CN108655335A

CN108655335A - 一种3d打印用陶粒砂的制备方法

Info

Publication number: CN108655335A
Application number: CN201710213395.7A
Authority: CN
Inventors: 张景豫; 郭永斌; 张勇
Original assignee: Ningxia Kocel Pattern Co Ltd
Current assignee: Ningxia Kocel Pattern Co Ltd
Priority date: 2017-04-01
Filing date: 2017-04-01
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发涉及铸造砂再生技术领域中的一种3D打印用陶粒砂的制备方法，本方法铸造回收砂中粒度过细无法再次回收的砂料，经过物理除杂，高温焙烧除去粘结剂和树脂杂质后与铝土矿以适当配比混合，配得符合3D打印用砂成分要求的砂料，然后组过制粒，粒径筛选，烧结制成一定粒径范围的陶粒砂，用于3D打印时，具有夯实性好、耐火度高、回收率高、细颗粒物含量低不易起灰尘的特点，可有效延长3D打印机打印头寿命30%以上，铸件表面缺陷减少50%以上。同时本发明的方法中利用的是无法再次回收再生的铸造废砂，通过本发明方法的回收利用，提高了铸造用砂的循环使用的利用率，减少铸造废砂的排放问题，并降底陶粒砂的生产成本。

Description

一种3D打印用陶粒砂的制备方法

技术领域

本发明涉及铸造用砂料领域，特别涉及一种3D打印用陶粒砂的制备方法，制得的陶粒砂特别适用于砂型的3D打印中。

背景技术

铸造用砂中，目前最广泛的是硅砂，我国铸造业目前每年铸造砂用量超过25000万t，其中硅砂占比超过95%。大部分硅砂经过回收实现再利用，但我国每年仍有超过300万t的无法再生的废砂因破碎粒度过细等原因废弃，造成严重环境污染和硅砂资源浪费。同时铸造硅砂在使用的过程中，由于其较易破碎，产生的粉尘对人的危害很大，容易引起矽肺病等铸造职业病。

3D打印即“快速成型技术”，也被称作“增材制造技术”，是一种不再需要传统的道具、夹具和机床就可以打印出任一形状物体的技术，是根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成所需实物。这种通过增材制造3D打印铸造砂型的工艺，大大简化了铸造工艺流程，降低了砂型制作的劳动强度。其在使用过程中极易破碎产生粉尘等微小颗粒。而3D打印机的打印头作为核心部件，其喷墨孔距离砂面近，容易被砂子中的微小颗粒堵塞，从而导致打印头寿命变短，增加了设备故障的频率和维护成本。而陶粒砂由于具有细颗粒物含量低的特点，尤其适用于3D打印。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印用陶粒砂的制备方法，可以实现无法再次回收利用的铸造废砂与一定比例铝土矿混合制成一定粒径范围的粉尘含量少的陶粒砂，特别适用于3D打印中，并且实现铸造废砂的回收利用。

本发明的目的是这样实现的，一种3D打印用陶粒砂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将再生后分离出的铸造废砂初步筛选，除去炉渣、铁屑等杂质；

第二步，将初步筛选后的铸造废砂送入连续式翻转焙烧炉在500-1200℃条件焙烧1小时以上，然后冷却至室温备用，焙烧后的铸造废砂的各组份的质量百分含量为：SiO₂含量≥60%，Al₂O₃含量2%-25%，Fe₂O₃含量≤12%，Na₂O+K₂O含量0.1%-5.0%，平均细度AFS≥80，灼减量≤1%；

第三步，选用质量含量为Al₂O₃≥60%，Fe₂O₃≤5%铝土矿，将其破碎至10mm以下备用；

第四步，按质量比取第二步焙烧处理的铸造废砂35~70%，第三步处理过铝土矿25~60%，其他助剂0.5~5%，分别送入球磨机中进行研磨和混料，研磨后过400目筛，将过筛后筛下的微粒料，送入储料罐静置备用；

