CN108465772A - 一种大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法：步骤一，将锆英砂原料进行筛分，使粒度范围在1‑2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的30‑40%，粒度范围在0.4‑0.5mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的10‑15%，粒度范围在0.1‑0.2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20‑25%，粒度在0.03‑0.05mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20‑35%；步骤二，将锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆进行混合，在混砂机中初步混合5分钟后，加入去离子水再持续混合至均匀，即得所需型砂。本发明提供了一种透气性好、强度高、耐高温性能好的不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法。

Description

一种大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢铸造用材料领域，具体涉及一种大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法。

背景技术

砂型铸造是现有技术中常用的一种铸造方法，钢铁材料和大多数的有色金属合金材料的铸件均可采用砂型铸造工艺来获得。砂型铸造工艺过程中所需要的原料型砂廉价易得，砂型铸造工艺过程简单、铸造工艺针对铸件单件生产和批量生产均能适应，因此砂型铸造广泛应用于各类合金铸件的制造过程中。型砂是砂型铸造工艺的最主要的原料，是制备铸造用型腔的成型材料。现有技术中的型砂原料为铸造用砂和粘结剂的混合物，铸造用砂主要是指硅质砂，如石英砂，应用的最为广泛的粘结剂为粘土类的原料，也可以使用干性油、水溶性硅酸盐或者磷酸盐或者各种树脂原料。

不锈钢制件的铸造也多采用砂型铸造工艺，在现有技术中，大型不锈钢制件整体的砂型铸造工艺非常难，究其原因在于：1、不锈钢熔液温度较普通合金熔液温度更高，其熔液浇入铸型后，型砂受到高温后产生的气体以及型腔内的气体必须迅速从铸型内排出去，否则就会残留在铸件内部或者表面，形成缺陷，体积越大、铸造温度越高的工艺过程中，气体就越难快速有效排出；2、用于不锈钢铸造的型砂强度需要比普通型砂提高，否则在铸造过程中容易破坏铸型表面；3、不锈钢铸造过程中温度高，就对型砂的耐高温性提出了更高的要求。

发明内容

为了解决所述现有技术的普通型砂无法满足大型不锈钢制件整体铸造工艺的要求的问题，本发明提供了一种透气性好、强度高、耐高温性能好的不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将锆英砂原料进行筛分，使粒度范围在1-2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的30-40%，粒度范围在0.4-0.5mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的10-15%，粒度范围在0.1-0.2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20-25%，粒度在0.03-0.05mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20-35%；

步骤二，将锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆进行混合，在混砂机中初步混合5分钟后，加入去离子水再持续混合至均匀，即得所需型砂。

本发明的整体技术路线为：首先选用存在特定粒度分布的锆英砂作为型砂的主体原料，选用锆英砂的原因在于，锆英砂的耐热性、塑形和受热后的强度比石英砂更好，更加适合用于需要耐受更高温度、更长时间耐高温、耐受更高的强度和硬度的工艺过程中。锆英砂原料采用间断性的粒度分布原料，使制备完成的砂型存在天然的透气孔隙，若使用连续分布的锆英砂原料，在浇铸过程中，一旦遇到高温砂型会形成较为致密的结构，而采用本发明中的粒度分布的原料则会在砂型中形成自然的、均匀的透气孔隙。然而单独采用锆英砂作为原料是远远不够的，其原因在于，锆英砂的粘度和成型性无法筑构较为复杂的砂型，因此在本发明中还添加了粘土成分用于提升型砂整体的粘粘性，同时添加了改性石墨粉体用于改善型砂制备成砂型后表面能，进一步地，通过添加碳化硅泥浆不仅提升了型砂整体的耐高温性能，同时还进一步提升了型砂整体的均匀性。

进一步地，步骤二中，粘土为膨润土、高岭土、蒙脱石、伊利石粉体中的一种，粒度不大于10μm。粘土成分选用廉价易得的膨润土、高岭土、蒙脱石、伊利石粉体，且选用与锆英砂粒度相适配的粒度范围，粘土粒度过大会影响型砂的粘结性，一旦出现过大的粘土颗粒，铸造过程中由于高温的影响会形成局部受热膨胀不均匀的情况，对制备出的铸件尺寸有不良的影响，铸造出的额铸件尺寸越大，影响越为明显。

