CN108339927A - 一种兰炭粉组合物、含有该组合物的型砂及在铸造中的应用 - Google Patents

一种兰炭粉组合物、含有该组合物的型砂及在铸造中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兰炭粉组合物、含有该组合物的型砂及在铸造中的应用，属于材料学领域，具体涉及铸造材料及铸造工艺。组合物含有兰炭粉和机油、沥青、石墨粉中的一种或二种或三种的混合物。将回用砂、新砂、膨润土、兰炭粉组合物混合后制成型砂，可用于铸造。使用本发明提供的兰炭粉组合物或型砂进行铸造，用料少成本低，灰份及含硫量低，不存在灰分塞堵型砂空隙、吸收大量的水分进而形成铸件气孔亦或形成铸件砂眼等问题，使得铸件品质提升，同时极大程度改善了车间环境的同时减少环境污染。

Description

一种兰炭粉组合物、含有该组合物的型砂及在铸造中的应用
技术领域
本发明涉及材料学领域，具体涉及铸造材料及铸造工艺。
背景技术
目前国内外铸造行业铸铁湿型生产中，普遍采用铸造煤粉。铸造煤粉的加入量根据铸件大小、合金材质及造型方法的不同而有所差别，一般为3～8％。但铸造煤粉还是存在一些缺点，煤粉中灰份及含硫量高。煤粉中的灰分、硫分均为有害物质，灰分塞堵型砂空隙，且吸收大量的水分。水分在金属液高温作用下，形成气相，急烈膨胀，过多膨胀的气体难以从砂粒间排出即进入金属液中形成铸件气孔，亦或气体将型砂表面爆裂脱落，形成铸件砂眼。生产过程中煤粉不断添加，使灰分也不断积累增多，恶性循环，使铸件成品率严重下降。为解决此关键问题，型砂中需补充大量新砂，从而增加了生产成本。而且铸造煤粉使用过程中产生大量细颗粒物(PM2.5、PM10等)，又是造成铸造车间劳动环境恶化的主要原因之一。另外，煤粉中的硫分进入金属液中将降低铸件的机械性能。
发明内容
为解决上述铸造中使用铸造煤粉影响铸件成品率及铸件机械性能，同时生产成本高、污染环境等问题，本发明提供一种兰炭粉组合物、含有该组合物的型砂及在铸造中的应用。
上述兰炭粉组合物含有兰炭粉，还含有机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物。
上述兰炭粉含水量1(wt)％-10(wt)％，粒度为180目-200目；石墨粉粒度为100-180目，沥青粒度为100-180目。
上述兰炭粉组合物中，各组分按质量分数计，兰炭粉含量为50-99％，机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物的总含量为1-50％，其中机油的含量为0％-2％。
上述兰炭粉的制备方法为：将兰炭(又称半焦、焦粉)脱水至含水量1(wt)％-10(wt)％，粉碎过筛至粒度为180目-200目即可；上述脱水，指自然晾晒或烘干塔内100℃-150℃烘干。
上述兰炭粉组合物的制备方法为：将上述粒度和质量分数的兰炭粉与机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物混合均匀即可。
本发明还提供上述兰炭粉组合物在铸造中的应用，具体为：(1)制砂：制备含有兰炭粉组合物的型砂备用；(2)造型：利用步骤(1)得到的型砂造型；(3)浇注；(4)打箱、清砂。
上述步骤(1)型砂的制备方法为：将回用砂、新砂、膨润土、兰炭粉组合物按照回用砂95-98份，新砂2-5份，膨润土0.33-0.5份，兰炭粉组合物0.2-0.8份的重量份比例干混后，加入总重量2％-5％的水湿混即得到含有兰炭粉组合物的型砂。上述除兰炭粉组合物外所有原料在干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过80-150目筛。
本发明还提供含有上述兰炭粉组合物的型砂，含有回用砂，新砂，膨润土，兰炭粉。
优选的，上述型砂中，各个组分按质量份数计，含有回用砂95-98份，新砂2-5份，膨润土0.33-0.5份，兰炭粉组合物0.2-0.8份。
