CN107661960B - 一种玻璃基质铸造用型砂 - Google Patents
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Abstract
一种玻璃基质铸造用型砂，包括原砂及粘接剂，以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：SiO2:50%‑65%、Al2O3:1%‑6%、ZrO2:1%‑4%、K2O:4%‑8%、Na2O：5%‑10%、CaO：1%‑5%、SrO：6%‑10%、BaO：6%‑10%，所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间。本发明提供的铸造用型砂，其原砂通过CRT屏玻璃处理得来，解决CRT屏玻璃回收的环保问题，并且破碎时不存在解理面，而且机械强度高、热化学稳定性好，可以降低铸件生产时的生产成本并且提高铸造用型砂的铸造性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造用型砂，特别是一种玻璃基质铸造用型砂，属于铸造材料技术领域。
背景技术
铸造用砂目前最常用的为石英砂，作为重要的铸造用辅料，生产每吨铸件的耗砂量在一吨以上，砂型铸造生产的铸件质量与铸造用砂的质量关系重大，造型及制芯成本占铸件成本的一半，在常见的铸件缺陷中，铸件焊补缺陷、清铲工作及砂眼、气孔、起皮、漏水等缺陷基本是由制芯因素造成的，因铸砂质量而造成的废品率约为6% ~10% ，铸件废品中有60%是由造型及制芯因素引起的，铸造用砂的质量不好，将会造成大量铸造废品。对于铸造用石英砂，缺点是由于天然石英砂属于晶态结晶体，由于晶体有异向性，在破碎时会出现晶体的解理现象，即沿石英晶体的解理面破裂，造成破碎后的石英颗粒角形系数（型砂试验中砂粒平均粒形的检测单位，角形系数越小砂形越接近圆形）较大，一般要求型砂的角形系数在1.3以下，但实际生产中未经处理的石英砂的角形系数很难达到这个标准，角形系数过大造成型砂的流动性不好，崩裂性下降，不利于铸件的后续处理，而且由于比表面积大，在混砂过成中辅料添加过多，既增加了制造成本，又降低了型砂的物理性能，使型砂的透气率降低，发气量增加，造成铸件气孔等缺陷；而且由于石英砂的熔点在1750摄氏度左右，且本身不具有可压缩性，在使用较低的铸造温度时，型砂的退让性不好，铸件易产生内应力或开裂，型砂越紧实，退让性越差，有时在型砂中加入木屑等物可以提高退让性，但加入过多的辅助添加物，进一步降低了铸造用砂的质量可控性，增加了产品质量风险。
CRT作为早期的视听设备，在上世纪70年代至本世纪初得到了极为广泛的应用，目前CRT基本已被液晶及等离子体显示设备替代 ，淘汰下来的CRT设备的处理成为了一个很大的难题，特别是CRT设备的显示玻壳，作为CRT的主要废弃物，其基质为玻璃，但由于CRT的特殊性能要求，其内添加了锶、钡、锆、钴、镍等其它种类玻璃内不添加的特种元素，因此无法像平板玻璃或瓶罐玻璃回炉作为玻璃原材料使用，将其作为废弃物处理又缺乏相应的无害化技术手段。CRT屏玻璃中含有60%以上的二氧化硅，还有氧化铝、氧化锆等高熔点元素，而且由于玻璃态的物质不具有解理性，将其粉碎以后经处理可以达到近以球形的角形系数，而且其耐火度及膨胀系数均接近石英砂，因此CRT玻璃具有作为铸造用型砂的原砂使用的潜质，因其来源于废旧物资，其生产成本远远低于铸造用石英砂的开采成本，并且处理后能得到较石英砂更好的铸造性能，目前这方面的利用在国内及国际上仍属于空白领域。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种铸造用型砂，其原砂通过CRT屏玻璃处理得来，破碎时不存在解理面，而且机械强度高、热化学稳定性好，可以降低铸件生产时的生产成本并且提高铸造用型砂的铸造性能。
为实现以上目的，本发明提供的技术方案为：一种玻璃基质铸造用型砂，由原砂及粘接剂混合处理而成，以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：