第五步，将上步制得的物料送入圆盘式制粒机制粒，制得粒径为0.07—0.6mm的生粒；

第六步，将上步制得的生粒送入滚筒式筛分机进行筛分，筛选后的生料送入回转式烘干机中以温度为100~120℃烘干0.5—2小时，并筛除粒径小于0.07mm的生粒并重新送入第五步的制粒机中重新参与制粒；

第七步，将上步烘干筛分后的生粒送入回转窑以1000~1450℃烧结0.5-2小时；

第八步，烧结后的半成品送入冷却机冷却，冷却至室温后送入成品库。

本发明的陶粒砂制备方法中，采用的铸造废砂一般为粒度过细无法再次回收的砂料，经过物理除杂，高温焙烧除去粘结剂和树脂杂质后与铝土矿以适当配比混合，配得符合3D打印用砂成分要求的砂料，然后组过制粒，粒径筛选，烧结制成一定粒径范围的陶粒砂，用于3D打印时，具有夯实性好、耐火度高、回收率高、细颗粒物含量低不易起灰尘的特点，可有效延长3D打印机打印头寿命30%以上，铸件表面缺陷减少50%以上。同时本发明的方法中利用的是无法再次回收再生的铸造废砂，通过本发明方法的回收利用，提高了铸造用砂的循环使用的利用率，减少铸造废砂的排放问题，并降底陶粒砂的生产成本。

作为本发明的优选，所述第二步中，采用螺旋送料机以2.5—3吨/小时的速料速度，送入连续式翻转焙烧炉中，所述翻转焙烧炉的转速为3-5转/分钟。

为进一步保证陶粒砂组份符合3D打印用砂的要求，所述第四步中，铸造废砂与铝土矿混合后的混合物中各组分的质量百分含量为：SiO₂：35%-60%，Al₂O₃:30%-60%，Fe₂O₃：≤8%，CaO：≤3%，MgO≤3%。

为保证陶粒砂的质量要求，所述第八步中，冷却机的冷却工艺为：当物料温度大于800℃时，冷却速度为40℃—50℃/小时，当物料温度小于800℃时，冷却速度80-100℃/小时。

进一步地，所述第四步中的其它助剂为氧化镁、氧化硼、白云石砂、磷铁矿的一种或几种任一比的混合物。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法作进一步详细说明。

实施例1

本实施例的3D打印用陶粒砂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将再生后分离出的铸造废砂初步筛选，除去炉渣、铁屑等杂质；第二步，将初步筛选后的铸造废砂送入连续式翻转焙烧炉在1150℃—1200℃条件下焙烧1小时，然后冷却至室温备用，焙烧后的铸造废砂的各组份的质量百分含量为：SiO₂含量72%，Al₂O₃含量20%，Fe₂O₃含量7.5%，Na₂O+K₂O含量 2.5%，平均细度AFS≥80，灼减量约为0.5%；第三步，选用质量含量为Al₂O₃≥60%，Fe₂O₃≤5%的铝土矿，将其破碎至10mm以下备用；本实用例中的铝土矿中，Al₂O₃的质量含量为65%，Fe₂O₃的质量含量为3.5%，其余为矿土中不避免的杂质；第四步，按质量比取第二步焙烧处理的铸造废砂65%，第三步处理过铝土矿32%，其他助剂3%，其中其它助剂为氧化镁和氧化硼的等比例混合物；将上述比例的混合物分别送入球磨机中进行研磨和混料，研磨后过400目筛，将过筛后筛下的微粒料，送入储料罐静置备用；经本步混合后的物料各组份含量为：SiO₂：56%，Al₂O₃:38%，Fe₂O₃：3.5%，CaO：1%，MgO：1%，其余为杂质；第五步，将上步制得的物料送入圆盘式制粒机制粒，制得粒径为0.07—0.6mm的生粒；第六步，将上步制得的生粒送入滚筒式筛分机进行筛分，筛选后的生料送入回转式烘干机中以120℃的温度烘干2小时，然后筛除粒径小于0.07mm的生粒并重新送入第五步的制粒机中重新参与制粒；第七步，将上步烘干筛分后的生粒送入回转窑以1450℃烧结；第八步，将上步烧结后的半成品送入冷却机冷却，当物料温度大于800℃时，以50℃/小时的冷却速度冷却至800℃后，以95℃/小时的冷却速度冷却至室温完成陶粒砂的制备，并将成品陶粒砂送入成品库。经本实施例制备的陶粒砂，粒度小于5um的微小颗粒含量低于0.5%。