上述型砂的制备方法为：(1)取兰炭粉、机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物，各组分按质量分数计，机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物总含量为1-50％，机油含量为0-2％，兰炭粉含量为50-99％，混合均匀得到兰炭粉组合物。(2)将回用砂、新砂、膨润土、步骤(1)制得的兰炭粉组合物按照回用砂95-98份，新砂2-5份，膨润土0.33-0.5份，兰炭粉组合物0.2-0.8份的重量份比例干混后，加入总重量2％-5％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭粉组合物外所有原料在干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过80-150目筛。
本发明还提供上述型砂在铸造中的应用，具体为：(1)造型：利用含有兰炭粉组合物的型砂造型；(2)浇注；(3)打箱、清砂。
本申请中所述造型为铸造行业中的常规操作，其中一种的具体操作为：机械混砂线混砂、落砂、输送到造型线，进行机械造型，得到砂型。
本申请中所述浇注为铸造行业中的常规操作，其中一种的具体操作为：金属或合金熔融，将熔融金属或合金浇注到型腔内，浇注时对准浇口杯的浇口，浇注温度为1000℃-6000℃(根据具体的金属或合金熔融温度确定)，浇注时并引气，浇注操作时间1min-20min,浇口杯中的铁水凝固后取出，压铁放置时间不低于1小时即可。
本申请中所述打箱、清砂为铸造行业中的常规操作，其中一种的具体操作为：清除浇注的铸型上的碎块，操作时温度不高于300℃；去除芯骨与芯砂，抛丸，采用砂轮机打磨，磨掉飞边、毛刺、多肉和浇冒口残余部分，即得铸件。
有益效果
1、用料少成本低，铸造煤粉的加入量一般为3～8(wt)％，而本发明提供的兰炭粉组合物的加入量低于0.7(wt)％即可。
2、本发明提供的兰炭粉组合物及型砂，灰份及含硫量低，即有害成分含量低。同时，不存在灰分塞堵型砂空隙、吸收大量的水分进而形成铸件气孔亦或形成铸件砂眼等问题，使得铸件品质提升。
3、本发明提供的兰炭粉组合物及型砂，使用过程中产生极少量细颗粒物(PM2.5、PM10等)，极大程度改善了车间环境的同时减少环境污染。
4、本发明提供的兰炭粉组合物及型砂，硫含量低，大大提升了铸件的机械性能。
5、本发明提供的兰炭粉组合物，为环保材料，制备过程环保且成本低，大大降低铸造成本的同时，利用环保材料减少环境污染。
6、将兰炭粉制成组合物，应用到铸造中使得浇注之后的工艺更容易进行。
附图说明
图1为实施例3铸造过程中的环境照片。
图2为对比例铸造过程中的环境照片。
图3为实施例3铸件照片。
图4为对比例铸件照片。
具体实施方式
实施例1
制备兰炭粉组合物：
1、制备兰炭粉：
(一)将兰炭(又称半焦、焦粉)脱水至含水量1(wt)％，粉碎过筛至粒度为180目即可；上述脱水，指自然晾晒。
(二)将兰炭(又称半焦、焦粉)脱水至含水量10(wt)％，粉碎过筛至粒度为200目即可；上述脱水，指烘干塔内100℃烘干。
(三)将兰炭(又称半焦、焦粉)脱水至含水量10(wt)％，粉碎过筛至粒度为200目即可；上述脱水，指烘干塔内150℃烘干。
表1a实施例1中1、(一)-(三)制备的兰炭粉，主要技术指标：
项目 检测结果
灰分 ≤15％
挥发分 ＜10％
固定碳 ＞60％
焦渣特征 I级
2、制备兰炭粉组合物：
使用本实施例1、(二)制备的兰炭粉制备兰炭粉组合物：
(一)原料为：兰炭粉含水量10(wt)％，粒度为200目；石墨粉粒度为180目，沥青粒度为180目。
取上述各组分按质量分数计，兰炭粉含量为50％，机油的含量为0％，沥青含量为25％，石墨粉含量为25％。
物理混合，混合均匀即得兰炭粉组合物。
(二)原料为：兰炭粉含水量1(wt)％，粒度为180目；石墨粉粒度为100目，沥青粒度为100目。