SiO2: 50%-65%；
Al2O3:1%-6%；
ZrO2:1%-4%；
K2O: 4%-8%；
Na2O：5%-10%；
CaO：1%-5%；
SrO：6%-10%；
BaO：6%-10%；
所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间。
进一步的，所述原砂中还含有以下组份：
CoO: 0.1%-0.3%，
NiO: 0.1%-0.2%。
进一步的，所述粘结剂为粘土、水玻璃加溃散剂或树脂加硬化剂中的任一种。
本发明还提供了一种玻璃基质铸造用型砂的制造方法，包括以下步骤：
第一步：将回收的CRT屏玻璃粉碎至粒径3mm以下；
第二步：将粉碎后的CRT屏玻璃连续搅拌5分钟以上得到粒状屏玻璃；
第三步：将第二步所得粒状屏玻璃过筛得原砂；
第四步：将第三步所得原砂与粘接剂混合处理后得到玻璃基质铸造用型砂。
本发明提供的另一种玻璃基质铸造用型砂的制造方法，包括以下步骤：
一种玻璃基质铸造用型砂的制造方法，包括以下步骤：
第一步：将回收的CRT屏玻璃破碎成粉末；
第二步：将第一步制成的屏玻璃粉末置于制珠炉中制得玻璃珠；
第三步：将第二步所得玻璃珠过筛得到原砂；
第四步：将第三步所得原砂与粘接剂混合处理后得到玻璃基质铸造用型砂。
本发明的积极有益技术效果在于：本发明提供的铸造用型砂以回收的CRT屏玻璃为基质制成，成本低，原砂成份分布均匀，具有较高的纯度和洁净度，在铸造过程中热性能稳定。原砂通过混料机自研磨或制珠工艺成珠后再进行筛分取得适宜的颗粒形状和颗粒组成，制取的砂粒近似成球形，流动性好，易舂实，且透气性好，制得的砂型表面光滑，结构致密，粘结剂能均匀覆盖，能大幅度提高铸件质量，而且清砂容易，配砂工艺简单方便，对大多数铸件可以省去涂料，尤其适宜制作质量要求高的铸件。由于玻璃体为中性材料，酸、碱粘结剂均可使用，并且砂体强度高，崩解性好，回用再生性能好。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
实施例1：原砂的制作：以回收的CRT设备为原材料，使用玻璃切割机将CRT的玻屏及玻锥从屏锥封接处分离，去除玻屏上的硝钉及荫罩板，将玻屏投入鄂破机进行粗破，粗破后的玻璃块投入细磨机进行细碎，此处细磨机可以为复合式破碎机或锤式破碎机，细碎后的屏玻璃过孔径为3mm震动筛，取筛下物投入螺旋混料机执行混料程序5分钟，混料完毕后的玻璃粒再过2mm震动筛及300um震动筛后，取300um震动筛上物即得原砂；本实施例中采用混料机对玻璃颗粒进行圆化处理，由于玻璃本身质硬，在混料机中玻璃颗粒互相碰撞研磨将边缘磨圆，使玻璃颗粒整体形状趋向于圆形，使原砂的角形系数趋向于1， 本实施例实测的原砂角形系数为1.2，达到型砂的质量要求。原砂其它的物理参数实测如下：
采用以下比例制作型砂，以下比例均为重量百分比：
原砂： 95%
酚醛树脂： 4%
乌洛托品：0.4%
含水量： 0.6%。
实施例2：原砂的制作：以回收的CRT设备为原材料，使用玻璃切割机将CRT的玻屏及玻锥从屏锥封接处分离，去除玻屏上的硝钉及荫罩板，将玻屏投入鄂破机进行粗破，粗破后的玻璃块投入细磨机进行细碎，此处细磨机可以为复合式破碎机或锤式破碎机，细碎后的屏玻璃过孔径为1.5mm震动筛后，取筛下物投入成珠炉，成珠炉主体为立式圆筒，立式圆筒下部设置有燃烧器，筒体顶部设置有成品收集装置，加料器将筛后的玻璃粉投入立式圆筒中，玻璃微粉漂浮在燃烧器产生的向上流动的高温气流中，在上升过程中被加热熔融形成微珠，微珠随高温气体从立筒顶部进入产品收集装置，经冷却、回收后最终得到玻璃微珠成品，将玻璃微珠过500um筛，取筛下物即为原砂，本实施例原砂的角形系数实测已基本为1，原砂其它的物理参数实测如下：
采用以下比例制作型砂，以下比例均为重量百分比：
原砂： 97.6%
呋喃树脂： 2%
对甲苯磺酸：0.4%