实施例2

本实施例的3D打印用陶粒砂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将再生后分离出的铸造废砂初步筛选，除去炉渣、铁屑等杂质；第二步，将初步筛选后的铸造废砂送入连续式翻转焙烧炉在650℃条件下焙烧2.5小时，然后冷却至室温备用，焙烧后的铸造废砂的各组份的质量百分含量为：SiO₂含量78%，Al₂O₃含量25%，Fe₂O₃含量5.5%，Na₂O+K₂O含量 4.5%，平均细度AFS≥80，灼减量约为0.8%；第三步，选用质量含量为Al₂O₃≥60%，Fe₂O₃≤5%的铝土矿，将其破碎至10mm以下备用；本实用例中的铝土矿中，Al₂O₃的质量含量为63%，Fe₂O₃的质量含量为4.5%，其余为矿土中不避免的杂质；第四步，按质量比取第二步焙烧处理的铸造废砂45%，第三步处理过铝土矿50%，其他助剂为50%的白云石；将上述比例的混合物分别送入球磨机中进行研磨和混料，研磨后过400目筛，将过筛后筛下的微粒料，送入储料罐静置备用；经本步混合后的物料各组份含量为：SiO₂：40%，Al₂O₃:52%，Fe₂O₃：5.5%，CaO：2%，其余为杂质；第五步，将上步制得的物料送入圆盘式制粒机制粒，制得粒径为0.07—0.6mm的生粒；第六步，将上步制得的生粒送入滚筒式筛分机进行筛分，筛选后的生料送入回转式烘干机中以120℃的温度进行烘干1.5，然后筛除粒径小于0.07mm的生粒并重新送入第五步的制粒机中重新参与制粒；第七步，将上步烘干筛分后的生粒送入回转窑以1350℃烧结；第八步，将上步烧结后的半成品送入冷却机冷却，当物料温度大于800℃时，以50℃/小时的冷却速度冷却至800℃后，以95℃/小时的冷却速度冷却至室温完成陶粒砂的制备，并将成品陶粒砂送入成品库。经本实施例制备的陶粒砂，粒度小于5um的微小颗粒含量低于0.5%。

经本发明的上述实施例制得的陶粒砂粒形好，粉尘等微小颗粒含量少，密度为1.4~1.8Kg/L，角形系数≤1.1，机械再生破碎率≤2%，耐火度达到1200℃~1800℃，细于75um的微小颗粒含量少于0.5%。使用此陶粒砂作为3D打印材料打印铸造砂型进行铸造，可有效延长3D打印机打印头的寿命，并减少铸件表面粘砂、脉状纹等缺陷。实际应用于铸造砂型3D打印，可有效延长3D打印机打印头寿命30%以上，铸件表面缺陷减少50%以上。

Claims

1.一种3D打印用陶粒砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第七步，将上步烘干筛分后的生粒送入回转窑以1000~1450℃烧结0.5—2小时；

2.根据权利要求1所述的3D打印用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述第二步中，采用螺旋送料机以2.5—3吨/小时的速料速度，送入连续式翻转焙烧炉中，所述翻转焙烧炉的转速为3-5转/分钟。

3.根据权利要求1所述的3D打印用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述第四步中，铸造废砂与铝土矿混合后的混合物中各组分的质量百分含量为：SiO₂：35%-60%，Al₂O₃:30%-60%，Fe₂O₃：≤8%，CaO：≤3%，MgO≤3%。

4.根据权利要求1所述的3D打印用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述第八步中，冷却机的冷却工艺为：当物料温度大于800℃时，冷却速度为40℃—50℃/小时，当物料温度小于800℃时，冷却速度80-100℃/小时。

5.根据权利要求1所述的3D打印用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述第四步中，其它助剂为氧化镁、氧化硼、白云石砂、磷铁矿的一种或几种任一比的混合物。