CN106862479B - 宝珠砂的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宝珠砂的生产方法，包括选择三氧化二铝质量分数在60％以上的铝矿；将所述铝矿加入到电弧炉中，将铝矿加热到2000摄氏度以上熔融；对电弧炉中流出的熔融液体施加空气压，将液体原料破碎冷却，得到粗宝珠砂；根据粒径对粗宝珠砂进行筛分得到宝珠砂产品。本发明方法得到的宝珠砂耐火温度大于1800摄氏度；外形近乎球状，有很好的流动性和填充性能，不但经济且浇注后铸型也不易破坏；可以防止由于型砂膨胀而产生的铸造缺陷，可以提高复杂铸件的尺寸精度；具有高强度、低破损的性质，回收再利用率高，且粉尘量很小；与铬铁矿砂、锆英砂相比，价格便宜。

Description

宝珠砂的生产方法

技术领域

本发明涉及铸造砂，具体涉及宝珠砂的生产方法。

背景技术

铸造在中国是一种古老传统的制造业，一直是一个严重污染环境的部门，也已在民间形成了不良的口碑。在铸造生产中，材料和能源的投入占到产值的55％-70％。我国铸造行业每年的排污物总量为：废渣300万吨、废砂1650万吨和废气110亿立方米。目前大量使用的人造铸造砂主要产自于天然的硅砂或人工破碎的硅砂，它们在造型浇注过程中受热容易破碎，成为垃圾、污染环境，危害生产工人的健康(二氧化硅粉尘容易产生硅肺病)，对于砂型铸造来讲，没生产一吨铸件，大约生产1.3-1.5吨的废砂。因此，研究一种能够改善铸件质量并减少环境的污染，改善产业工人的劳动环境的铸造材料已经变得十分重要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宝珠砂的生产方法，解决现有技术铸造砂对环境污染大、受热容易破碎的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种宝珠砂的生产方法，包括选料、高温熔融、造粒、筛分，其中，

选料：选择三氧化二铝质量分数在60％以上的铝矿；

高温熔融：将所述铝矿加入到电弧炉中，将铝矿加热到2000摄氏度以上熔融；

造粒：对电弧炉中流出的熔融液体施加空气压，将液体原料破碎冷却，得到粗宝珠砂；

筛分：根据粒径对粗宝珠砂进行筛分得到宝珠砂产品。

通过控制空气压，利用强风将液体原料破碎、冷却后，得到球形或接近球形、表面光滑的沙粒。

作为优选的，所述电弧炉以三相交流电为电源，电弧炉的炉腔顶部开口，底端侧壁上设有出液口，炉腔内有三个穿过炉腔侧壁且竖直设置的电极，所述电极均与电源电连接，相比于传统水平设置的电极加热的体积更大，有利于炉腔内的物料充分混合，得到的宝珠砂产品各理化性质更均一，受各批次铝矿原料成分的差异影响较小。

作为优选的，三个所述电极在水平面上的投影呈三角形，电极顶端位于炉腔高度的1/2-2/3处、底端高于炉腔底部。电极位于炉腔液面以下，将融融的铝矿加热，炉腔上部有缸进入吕强的固体铝矿，可以进行预热。

作为优选的，所述炉腔的侧壁和底面均设有用于承载冷却水的夹层，所述夹层底端设有冷却水入口，顶端设有冷却水出口。由于炉腔需要长时间的处于高温状态，会大大缩减电弧炉的寿命，因此在炉腔的周围设有夹层为电弧炉降温，降低高温对电弧炉的损害，延长电弧炉的寿命。

作为优选的，所述冷却水入口处设有压力控制装置，通过控制冷却水的压力控制冷却水的循环速度，从而控制电弧炉侧壁和底面的降温速度。

作为优选的，所述电极为石墨电极并与电极进给装置相连。由于电极在使用过程中会有一定的损耗，因此需要一个电极进给装置不断地将电极深入液面。

作为优选的，所述电极进给装置包括密封板和进给轮，其中，密封板由左板和右板水平拼合而成，左板左边和右板右边均设有定位块，电极从两块密封板中间穿过，所述进给轮对称的设置在电极左右两侧且两个进给轮的轮面相互紧密贴合；所述进给轮与电极贴合的轮面位置设有周向的凹槽，所述凹槽内沿径向设置有第一配合齿，所述密封板上设有与第一配合齿相咬合的第二配合齿。

进给装置工作时两个进给轮的轮面相互紧密贴合，凹槽处与电极紧密贴合，通过进给轮与电极之间的摩擦力将电极向上推进；两个进给轮还与密封板紧密贴合，且在定位条上设置于第一配合齿相适配的第二配合齿，工作时开启电机，将其调到合适的转速使其带动进给轮转动，密封板打开的同时在两个进给轮的挤压力下将电极向上进给，电极到达指定位置后，控制电机反向旋转，将密封板闭合。由于第一配合齿和第二配合齿相适配，第二配合齿向远离电极的方向倾斜，所以当电极想上进给时，第一配合齿和第二配合齿之间的摩擦力并不大，再加上密封板左右两端设置有限位块，可以保证密封板只是微微向两端移动，但是当电机反向旋转时，第一配合齿和第二配合齿刚好啮合，相互间作用力大，可以迅速将密封板密封。当定位块与密封板之间设有弹簧之后，不在需要电机反向旋转，密封板可以在弹簧弹力的作用下自动回位，更加方便控制。

