CN107935566A - 一种铸造用烧结陶粒及其制备方法 - Google Patents

一种铸造用烧结陶粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铸造用陶粒砂料领域，特别涉及一种铸造用烧结陶粒及其制备方法，其中。本发明的铸造用烧结陶粒，包括如下重量份数的组份：二氧化硅10‑65份，三氧化二铝15‑70份，三氧化二铁0.5‑8份，二氧化锰0.4‑6份，碳化硅2‑40份。本发明的铸造用陶粒砂中，通过用料配比的控制，并适当添加碳化硅成分，制成的陶粒砂料，耐磨性、硬度和强度高，导热性好，减少砂料磨损粉化导致的固体放弃物排放，并提高了砂料的使用周料，改进铸件质量，可用于铸造铸型（芯）生产中，替代硅砂、铬铁矿砂等，具有优良的环保性能和较大的经济效益。

Description

一种铸造用烧结陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸造用陶粒砂料领域，特别涉及一种铸造用烧结陶粒及其制备方法。
背景技术
目前，烧结陶粒已应用在铸造覆膜砂领域，它可解决硅砂使用过程中粉化严重、固体废弃物排放量巨大、二氧化硅粉尘含量高导致工人矽肺病得病率高、铸件粘砂、脉纹验证等问题。但由于其比热容大、热导率低使其无法在铸造行业大范围推广应用。
公开日为2016年2月24日，公开号为CN105344919A的发明专利说明书中，公开了“一种铸造用陶粒砂”，该陶粒砂的主要特征在于成分包括重量含量为55wt％以上二氧化硅。该发明中陶粒砂三氧化二铝的含量明显低于陶粒砂现有技术中三氧化二铝的含量，其采用无铝或低铝矿产作为原材料，通过降低陶粒砂中三氧化二铝含量的方法达到降低生产成本和陶粒砂耐火度。因此，该发明的陶粒砂耐火度较普通陶粒砂要低，仅适用于浇注温度低于 1600℃的铸件造型。但众所周知，实际生产中，铸造用砂要求很高的耐火度从而避免粘砂缺陷的产生。
公开日为2014年4月16日，公开号为CN103724003 A的发明专利说明书中公开了“一种制备陶粒砂的方法”，该方法通过加入低熔点氧化钾或氧化钠矿物助剂，降低陶粒砂耐火度。此方法生产的陶粒砂仅适用于石油支撑剂，无法用作铸造用砂。
公开日为2013年7月24日，公开号为CN103212665A的发明专利说明书中公开了“一种人造宝珠砂、制备方法及其应用”，其包含质量百分比为70％ -85％的Al2O3，8％-12％的硅，2％的Fe2O3，余量为杂质，但此种陶粒砂热导率极低，也不适用于铸造用砂。
现有技术中的大部份陶粒砂或是导热性低，或是耐火度低，或是成本高，仅适合以覆膜砂为工艺的小件生产，无法广泛的应用于铸造行业。
发明内容
本发明针对现有技术中陶粒砂在铸造用砂使用过程中存在的上述问题，提供一种耐温高、导热性高、耐磨性好的铸造用烧结陶粒，适用于铸造用铸型（芯）生产中，以替代硅砂、铬铁矿砂等，降低铸造行业因铸造砂磨损粉化导致的固体废弃物排放量，并且提高铸件质量。
本发明的目的是这样实现的，一种铸造用烧结陶粒，包括如下重量份数的组份：二氧化硅10-65份，三氧化二铝15-70份，三氧化二铁0.5-8份，二氧化锰0.4-6份，碳化硅2-40份。
本发明的铸造用陶粒砂中，通过用料配比的控制，并适当添加碳化硅成分，制成的陶粒砂料，耐磨性、硬度和强度高，导热性好，减少砂料磨损粉化导致的固体放弃物排放，并提高了砂料的使用周料，改进铸件质量，可用于铸造铸型（芯）生产中，替代硅砂、铬铁矿砂等，具有优良的环保性能和较大的经济效益。
作为本发明的进一步改进，所述陶粒砂包括基体材料和外层的包裹材料，所述基体材料包括如下重量份数的组份：二氧化硅15-65份，三氧化二铝20-70份，三氧化二铁0.8-6份，二氧化锰0.6-6份；所述包裹材料包括如下重量份数的组份：二氧化硅10-55份，三氧化二铝15-55份，三氧化二铁0.5-6份，二氧化锰0.4-6份，碳化硅4-25份，所述基体材料组合物的总量和包裹材料组合物的总量的用量配比为1：（0.2-1.2）。本发明的陶粒砂料中，将砂料分为基体材料和包裹材料，在包裹材料中加入碳化硅，通过提高砂料包裹层的硬度、强度和耐磨性，以提高整体陶粒砂料的性能，从而实现优化砂料结构，降低砂料原料成本目的。
作为本发明的优先方案，所述基体材料采用原料为硅砂、铝矾土熟料、焦宝石熟料、红柱石熟料、锰粉、粘土熟料中的几种，并根据原料中各成份含量调配而成。
作为本发明的优先方案，所述包裹材料采用原料为硅砂、铝矾土熟料、焦宝石熟料、红柱石熟料、锰粉、粘土熟料的几种与碳化硅混合，并根据原料中各成份含量调配而成。
为进一步实现本发明的目的，本发明还提供一种上述烧结陶粒的制备方法，包括如下步骤：
第一步，检测基体材料和包裹材料所用的各原料的组份含量，根据各组份含量分别配比基体材料和包裹材料的各原料配比；
第二步，将所配比的基体材料的各组份分别通过粉碎和球磨的方式制备粒径为300-400目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电；
