆粕加热至110℃烘干后粉碎，加工成粉状，制得豆粕粉，备用；
2)将玉米粒脱皮后经膨化机膨化处理，将膨化后的玉米粒粉碎制得α–淀粉，备用；
3)将步骤1)制得的豆粕粉、步骤2)制得的α–淀粉与碳粉、钠基膨润土混合，充分搅拌均匀；
4)将合脂油采用高压喷雾(高压喷雾的压力为0.5-0.6MPa)的方式喷到步骤3)制得的混合物上，不停搅拌至合脂油均匀分散于混合物中，即制得该潮型铸造型砂环保材料。
所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
使用方法：向旧砂中加入旧砂重量0.6-1.2％的本发明潮型铸造型砂环保材料，按工艺要求加入一定量的水混制即可制得含有本发明潮型铸造型砂环保材料的型砂。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于：该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量的原料制成：钠基膨润土6000千克、α–淀粉900千克、合脂油500千克、豆粕粉500千克和碳粉2100千克。
实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于：该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量的原料制成：钠基膨润土6800千克、α–淀粉700千克、合脂油400千克、豆粕粉400千克和碳粉1700千克。
实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处在于：该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量的原料制成：钠基膨润土6200千克、α–淀粉600千克、合脂油450千克、豆粕粉700千克和碳粉2050千克。
实施例5：
本实施例与实施例1的不同之处在于：该潮型铸造型砂环保材料，由以下重量的原料制成：钠基膨润土6400千克、α–淀粉500千克、合脂油350千克、豆粕粉800千克和碳粉1950千克。
实施例1-5中所用钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所用α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所用豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所用碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔；上述钠基膨润土、合脂油、豆粕和碳粉均为市售产品。
试验例：
为了验证本发明潮型铸造型砂环保材料的使用效果，本发明人在山东某铸造厂使用本发明潮型铸造型砂环保材料制备型砂并使用所制备的型砂进行铸件试验。
按照下表1各成分配比采用常规方法制备本发明试验组型砂和对照组型砂。
表1本发明试验组型砂和对照组型砂成分及配比
检验本发明试验组型砂和对照组型砂的性能参数，记录如下表2：
表2本发明试验组型砂和对照组型砂性能检测数据
从表1中数据可以看到，与对照组型砂相比，本发明试验组型砂中不需要加入新砂，可节约新砂加入量5％，节约添加剂加入量0.2％，相当于废砂、粉尘排放减少5.2％。从表2中数据可以看到，本发明试验组型砂的各项性能指数优异，综合性能高于对照组型砂。
使用对照组型砂与本发明试验组型砂在该铸造厂的车间进行6个月的铸件试验，与对照组型砂相比，使用本发明试验组型砂所制得铸件表面光洁，铸件表面粗糙度达到Ra25等级，铸件成品率提高4％，废品率仅为2.1％，其中砂眼废品不到0.5％。同时，废砂及粉尘排放大大减少，达到节能减排、绿色环保的要求。
Claims (4)
1.一种潮型铸造型砂环保材料，其特征是：由以下重量百分比的原料制成：钠基膨润土60-68％、α–淀粉5-9％、合脂油3-5％、豆粕粉4-8％和碳粉17-21％。
2.根据权利要求1所述的潮型铸造型砂环保材料，其特征是：所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
3.一种如权利要求1所述的潮型铸造型砂环保材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
1)将豆粕加热至110℃烘干后粉碎，加工成粉状，制得豆粕粉，备用；
2)将玉米粒脱皮后经膨化机膨化处理，将膨化后的玉米粒粉碎制得α–淀粉，备用；
3)将步骤1)制得的豆粕粉、步骤2)制得的α–淀粉与碳粉、钠基膨润土混合，充分搅拌均匀；
4)将合脂油采用高压喷雾的方式喷到步骤3)制得的混合物上，不停搅拌至合脂油均匀分散于混合物中，即制得该潮型铸造型砂环保材料。
4.根据权利要求3所述的潮型铸造型砂环保材料的制备方法，其特征是：所述钠基膨润土重量的95％以上通过200目筛孔；所述α–淀粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述豆粕粉由豆粕粉碎加工而成，豆粕粉重量的95％以上通过140目筛孔；所述碳粉固定碳含量占70％以上，碳粉重量的95％以上通过140目筛孔。
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