CN105344919A - 一种铸造用陶粒砂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铸造用陶粒砂。其中陶粒砂成分包括二氧化硅，且以所述陶粒砂的重量为100％计，所述二氧化硅的重量含量为55wt％以上。本发明所提供的铸造用陶粒砂，其三氧化二铝的含量和耐火度明显低于现有技术中所采用的陶粒砂，其可以采用无铝或低铝矿产作为原材料，大大降低生产成本，合理利用矿产资源；再者，通过选用无铝或低铝矿产作为原材料，使得本发明铸造用陶粒砂半成品烧结时采用较低温度即可制备，进而能够节约能源。

Description

一种铸造用陶粒砂
技术领域
本发明涉及铸造材料领域，具体涉及一种铸造陶粒砂。
背景技术
陶粒砂又名宝珠砂，是石英砂的高级替代品。陶粒砂因其能够克服石英砂膨胀系数大、铸件精度低、表面粘砂严重和清砂困难的缺点，大大提高铸件的质量而受到了广泛关注。
目前铸造用陶粒砂主要是用高铝矿石为原料，主要有两种制备方法，一种是通过将原料高温熔融，经喷吹雾化形成颗粒，筛分后得到各种粒度的陶粒砂；另外一种是通过机械造粒，烧结、筛分，得到陶粒砂。
CN1899722A公开了一种新型人造铸造砂及其制备方法，其中人造铸造砂是以三氧化二铝含量45～90％的铝矾土矿石为原料，电熔成液态后，经过70～85m/s的空气压，利用强风将液体原料破碎冷却后，得到形状为球形或类球形的砂粒，经筛分后得到人造陶粒砂。
CN104030708A公开了一种精密铸造用砂及其制备方法，其中精密铸造用砂以铝土矿79～95％、粘土3～20％、锰矿石0.5～5％、赤铁矿0.2～1％混合后，经造粒、干燥、烧结制得。
CN103212665A公开了一种人造陶粒砂，包含质量百分比为70％-85％的Al2O3，8％-12％的硅，2％的Fe2O3，余量为杂质。
现有的这些陶粒砂虽然能够克服石英砂所存在的缺点，提高铸件的质量，然而其普遍采用三氧化二铝含量较高的铝土矿为主要原材料，生产工艺大多采用电熔或者高温窑炉烧结的方式，存在优质高铝矿资源消耗较大、能耗较高的问题。
发明内容
本发明的技术目的就在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种资源和能源消耗较小的铸造用陶粒砂。
为达到本发明的技术目的，提供了一种铸造用陶粒砂，该陶粒砂采用耐火材料经过混合、造粒、烧结得到，且包含二氧化硅，且以陶粒砂的重量为100％计，所述二氧化硅的重量含量为不低于55wt％。
在优选的实施方式中，陶粒砂，其特征在于，包括三氧化二铝和二氧化硅，且以所述陶粒砂的重量为100％计，三氧化二铝的重量含量为5wt％～44.5wt％，二氧化硅的重量含量为55wt％～94.5wt％和余量的其他物质，这其他物质可以天然矿石中含有的少量杂质，也可以是为了提高性能而引入的功能性成分。所述其他物质的含量通常不低于0.5％，不高于10％。
在本发明的另一种优选实施方式中，二氧化硅的重量含量不低于90wt％。
本发明所提供的铸造用陶粒砂，其三氧化二铝的含量明显低于现有技术中所采用的陶粒砂，其可以采用无铝或低铝矿作为原材料，大大降低生产成本，合理利用矿产资源。其次，通过选用无铝或低铝矿产作为原材料，使得本发明铸造用陶粒砂半成品烧结时采用较低温度即可制备，进而能够节约能源。
本发明提供的陶粒砂耐火度较普通陶粒砂要低，适用于浇注温度低于1600℃的铸件造型。另外，本发明所提供的这种铸造用陶粒砂通过引入氧化钾、氧化锂、氧化硼中的一种或几种，还能够进一步降低陶粒砂的热膨胀系数，提高陶粒砂的强度。
本发明提供的陶粒砂的堆积密度比普通陶粒砂低，堆积密度可以在1.0～1.8g/cm3之间，热容量小，在浇注过程中不容易使局部凝固过快，可在一定程度上减少铸件缺陷。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
正如本发明背景技术部分所指出的，在现有技术中陶粒砂普遍采用三氧化二铝含量较高的铝土矿为主要原材料，当这种陶粒砂用于浇注温度低于1600℃、例如1000℃左右的铸件生产时，这就造成了高铝矿产资源和能源浪费的技术问题。
为了解决这一技术问题，本发明的发明人提供了一种以无铝或低铝矿产作为原材料的铸造用陶粒砂，该铸造用陶粒砂包括二氧化硅，且以所述陶粒砂的重量为100％计，所述二氧化硅的重量含量不低于55wt％。本发明中，陶粒砂中三氧化二铝的含量不高于45％，例如可以为30～44％之间的任一整数，也可以低于30％，但是，在本发明的一种优选方案中，陶粒砂中三氧化二铝的含量不低于5％，更优选不低于15％，更优选不低于25％。因为适当的三氧化二铝含量可以适当确保陶粒砂的强度和耐火度；在本发明的另一种优选方案中，陶粒砂中二氧化硅的含量不低于90％。
本发明中，三氧化二铝的来源可以是低铝含量的铝矿石，例如高岭土、焦宝石，二氧化硅的来源可以是低铝矿石、硅微粉、硅砂等。