第三步，将所配比的包裹材料的各组份分别通过粉碎和球磨的方式制成粒径为450-500目的粉料；然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电；
第四步，将第二步得到的混合料加入制球机中，将重量为球料重量1.5-15%粘结剂均匀喷洒至制球机内的混合料内，制成50-100的球料；
第五步，将第四步的球料进行筛分，去除小于40目和大于140目的球料；
第六步，将第五步得到的球料再次加入制球机，然后将重量为本步中球料重量0.2—5.0%粘结剂均匀喷洒到球料内，使球料均匀湿润；将第三步得到的包裹材料加入制球机，同时加入0.5—8.0%粘结剂水溶液均匀喷洒到混合球料内，使包裹材料滚动过程中均匀包裹在基体材料外制成30-50目的球料；
第七步，将第六步包裹后制得的球料烘干后置于烧结回转窑内焙烧，烧结温度为1100-1700℃，烧结时间为1.0-5.5小时。
为进一步控制基体材料制球后的含量水，第四步中制得的球料的水份含量为1-4%。
为进一步控制包裹层的厚度，第六步制得的包裹后的球料包裹层的厚度为整体球体半径的10-50%。
为进一步控制烧结前的球料的水量，第七步中置于回转窑前的球料烘干至水份含量小于0.5%。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的铸造用陶粒砂所选用的原料有硅砂，铝矾土熟料、锰粉和碳化硅。经检测，铝矾土熟料中三氧化二铝含量70%，二氧化硅含量22%，三氧化二铁含量3%；硅砂中二氧化硅含量98%，三氧化二铁含量0.5%；锰粉中二氧化锰含量95%。
配制基体材料时，取铝矾土熟料粉料70份，锰粉5份，硅砂粉25份，将各组份分别经粉碎和球磨的方式制备粒径为300目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电，制得料一。
配制包裹材料，取铝矾土熟料粉料60份，锰粉2份，硅砂粉8份，碳化硅粉30份，将各组分分别经粉碎和球磨的方式制备粒径为450-500目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电，制得料二。
将料一加入制球机中，将重量为球料重量1.5%粘结剂水溶液均匀喷洒至制球机内的混合料中，制成50-100目的球料；制成的球料中的含水量为1-4%；然后将上述球料进行筛分，去除小于40目和大于140目的球料；再将筛分后的球料再次加入制球机，然后重量为本步中球料重量0.2%粘结剂水溶液均匀喷洒到球料内，使球料均匀湿润；将料二按与料一的重量比为0.2：1的用量均匀加入制球机中，同时加入料一和料二总重量0.5%粘结剂水溶液均匀喷洒到混合球料内，使包裹材料滚动过程中均匀包裹在基体材料外层制成30-50目的球料，经此包裹后球料中包裹层的厚度为整体球体半径的10-20%；接着，将前述包裹后制得的球料烘干至水份重量含量小于0.5%，最后将烘后的球料置于烧结回转窑内焙烧，烧结温度为1150℃，烧结时间为5.5小时。
实施例2
本实施例中的铸造用陶粒砂所选用的原料有硅砂，焦宝石熟料、锰粉和碳化硅。经检测，焦宝石熟料中三氧化二铝含量40%，二氧化硅含量55%，三氧化二铁含量2.2%；锰粉中二氧化锰含量≥93%。
配制基体材料时，取焦宝石熟料98份，锰粉2份，将各组份分别经粉碎和球磨的方式制备粒径为300目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电，制得料一。
配制包裹材料，取焦宝石熟料粉70份，锰粉1份，碳化硅粉15份，将各组分分别经粉碎和球磨的方式制备粒径为450-500目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电，制得料二。
将料一加入制球机中，用重量为球料重量8%粘结剂水溶液均匀喷洒至制球机内的混合料中，制成50-100目的球料；制成的球料中的含水量为1-4%；然后将上述球料进行筛分，去除小于40目和大于140目的球料；再将筛分后的球料再次加入制球机，然后将重量为本步中球料重量2.5%粘结剂均匀喷洒到球料内，使球料均匀湿润；将料二按与料一的重量比为1.15：1的用量均匀加入制球机中，同时加入料一和料二总重量4%粘结剂均匀喷洒到混合球料内，使包裹材料滚动过程中均匀包裹在基体材料外层制成30-50目的球料，经此包裹后球料中包裹层的厚度为整体球体半径的40-50%；接着，将前述包裹后制得的球料烘干至水份重量含量小于0.5%，最后将烘后的球料置于烧结回转窑内焙烧，烧结温度为1650℃，烧结时间为1.5小时。
本发明制得的上述铸造用陶粒砂的耐磨性为现有陶粒砂的4-12倍，导热率为现有陶粒砂的6-9倍，提高了使用砂料的生命周期和导热率，用于铸造行业有利于加快铸件降温速度和使用持久性。并且该陶料砂可替代硅砂、铬铁矿砂等，可降低铸造行业固体废弃物排放量，固体排放量为硅砂固体排放量的0.01～0.1倍，铬铁矿砂的0.01～0.05倍，铸造车间粉尘量降低80%～95%；同时，本发明的陶粒砂具有极高耐火度和极低热膨胀率，铸件废品率降低30%～60%，本发明的陶粒砂还具有很好的耐腐蚀性，适用于各类酸碱类粘结剂。