进一步地，步骤二中，改性石墨粉体的制备方法为：将石墨片浸于氧化剂中，水浴加热至70-85℃，所述氧化剂为浓硫酸与饱和重铬酸钾水溶液以体积比1:1混合后的溶液；维持水浴温度反应4-6h后，过滤干燥，将得到的石墨置于饱和氯化铁溶液中，加热至70-85℃反应2-5h，反应过程中持续搅拌；反应完成后过滤干燥，将得到的石墨与碳化硅粉末混合，在行星式研磨机内研磨至颗粒粒度小于5μm。本发明中所采用的石墨粉体不仅能够起到改善型砂制备成砂型后表面能的效果。利用本发明中对石墨粉体的改性，使石墨粉体内形成具有一定热膨胀效果的石墨，在铸造工艺中，受到大量的热以后，石墨粉体的微膨胀有利于打开气体流通的孔隙，使排气更为顺畅。同时，石墨粉体的添加量不宜过高，否则回影响铸件尺寸，而且石墨粉体需与一定的碳化硅粉末混合进行使用，以控制石墨粉体在铸造过程中的烧损量。

进一步地，所述碳化硅粉末的添加量为制得的石墨质量的10-15%。

进一步地，步骤二中，所述碳化硅泥浆的制备方法为：将碳化硅粉中添加占其质量10-15%的氧化铝粉，混合均匀后加水混合，利用行星式研磨机研磨至均匀且固体颗粒粒度小于2μm，制得所需碳化硅泥浆。碳化硅泥浆中添加一定含量的氧化铝粉可使泥浆的粘弹性更好。

进一步地，所述碳化硅泥浆固含量为70-85%。

进一步地，所述碳化硅泥浆中还添加占碳化硅质量1-2%的分散剂。

进一步地，所述分散剂为EFKA4580。

进一步地，步骤二中，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：（0.08-0.12）：（0.05-0.1）：（0.1-0.15）。

进一步地，步骤二中，制得的型砂的含水量控制为3.5-4wt%。本发明中型砂的含水量略低于现有技术中的型砂（5%含水量左右），主要是由于添加了粘弹性好的碳化硅泥浆，从而不需要添加过多的水分即可成型。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种透气性好、强度高、耐高温性能好的不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法。

2、本发明中的专用型砂在大型不锈钢制件整体铸造工艺中能够迅速透气，提升了大型铸件的铸造品质。

3、本发明中的专用型砂能够够耐受1500℃的高温，适用于需要高温铸造的环境。

4、本发明中的专用型砂强度、韧性好，铸造过程中对压力的耐受能力高于现有技术中普通型砂20%以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

本实施例中的型砂制备的具体步骤如下：

步骤一，将锆英砂原料进行筛分，使粒度范围在1-2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的40%，粒度范围在0.4-0.5mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的10%，粒度范围在0.1-0.2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的25%，粒度在0.03-0.05mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的25%。

步骤二，将锆英砂原料、膨润土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆进行混合，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：0.1：0.1：0.12。在混砂机中初步混合5分钟后，加入去离子水再持续混合至均匀，即得所需型砂。所制得的型砂的含水量为3.8wt%。

所使用的膨润土原料粒度均不大于10μm，平均粒度为2μm。

改性石墨粉体的制备方法为：将石墨片浸于氧化剂中，水浴加热至80℃，氧化剂为浓硫酸与饱和重铬酸钾水溶液以体积比1:1混合后的溶液；维持水浴温度反应5h后，过滤干燥，将得到的石墨置于饱和氯化铁溶液中，加热至80℃反应4h，反应过程中持续搅拌；反应完成后过滤干燥，将得到的石墨与碳化硅粉末混合，碳化硅粉末的添加量为制得的石墨质量的12%，在行星式研磨机内研磨至颗粒粒度小于5μm。