优选地，在上述陶粒砂中还包括氧化钾、氧化锂和氧化硼中的一种或多种，且以所述陶粒砂的重量为100％计，所述氧化钾、氧化锂或者氧化硼的重量含量为0.5wt％～10wt％。在本发明中上述铸造用陶粒砂通过引入氧化锂、氧化钾或氧化硼，能够获得更小的热膨胀系数。可以提供这些元素的原料包括钾长石、明矾石、霞石、含钾砂页岩、锂辉石、透锂长石和锂云母、硼酸盐矿和硼酸。这些元素还可以通过其他工业合成品引入，当然从成本角度，它不是优选的。
在本发明的一种优选实施方式中，上述陶粒砂按照重量百分含量计包括：25wt％～40wt％的三氧化二铝，55wt％～75wt％的二氧化硅，0.5wt％～10wt％的氧化钾、氧化锂和氧化硼中的一种或者多种。虽然本发明中仅仅提及了上述成分，但是容易理解，陶粒砂中含有少量其他的金属元素也是允许，但是在通常情况下，这些其他金属元素不宜超过10％的量，优选其氧化物的量不超过10％。这些金属元素可以以氧化物、硅酸盐、硼酸盐形式引入，例如以天然矿物中的形式引入。
本发明所提供的铸造用陶粒砂，其三氧化二铝的含量明显低于现有技术中所采用的陶粒砂，其可以采用无铝或低铝矿产作为原材料，大大降低生产成本，合理利用矿产资源。而且，通过选用无铝或低铝矿产作为原材料，使得本发明铸造用陶粒砂半成品烧结时采用较低温度即可制备，进而能够节约能源。
制备本发明的陶粒砂的方法通常包括配料、球磨、造粒、烧结等步骤。配料是将各类矿山用破碎机破碎成颗粒，粒径优选在8mm以下，然后用球磨机粉磨，粉磨后用喷吹设备对浆料进行压缩空气喷吹雾化，制成球状颗粒，最后经过干燥、烧结。
以下将结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
铸造用陶粒砂的制备方法，包括以下步骤：
a)按下述配料：块状低铝矿石240kg(其中三氧化二铝含量为30～50％)、钾长石45kg(氧化钾含量8～15％)、CMC0.9公斤、水2.0kg加入球磨罐中，加入研磨球，球磨5小时，制得浆料，出料并置于容器内；
b)浆料在容器内，经管道流出后由压力为0.8MPa的压缩空气喷吹雾化，调整烘干温度200℃，干燥成球状颗粒；
c)用10～150目标准筛筛分，得到各种目数的半成品；
d)半成品在电窑1200℃烧结，得到各种目数的成品。
铸造用陶粒砂：将通过上述步骤制备的铸造用陶粒砂通过化学滴定的方法检测其成分，经检查，上述铸造用陶粒砂按照重量百分含量计包括：39.8wt％的三氧化二铝、54.9wt％的二氧化硅、1.8wt％的氧化钾。上述铸造用陶粒砂堆积密度为1.3g/cm3，1000℃热膨胀系数为4.4×10-6/℃。
实施例2
铸造用陶粒砂的制备方法：参照实施例1，区别在于，在步骤a)中使用锂辉石(氧化锂含量5～12％)代替钾长石。
铸造用陶粒砂：将通过上述步骤制备的铸造用陶粒砂通过化学滴定的方法检测其成分，经检查，上述铸造用陶粒砂按照重量百分含量计包括：37.9wt％的三氧化二铝、54.7wt％的二氧化硅、1.4wt％的氧化锂，上述铸造用陶粒砂堆积密度为1.3g/cm3，1000℃热膨胀系数为4.5×10-6/℃。
实施例3
铸造用陶粒砂的制备方法：参照实施例1，区别在于，在步骤a)中使用150目硅砂(二氧化硅含量95％以上)代替低铝矿石和钾长石，烧结温度1100℃。
铸造用陶粒砂：将通过上述步骤制备的铸造用陶粒砂通过化学法检测其成分，经检查，上述铸造用陶粒砂按照重量百分含量计包括：98.8wt％的二氧化硅、1.2wt％的杂质(钾钠钙镁的氧化物)，上述铸造用陶粒砂堆积密度为1.15g/cm3。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铸造用陶粒砂，其特征在于，所述陶粒砂采用耐火材料经过混合、造粒、烧结得到，且以陶粒砂重量为100％计，所述二氧化硅的重量含量不低于55wt％。
2.根据权利要求1所述的陶粒砂，其特征在于，以陶粒砂的重量为100％计，包含5wt％～44.5wt％的三氧化二铝、55wt％～94.5wt％的二氧化硅和余量的其他物质。
3.根据权利要求1所述的陶粒砂，其特征在于，三氧化二铝的重量含量为25wt％～40wt％，二氧化硅的重量含量为55wt％～75wt％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的陶粒砂，其特征在于，所述其他物质包含氧化钾、氧化锂和氧化硼中的一种或多种，且以所述陶粒砂的重量为100％计，所述氧化钾、氧化锂或者氧化硼的重量含量为0.5wt％～10wt％。
5.根据权利要求1所述的陶粒砂，其特征在于，堆积密度为1.0～1.8g/cm3。
6.根据权利要求1所述的陶粒砂，其特征在于，耐火度小于1600℃。
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