取上述各组分按质量分数计，兰炭粉含量为99％，机油的含量为0％，沥青含量为0％，石墨粉含量为1％。
物理混合，混合均匀即得兰炭粉组合物。
(三)原料为：兰炭粉含水量10(wt)％，粒度为200目；石墨粉粒度为100目，沥青粒度为180目。
取上述各组分按质量分数计，兰炭粉含量为90％，机油的含量为2％，沥青含量为8％，石墨粉含量为0％。
物理混合，混合均匀即得兰炭粉组合物。
(四)原料为：兰炭粉含水量10(wt)％，粒度为200目；石墨粉粒度为180目，沥青粒度为180目。
取上述各组分按质量分数计，兰炭粉含量为80％，机油的含量为2％，沥青含量为8％，石墨粉含量为10％。
物理混合，混合均匀即得兰炭粉组合物。
表1b实施例1中2、(一)-(四)制备的兰炭粉组合物，主要技术指标：
项目 检测结果
灰分 ＜15％
挥发分 ＜15％
固定碳 ＞65％
焦渣特征 I级
从上表可以看出，兰炭粉组合物的各项技术指标优于普通铸造煤粉。
实施例2
制备含兰炭粉的型砂：
本实施例使用的兰炭粉组合物为实施例1中2、(四)制备的兰炭粉组合物。
(一)将回用砂、新砂、膨润土(红火山钠基膨润土)、兰炭粉按照回用砂95份，新砂2份，膨润土0.33份，兰炭粉组合物0.2份的重量份比例干混后，加入总重量2％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭外所有原料干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过80目筛。
(二)将回用砂、新砂、膨润土(红火山钠基膨润土)、兰炭粉按照回用砂95份，新砂2份，膨润土0.33份，兰炭粉组合物0.2份的重量份比例干混后，加入总重量2％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭外所有原料在干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过150目筛。
(三)将回用砂、新砂、膨润土(红火山钠基膨润土)、兰炭粉按照回用砂98份，新砂5份，膨润土0.5份，兰炭粉组合物0.8份的重量份比例干混后，加入总重量5％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭外所有原料干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过150目筛。
(四)将回用砂、新砂、膨润土(红火山钠基膨润土)、兰炭粉按照回用砂95份，新砂2份，膨润土0.33份，兰炭粉组合物0.8份的重量份比例干混后，加入总重量3％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭外所有原料在干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过150目筛。
(五)将回用砂、新砂、膨润土(红火山钠基膨润土)、兰炭粉按照回用砂98份，新砂5份，膨润土0.5份，兰炭粉组合物0.2份的重量份比例干混后，加入总重量3％的水湿混即得到含有兰炭粉的型砂。上述除兰炭外所有原料干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过150目筛。
表2实施例2所得型砂技术参数表：
从上表可以看出，制得的型砂各项技术指标均达标且高于行业平均水平。
实施例3
含有兰炭粉组合物的型砂用于铸件：
本实施例使用的型砂是实施例2(五)制备的型砂。
步骤为：(1)造型：利用含有兰炭粉组合物的型砂造型；(2)浇注；(3)打箱、清砂。
所述造型的具体操作为：机械混砂线混砂、落砂、输送到造型线，进行机械造型，得到砂型。
所述浇注的具体操作为：烧铁水，将铁水浇注到型腔内，浇注时对准浇口杯的浇口，浇注温度为1400℃，浇注时并引气，浇注操作时间7min,浇口杯中的铁水凝固后取出，压铁放置时间1小时。