作为优选的，所述第二配合齿与密封板之间设有限位条，保持进给装置的密封，防止高温物料进入影响进给装置的寿命。

作为优选的，电极进给装置还包括两个定位轮，所述电极夹紧在两个定位轮之间，所述定位轮的中心轴在水平方向上与进给轮的中心轴有夹角。两个定位轮的交线和两个进给轮的交线不平行，因此可以确定一条直线，保证电极在这条直线上运动，防止电极走偏；另一方面电极可能存在弯曲的现象，通过定位轮后，可以在一定程度上将电极缕直。

作为优选的，所述空气压为3-8Kg/cm²。空气压过大或过小都会影响宝珠砂的粒径或均匀性。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少是如下之一：

1)本发明方法得到的宝珠砂耐火温度大于1800摄氏度，能满足各种逐渐的耐火度要求。

2)本发明宝珠砂有近乎球状的外形，有很好的流动性和填充性能，需要加入的宅阶级数量也很少，不但经济且浇注后铸型也不易破坏。

3)宝珠砂有地膨胀性的特点，对于铸件来说，可以防止由于型砂膨胀而产生的铸造缺陷，可以提高复杂铸件的尺寸精度。

4)宝珠砂的高强度、低破损，使砂子在回收及再利用时不会破损，回收再利用率高，且粉尘量很小，可以改善作业环境，减少铸造垃圾，这是符合时代环保要求的。

5)与铬铁矿砂、锆英砂相比，其价格只有锆英砂的25％-50％。同时，因砂粒为球形，其表面积小，故树脂的加入量可以减少30-50％，水玻璃的加入量小于等于4％；并减少了粘接剂所产生的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。

附图说明

图1为本发明电弧炉结构示意图。

图2为本发明电极进给装置结构示意图。

图3为本发明电极进给装置A-A剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种宝珠砂的生产方法，包括选料、高温熔融、造粒、筛分，其中，

选料：选择三氧化二铝质量分数在60％以上的铝矿；

高温熔融：将所述铝矿加入到电弧炉中，将铝矿加热到2000摄氏度以上熔融；

造粒：对电弧炉中流出的熔融液体施加空气压，将液体原料破碎冷却，得到粗宝珠砂；

筛分：根据粒径对粗宝珠砂进行筛分得到宝珠砂产品。

通过控制空气压，利用强风将液体原料破碎、冷却后，得到球形或接近球形、表面光滑的沙粒。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了：图1为本实施例所用电弧炉，所述电弧炉以三相交流电为电源，电弧炉的炉腔1顶部开口，底端侧壁上设有出液口2，炉腔1内有三个穿过炉腔1侧壁且竖直设置的电极3，所述电极3均与电源电连接，相比于传统水平设置的电极3加热的体积更大，有利于炉腔1内的物料充分混合，得到的宝珠砂产品各理化性质更均一，受各批次铝矿原料成分的差异影响较小。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上进一步限定了：三个所述电极3在水平面上的投影呈三角形，电极3顶端位于炉腔1高度的1/2-2/3处、底端高于炉腔1底部。电极3位于炉腔1液面以下，将融融的铝矿加热，炉腔1上部有缸进入吕强的固体铝矿，可以进行预热。

实施例4：

本实施例在实施例2的基础上进一步限定了：所述炉腔1的侧壁和底面均设有用于承载冷却水的夹层4，所述夹层4底端设有冷却水入口5，顶端设有冷却水出口6。由于炉腔1需要长时间的处于高温状态，会大大缩减电弧炉的寿命，因此在炉腔1的周围设有夹层4为电弧炉降温，降低高温对电弧炉的损害，延长电弧炉的寿命。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上进一步限定了：所述冷却水入口5处设有压力控制装置，通过控制冷却水的压力控制冷却水的循环速度，从而控制电弧炉侧壁和底面的降温速度。

实施例6：

本实施例在实施例2的基础上进一步限定了：所述电极3为石墨电极3并与电极进给装置7相连。由于电极3在使用过程中会有一定的损耗，因此需要一个电极进给装置7不断地将电极3深入液面。

实施例7：

本实施例在实施例6的基础上进一步限定了：图2示出了所述电极进给装置7，图3为图2A-A剖面结构示意图，所述电极进给装置7包括密封板71和进给轮72，其中，密封板71由左板和右板水平拼合而成，左板左边和右板右边均设有定位块75，电极3从两块密封板71中间穿过，所述进给轮72对称的设置在电极3左右两侧且两个进给轮72的轮面相互紧密贴合；所述进给轮72与电极3贴合的轮面位置设有周向的凹槽722，所述凹槽722内沿径向设置有第一配合齿721，所述密封板71上设有与第一配合齿721相咬合的第二配合齿712。