碳化硅泥浆的制备方法为：将碳化硅粉中添加占其质量10%的氧化铝粉，混合均匀后加水混合，利用行星式研磨机研磨至均匀且固体颗粒粒度小于2μm，制得所需碳化硅泥浆，控制碳化硅泥浆固含量为85%。碳化硅泥浆中还添加占碳化硅质量1.7%的分散剂，分散剂选用EFKA4580。

实施例2

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：所使用的粘土为高岭土，且原料粒度均不大于10μm，平均粒度为2μm。

实施例3

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：所使用的粘土为蒙脱石粉，且原料粒度均不大于10μm，平均粒度为5μm。

实施例4

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：所使用的粘土为伊利石粉，且原料粒度均不大于10μm，平均粒度为5μm。

实施例5

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：步骤二中，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：0.1：0.1：0.15。所制得的型砂的含水量为4wt%。

实施例6

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：步骤二中，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：0.1：0.1：0.1。所制得的型砂的含水量为3.5wt%。

实施例7

本实施例中型砂的制备方法与实施例1大体相同，不同之处在于：步骤二中，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：0.1：0.1：0.13。所制得的型砂的含水量为3.6wt%。

将实施例1-7中制备得到的型砂均应用于不锈钢制件整体铸造过程中，铸造尺寸范围在50cm-100cm范围内，应用本发明实施例制备得到的型砂制成所设定的砂型，然后进行砂型铸造。由试验可知，本发明实施例中的专用型砂在大型不锈钢制件整体铸造工艺中能够迅速透气，提升了大型铸件的铸造品质，同时专用型砂能够够耐受1500℃的高温，适用于需要高温铸造的环境，进一步地，专用型砂强度、韧性好，铸造过程中对压力的耐受能力高于现有技术中普通型砂20%以上，使制备出的不锈钢铸件尺寸稳定均一。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，将锆英砂原料进行筛分，使粒度范围在1-2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的30-40%，粒度范围在0.4-0.5mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的10-15%，粒度范围在0.1-0.2mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20-25%，粒度在0.03-0.05mm的锆英砂占总体锆英砂原料质量的20-35%；

步骤二，将锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆进行混合，在混砂机中初步混合5分钟后，加入去离子水再持续混合至均匀，即得所需型砂。

2.如权利要求1所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：步骤二中，粘土为膨润土、高岭土、蒙脱石、伊利石粉体中的一种，粒度不大于10μm。

3.如权利要求1所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：步骤二中，改性石墨粉体的制备方法为：将石墨片浸于氧化剂中，水浴加热至70-85℃，所述氧化剂为浓硫酸与饱和重铬酸钾水溶液以体积比1:1混合后的溶液；维持水浴温度反应4-6h后，过滤干燥，将得到的石墨置于饱和氯化铁溶液中，加热至70-85℃反应2-5h，反应过程中持续搅拌；反应完成后过滤干燥，将得到的石墨与碳化硅粉末混合，在行星式研磨机内研磨至颗粒粒度小于5μm。

4.如权利要求3所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉末的添加量为制得的石墨质量的10-15%。

5.如权利要求1所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于： 步骤二中，所述碳化硅泥浆的制备方法为：将碳化硅粉中添加占其质量10-15%的氧化铝粉，混合均匀后加水混合，利用行星式研磨机研磨至均匀且固体颗粒粒度小于2μm，制得所需碳化硅泥浆。

6.如权利要求5所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：所述碳化硅泥浆固含量为70-85%。

7.如权利要求5所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：所述碳化硅泥浆中还添加占碳化硅质量1-2%的分散剂。

8.如权利要求7所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：所述分散剂为EFKA4580。

9.如权利要求1所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：步骤二中，锆英砂原料、粘土、改性石墨粉体、碳化硅泥浆的质量比为1：（0.08-0.12）：（0.05-0.1）：（0.1-0.15）。

10.如权利要求1所述大型不锈钢制件整体铸造专用型砂的制备方法，其特征在于：步骤二中，制得的型砂的含水量控制为3.5-4wt%。