CN107824742A - 一种非晶态铸造用型砂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非晶态铸造用型砂，采用原砂与粘结剂混合而成，以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：SiO2:30‑52%；Al2O3:15%‑20%；ZrO2:15%‑30%；K2O:0%‑3%；Na2O：2%‑10%；且K2O+Na2O含量小于12%；Ca2O：1‑5%；所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间。本发明提供一种铸造用型砂，其原砂为非晶态固体，破碎时不存在解理面，而且膨胀系数小、热化学稳定性好。

Description

一种非晶态铸造用型砂及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铸造用型砂，特别是一种非晶态铸造用型砂其制造方法，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，石英砂俗称硅砂，主要成份为二氧化硅，一般每吨铸件的耗砂量需一吨以上的型砂，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%是由造型及制芯因索引起的，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，缺点一是膨胀系数大，其膨胀系数在5.3-5.8*10^-7ppm/℃，造成铸件精度低；其二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；其三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。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种铸造用型砂，其原砂为非晶态固体，破碎时不存在解理面，而且膨胀系数小、热化学稳定性好，可以解决现有技术中存在的上述问题。

为实现以上目的，本发明提供的技术方案为：一种非晶态铸造用型砂，采用原砂与粘结剂混合而成，以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：

SiO2: 35-52%；

Al2O3:15%-20%；

ZrO2:15%-30%；

K2O: 0%-3%；

Na2O：2%-10%；

且K2O+Na2O含量小于12%；

Ca2O：1-5%；

所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间。

进一步的，所述原砂的组份含量如下：

SiO2: 46-50%；

Al2O3:17%-20%；

ZrO2:15%-20%；

Na2O：5%-10%；

K2O: 1%-2%；

Ca2O：3-5%。

进一步的，所述原砂的组份含量如下：

SiO2: 50%；

Al2O3:20%；

ZrO2:17%；

Na2O：8%；

Ca2O：4%；

K2O:1%。

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。

一种非晶态铸造用砂的制造方法，包括以下步骤：

第一步：将以质量百分比计，含有SiO2 30-52%；Al2O3 15%-20%；ZrO2 15%-30%；K2O0%-3%；Na2O 2%-10%；且K2O+Na2O含量小于12%；Ca2O 1-5%的原材料按配比混合制成混合料；

第二步：将第一步制成的混合料投入炉温1750度以上的熔炉中熔制10个小时以上，将熔制成的玻璃液出炉并退火冷却；

第三步：将退火后的玻璃块粉碎至粒径为3mm以下；

第四步：将第三步所得筛下物搅拌混合3分钟以上过筛即得所述原砂；

将原砂与粘结剂混合加工后制得非晶态铸造用型砂。

一种非晶态铸造用砂的制造方法，包括以下步骤：

第一步：将以质量百分比计，含有SiO2 30-52%；Al2O3 15%-20%；ZrO2 15%-30%；K2O0%-3%；Na2O 2%-10%；且K2O+Na2O含量小于12%；Ca2O 1-5%的原材料按配比混合制成混合料；

第二步：将第一步制成的混合料投入炉温1750度以上的熔炉中熔制10个小时以上；

第三步：将熔制好的玻璃料使用喷吹法或离心法制成玻璃微珠；

第四步：将第三步所得玻璃微珠过筛即得所述原砂；

将原砂与粘结剂混合加工后制得非晶态铸造用型砂。

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由于将原材料熔解为玻璃态后制得，使原砂成份分布均匀，具有较高的纯度和洁净度，在铸造过程中热性能稳定。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。而且铸砂热膨胀系数小，用其配制型砂，铸件不会产生膨胀缺陷。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： 原砂组份设定为SiO2: 50%； Al2O3:20%；ZrO2:17%；Na2O：8%；Ca2O：4%；K2O：1%。

生产原砂的原材料采用石英砂、长石、锆英粉、纯碱、碳酸钾、铝钒土以及石灰石，各原材料组份含量见下表：

据此计算得原砂的料方如下（每吨玻璃）：

将原砂原材料按上述料方配比，投入混料机混料15分钟后，投入炉温为1900度的玻璃熔炉熔解12小时，将玻璃液导出置入模具，退火炉设置退火曲线为从800摄氏度以3摄氏度/分钟的退火速率降至室温，取出退火后的玻璃先使用鄂破机破碎，过孔径3mm筛，筛上物回熔炉重新熔制，筛下物投入混料机中，在混料机中混料5分钟，放料后过筛，筛孔径按工艺要求选取，制得原砂。本实施例中采用混料机取代常用的锤式或反击式破碎机，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： 原砂组份设定为SiO2: 52%； Al2O3:20%；ZrO2:19%；Na2O：2%；Ca2O：4%；K2O：3%。

生产原砂的原材料采用石英砂、长石、锆英粉、纯碱、碳酸钾、铝钒土以及石灰石，各原材料组份含量见下表：

据此计算得原砂的料方如下（每吨玻璃）：

将原砂原材料按上述料方配比，投入混料机混料15分钟后投入炉温为2100度的玻璃熔炉熔解12小时，放料时将玻璃液制成玻璃微珠，玻璃微珠的制备方法可采用喷吹法或离心法，或者其它玻璃微珠的生产方法，玻璃微珠的生产方法为现有技术中成熟的生产工艺，在此不再详述，玻璃微珠过筛，筛孔径按工艺要求选取，制得原砂。 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：90%