所述打箱、清砂的具体操作为：清除浇注的铸型上的碎铁块，操作时温度290℃；去除芯骨与芯砂，抛丸，采用砂轮机打磨，磨掉飞边、毛刺、多肉和浇冒口残余部分，即得铸件。
铸造过程环境照片见图1，与图2(对比例-使用煤粉)对比可知，使用本发明提供的兰炭粉组合物及型砂制备铸件，对车间环境影响很小，环境污染小。车间环境空气采样(检测项目标准见表3)检测结果见表4，可以看出，使用本发明提供的兰炭粉组合物及型砂进行铸件，车间环境空气中TSP、PM10、PM2.5、二氧化硫均比对比例(使用煤粉及含煤粉的型砂)有所降低，车间环境有所改善，环境污染小，同时间接证明硫含量低，对铸件的机械性能不良影响小。所得铸件照片如图3所示，与图4(对比例-使用煤粉)对比可知，使用本发明提供的兰炭粉组合物及型砂制备铸件，铸件表面光滑，气孔、砂眼少，铸件质量有所提升。
表3检测项目标准
表4实施例3、对比例车间环境空气采样检测结果
实施例4
含有兰炭粉组合物的型砂用于铸件：
本实施例使用的型砂是实施例2(五)制备的型砂。
步骤为：(1)造型：利用含有兰炭粉组合物的型砂造型；(2)浇注；(3)打箱、清砂。
所述造型的具体操作为：机械混砂线混砂、落砂、输送到造型线，进行机械造型，得到砂型。
所述浇注的具体操作为：烧铁水，将铁水浇注到型腔内，浇注时对准浇口杯的浇口，浇注温度为1350℃，浇注时并引气，浇注操作时间3min,浇口杯中的铁水凝固后取出，压铁放置时间1.5小时。
所述打箱、清砂的具体操作为：清除浇注的铸型上的碎铁块，操作时温度250℃；去除芯骨与芯砂，抛丸，采用砂轮机打磨，磨掉飞边、毛刺、多肉和浇冒口残余部分，即得铸件。
对比例
用实施例2(五)的步骤制备型砂，区别在于用铸造煤粉替代兰炭粉组合物。
利用制备的型砂，参照实施例3步骤制备铸件，车间环境空气采样(检测项目标准见表3)检测结果见表4，铸造过程照片见图2，所得铸件照片见图4。

Claims (10)

1.一种兰炭粉组合物，其特征在于：含有兰炭粉，还含有机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中兰炭粉含水量1(wt)％-10(wt)％，粒度为180目-200目；石墨粉粒度为100-180目，沥青粒度为100-180目。
3.根据权利要求1所述的兰炭粉组合物，其特征在于：兰炭粉组合物中，各组分按质量分数计，兰炭粉含量为50-99％，机油、沥青、石墨粉中的一种或两种或三种的混合物的总含量为1-50％，其中机油的含量为0％-2％。
4.一种权利要求1-3任一项所述兰炭粉组合物在铸造中的应用。
5.根据权利要求4所述应用，其特征在于：具体为：(1)制砂：制备含有兰炭粉组合物的型砂备用；(2)造型：利用步骤(1)得到的型砂造型；(3)浇注；(4)打箱、清砂。
6.根据权利要求5所述应用，其特征在于：所述步骤(1)型砂的制备方法为：将回用砂、新砂、膨润土、兰炭粉组合物按照回用砂95-98份，新砂2-5份，膨润土0.33-0.5份，兰炭粉组合物0.2-0.8份的重量份比例干混后，加入总重量2％-5％的水湿混即得到含有兰炭粉组合物的型砂；上述除兰炭粉组合物外所有原料在干混前经过粉碎过筛，所述过筛为过80-150目筛。
7.一种含有权利要求1-3任一项所述兰炭粉组合物的型砂，其特征在于：含有回用砂，新砂，膨润土，兰炭粉。
8.根于权利要求7所述型砂，其特征在于：优选的，所述型砂中，各个组分按质量份数计，含有回用砂95-98份，新砂2-5份，膨润土0.33-0.5份，兰炭粉组合物0.2-0.8份。
9.一种权利要求7或8所述型砂在铸造中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于：具体为：(1)造型：利用含有兰炭粉组合物的型砂造型；(2)浇注；(3)打箱、清砂。
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