本实施例中玻璃微珠的制作采用的是粉末法，目前成熟的由玻璃粉制作玻璃微珠的生产工艺还有熔液法及火焰漂浮法等，也可应用于本发明中原砂的制作中，均可取得角形系数满意的原砂。以上所述玻璃珠制造工艺为本领域技术人员掌握的常用技术术手段，在此不再加以详细说明。
本发明中所述的粘结剂包括无机粘结剂和有机粘结剂，无机粘结剂及溃散剂包括粘土、水玻璃和水泥、磷酸盐等，有机粘结剂及硬化剂包括植物油、糖浆、糊精、羧甲基纤维素、松香、合脂、减压渣油、沥青、纸浆废液、合成树脂等，以上所述型砂粘结剂、溃散剂及硬化剂为现有技术中的成熟技术，原砂与粘结剂混合加工成铸造用型砂的加工方法也均为成熟技术，目前能应用于现有的铸造用型砂的粘结剂及型砂的加工方法均适用于本发明。
从以上实施例中可以看出：本发明采用了回收的废弃CRT屏玻璃生产铸造用原砂，CRT玻璃作为上世纪大量使用的显示设备，社会存量极大。由于CRT设备的精密度要求较高，CRT玻璃的配方均采用的是日本旭硝子、NEG或美国肖特的方案，这三种方案中SiO2、Al2O3、ZrO2、K2O、Na2O、SrO、BaO等主含量差别不大，区别在于作为着色剂的CoO及NiO的含量不同，但CoO及NiO除原砂本身的颜色外，对于型砂原砂的物理性能不造成任何影响，原砂的颜色也可以作为一种明显的标识将玻璃基质原砂与其它种类原砂区分开来。因此CRT屏玻璃可以视作一种成份纯净，具有较高的均匀性及洁净度的原砂原料使用。废弃CRT玻璃作为一种国家管控的危险固废（危废代码HW31），目前进入大量淘汰期，如何处理成为了长期以来环保方面难以解决的一个难题。替代铸砂中的石英砂不但免去了开采及石英砂加工成本，而且为CRT废弃屏玻璃提供了工业化消解途径，解决了长期以来CRT回收后玻璃处理带来的环保问题，另一方面也带来了原砂铸造性能的改善，本发明将屏玻璃破碎后制取原砂，避免了晶体的解理现象，降低了原砂的角形系数，从实施例的原砂物理参数可以看出，采用玻璃基质原砂后，软化点在700度左右，对于铸造时温度较低的有色金属铸造，铸造时由于型砂遇高温的软化，铸型的退让性得到改善，不需增加额外的辅料即可达到满意的铸造效果。本发明不但取得了良好的经济效益，在环保方面也具有长远的积极意义。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (3)
1.一种玻璃基质铸造用型砂，由原砂及粘接剂混合处理而成，其特征在于：以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：
SiO2: 50%-65%；
Al2O3:1%-6%；
ZrO2:1%-4%；
K2O: 4%-8%；
Na2O：5%-10%；
CaO：1%-5%；
SrO：6%-10%；
BaO：6%-10%；
所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间；
其制造方法采用以下两种制造方法之一：
一是所述制造方法包括以下步骤：
第一步：将回收的CRT屏玻璃粉碎至粒径3mm以下；
第二步：将粉碎后的CRT屏玻璃连续搅拌5分钟以上得到粒状屏玻璃；
第三步：将第二步所得粒状屏玻璃过筛得原砂；
第四步：将第三步所得原砂与粘接剂混合处理后得到玻璃基质铸造用型砂；
二是所述制造方法包括以下步骤：
第一步：将回收的CRT屏玻璃破碎成粉末；
第二步：将第一步制成的屏玻璃粉末置于制珠炉中制得玻璃珠；
第三步：将第二步所得玻璃珠过筛得到原砂；
第四步：将第三步所得原砂与粘接剂混合处理后得到玻璃基质铸造用型砂。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃基质铸造用型砂，其特征在于：所述原砂中还含有以下组份：
CoO: 0.1%-0.3%，
NiO: 0.1%-0.2%。
3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基质铸造用型砂，其特征在于：所述粘接剂为粘土、水玻璃加溃散剂或树脂加硬化剂中的任一种。
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