Claims (8)

1.一种铸造用烧结陶粒，包括如下重量份数的组份：二氧化硅10-65份，三氧化二铝15-70份，三氧化二铁0.5-8份，二氧化锰0.4-6份，碳化硅2-40份。
2.根据权利要求1所述的铸造用烧结陶粒，其特征在于，所述陶粒砂包括基体材料和外层的包裹材料，所述基体材料包括如下重量份数的组份：二氧化硅15-65份，三氧化二铝20-70份，三氧化二铁0.8-6份，二氧化锰0.6-6份；所述包裹材料包括如下重量份数的组份：二氧化硅10-55份，三氧化二铝15-55份，三氧化二铁0.5-6份，二氧化锰0.4-6份，碳化硅4-25份，所述基体材料组合物的总量和包裹材料组合物的总量的用量配比为1：（0.2-1.2）。
3.根据权利要求2所述的铸造用烧结陶粒，其特征在于，所述基体材料采用原料为硅砂、铝矾土熟料、焦宝石熟料、红柱石熟料、锰粉、粘土熟料中的几种，并根据原料中各成份含量调配而成。
4.根据权利要求2所述的铸造用烧结陶粒，其特征在于，所述包裹材料采用原料为硅砂、铝矾土熟料、焦宝石熟料、红柱石熟料、锰粉、粘土熟料的几种与碳化硅混合，并根据原料中各成份含量调配而成。
5.一种权利要求2或3或4所述的烧结陶粒的制备方法，包括如下步骤：
第一步，检测基体材料和包裹材料所用的各原料的组份含量，根据各组份含量分别配比基体材料和包裹材料的各原料配比；
第二步，将所配比的基体材料的各组份分别通过粉碎和球磨的方式制备粒径为300-400目的粉料，然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电；
第三步，将所配比的包裹材料的各组份分别通过粉碎和球磨的方式制成粒径为450-500目的粉料；然后将各组份的粉料混合均匀，并释放掉原料表面的静电；
第四步，将第二步得到的混合料加入制球机中，将重量为球料重量1.5-15%粘结剂均匀喷洒至制球机内的混合料内，制成50-100的球料；
第五步，将第四步的球料进行筛分，去除小于40目和大于140目的球料；
第六步，将第五步得到的球料再次加入制球机，然后将重量为本步中球料重量0.2—5.0%粘结剂均匀喷洒到球料内，使球料均匀湿润；将第三步得到的包裹材料加入制球机，同时加入0.5—8.0%粘结剂水溶液均匀喷洒到混合球料内，使包裹材料滚动过程中均匀包裹在基体材料外制成30-50目的球料；
第七步，将第六步包裹后制得的球料烘干后置于烧结回转窑内焙烧，烧结温度为1100-1700℃，烧结时间为1.0-5.5小时。
6.根据权利要求5所述的烧结陶粒的制备方法，其特征在于，第四步中制得的球料的水份含量为1-4%。
7.根据权利要求5所述的烧结陶粒的制备方法，其特征在于，第六步制得的包裹后的球料包裹层的厚度为整体球体半径的10-50%。
8.根据权利要求5所述的烧结陶粒的制备方法，其特征在于，第七步中置于回转窑前的球料烘干至水份含量小于2.0%。
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