进给装置工作时两个进给轮72的轮面相互紧密贴合，凹槽722处与电极3紧密贴合，通过进给轮72与电极3之间的摩擦力将电极3向上推进；两个进给轮72还与密封板71紧密贴合，且在定位条上设置于第一配合齿721相适配的第二配合齿712，工作时开启电机，将其调到合适的转速使其带动进给轮72转动，密封板71打开的同时在两个进给轮72的挤压力下将电极3向上进给，电极3到达指定位置后，控制电机反向旋转，将密封板71闭合。由于第一配合齿721和第二配合齿712相适配，第二配合齿712向远离电极3的方向倾斜，所以当电极3想上进给时，第一配合齿721和第二配合齿712之间的摩擦力并不大，再加上密封板71左右两端设置有限位块，可以保证密封板71只是微微向两端移动，但是当电机反向旋转时，第一配合齿721和第二配合齿712刚好啮合，相互间作用力大，可以迅速将密封板71密封。当定位块75与密封板71之间设有弹簧之后，不在需要电机反向旋转，密封板71可以在弹簧弹力的作用下自动回位，更加方便控制。

实施例8：

本实施例在实施例6的基础上进一步限定了：所述第二配合齿712与密封板71之间设有限位条，保持进给装置的密封，防止高温物料进入影响进给装置的寿命。

实施例9：

本实施例在实施例7的基础上进一步限定了：电极进给装置7还包括两个定位轮74，所述电极3夹紧在两个定位轮74之间，所述定位轮74的中心轴在水平方向上与进给轮72的中心轴有夹角。两个定位轮74的交线和两个进给轮72的交线不平行，因此可以确定一条直线，保证电极3在这条直线上运动，防止电极3走偏；另一方面电极3可能存在弯曲的现象，通过定位轮74后，可以在一定程度上将电极3缕直。

实施例10：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了：所述空气压为3-8Kg/cm²。空气压过大或过小都会影响宝珠砂的粒径或均匀性。

实施例11：

本实施例在实施例1的基础上进一步将铝矿加热到2200、2300、2400摄氏度熔融。

下表是本发明宝珠砂的物理化学性能：

无论是耐火度、膨胀性能等均优于现有的各类铸造砂。

下表是本发明宝珠砂与石英砂费用对比表：

根据上表，每吨铸钢可节约造型材料费用287元，按每月生产1000吨计算，可节约287000元，并可减少90％的废砂排放。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种宝珠砂的生产方法，其特征在于：包括选料、高温熔融、造粒、筛分，其中，

选料：选择三氧化二铝质量分数在60%以上的铝矿；

高温熔融：将所述铝矿加入到电弧炉中，将铝矿加热到2000摄氏度以上熔融；

造粒：对电弧炉中流出的熔融液体施加空气压，将液体原料破碎冷却，得到粗宝珠砂；

筛分：根据粒径对粗宝珠砂进行筛分得到宝珠砂产品；

其中，所述电弧炉的炉腔（1）顶部开口，底端侧壁上设有出液口（2），炉腔（1）内有三个穿过炉腔（1）侧壁且竖直设置的电极（3），所述电极（3）均与电源电连接；

所述电极（3）为石墨电极并与电极进给装置（7）相连；

所述电极进给装置（7）包括密封板（71）和进给轮（72），其中，密封板（71）由左板和右板水平拼合而成，左板左边和右板右边均设有定位块（75），电极（3）从两块密封板（71）中间穿过，所述进给轮（72）对称的设置在电极（3）左右两侧且两个进给轮（72）的轮面相互紧密贴合；所述进给轮（72）与电极（3）贴合的轮面位置设有周向的凹槽（722），所述凹槽（722）内沿径向设置有第一配合齿（721），所述密封板（71）上设有与第一配合齿（721）相咬合的第二配合齿（712）。

2.根据权利要求1所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，三个所述电极（3）在水平面上的投影呈三角形，电极（3）顶端位于炉腔（1）高度的1/2-2/3处、底端高于炉腔（1）底部。

3.根据权利要求1所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，所述炉腔（1）的侧壁和底面均设有用于承载冷却水的夹层（4），所述夹层（4）底端设有冷却水入口（5），顶端设有冷却水出口（6）。

4.根据权利要求3所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，所述冷却水入口（5）处设有压力控制装置。

5.根据权利要求1所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，所述第二配合齿（712）与密封板（71）之间设有限位条。

6.根据权利要求1所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，电极进给装置（7）还包括两个定位轮（74），所述电极（3）夹紧在两个定位轮（74）之间，所述定位轮（74）的中心轴在水平方向上与进给轮（72）的中心轴有夹角。

7.根据权利要求1所述的宝珠砂的生产方法，其特征在于，所述空气压为3-8Kg/cm²。