合脂： 3%

木素磺酸钙：1%

粘土： 3%

含水量： 3%。

实施例3：原砂的制作： 原砂组份设定为SiO2: 45%； Al2O3:18%；ZrO2:25%；Na2O：4%；Ca2O：4%，K2O:4%。

生产原砂的原材料采用石英砂、长石、锆英粉、纯碱、铝钒土以及石灰石，各原材料组份含量见下表：

据此计算得原砂的料方如下（每吨原砂）：

原砂的物理参数实测如下：

将原砂原材料按上述料方配比，投入混料机混料15分钟后投入炉温为2100度的玻璃熔炉熔解12小时，将玻璃制成玻璃珠或如实施例一进行自研磨，过筛得原砂。

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%。

本发明中所述的粘结剂包括无机粘结剂、有机粘结剂以及溃散剂、硬化剂等辅料，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：以上实施例采用廉价的长石向原砂中引入部份氧化铝成份，替代了一部份昂贵的铝钒土，降低了原材料成本，另一方面也降低了原砂的熔解温度，更加节能环保。本发明将石英砂、锆英石熔解为玻璃态后破碎，避免了晶体的解理现象，降低了原砂的角形系数，同时在原砂中增加了碱金属成份，降低了原砂的熔解温度，使本发明的生产能耗远低于目前常用的高端型砂如莫来石砂或陶粒砂，符合当前的环保需求。从实施例的原砂物理参数可以看出，随着原砂中氧化锆及氧化铝的含量增加，原砂的热膨胀系数随之降低，即原砂的物理性能得到改善，铝和锆的重量百分比合计达到40%以上其热膨胀系数基本可以达到锆型砂的性能，但成本远远低于锆型砂，随着原砂中锆和铝含量的提高，原砂的熔解温度也随之升高，需要更高的炉温才能熔解，能耗及熔解难度也随之增加，在实际应用中应根据工艺要求进行优化选择。并且从以上实施例的物理参数实测值可以看出，原砂变为玻璃态后，软化点在1000度左右，铸造时遇高温型砂软化但并不熔化，使得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。

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 (6)

1.一种非晶态铸造用型砂，采用原砂与粘结剂混合而成，其特征在于：以重量百分比计，所述原砂包括以下组份：

SiO2: 35-52%；

Al2O3:15%-20%；

ZrO2:15%-30%；

K2O: 0%-3%；

Na2O：2%-10%；

且K2O+Na2O含量小于12%；

Ca2O：1-5%；

所述原砂的平均粒径在0.03mm至2mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种非晶态铸造用型砂，其特征在于：所述原砂组份含量如下：

SiO2: 46-50%；

Al2O3:17%-20%；

ZrO2:15%-20%；

Na2O：5%-10%；

K2O: 1%-2%；

Ca2O：3-5%。

3.根据权利要求1所述的一种非晶态铸造用型砂，其特征在于：所述原砂组份含量如下：

SiO2: 50%；

Al2O3:20%；

ZrO2:17%；

Na2O：8%；

Ca2O：4%；

K2O:1%。

4.根据权利要求1至3所述的任一种非晶态铸造用型砂，其特征在于：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。

5.一种非晶态铸造用型砂的制造方法，所述非晶态铸造用型砂采用权利要求1所述的组份，其特征在于：所述原砂的制造方法包括以下步骤：

第一步：将以质量百分比计，含有SiO2 30%-52%；Al2O3 15%-20%；ZrO2 15%-30%；K2O0%-3%；Na2O 2%-10%；且K2O+Na2O含量小于12%；Ca2O 1%-5%的原材料按配比混合制成混合料；

第二步：将第一步制成的混合料投入炉温1750度以上的熔炉中熔制10个小时以上，将熔制成的玻璃液出炉并退火冷却；

第三步：将退火后的玻璃块粉碎至粒径为3mm以下；

第四步：将第三步所得筛下物搅拌混合3分钟以上过筛即得所述原砂；

将原砂与粘结剂混合加工后制得非晶态铸造用型砂。

6.一种非晶态铸造用型砂的制造方法，所述非晶态铸造用型砂采用权利要求1所述的组份，其特征在于：所述非晶态铸造用型砂包括原砂及粘结剂，所述原砂的制造方法包括以下步骤：

第一步：将以质量百分比计，含有SiO2 30%-52%；Al2O3 15%-20%；ZrO2 15%-30%；K2O0%-3%；Na2O 2%-10%；且K2O+Na2O含量小于12%；Ca2O 1%-5%的原材料按配比混合制成混合料；

第二步：将第一步制成的混合料投入炉温1750度以上的熔炉中熔制10个小时以上；

第三步：将熔制好的玻璃料使用喷吹法或离心法制成玻璃微珠；

第四步：将第三步所得玻璃微珠过筛即得所述原砂；

将原砂与粘结剂混合加工后制得非晶态铸造用型砂。