CN108907067A - 陶粒覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明陶粒覆膜砂及其制备方法，属于铸造材料领域，具体涉及一种铸件用砂芯或壳芯材料及其制备方法。其目的是为了提供一种成本低、性能优良、制备简单的陶粒覆膜砂及其制备方法。本发明陶粒覆膜砂是由包括：100份原砂、1～3份酚醛树脂、0.01～0.2份偶联剂、0.1～0.45份固化剂、0.1～0.2份耐高温辅剂和0.05～0.3份润滑剂的原料制成的；所述原砂为陶粒砂或者陶粒砂与石英砂的混合物；所述份数均为质量份数。本发明的陶粒覆膜砂主要是利用了陶粒砂制备工艺简单、耐火度高、热膨胀率低、角形系数好等特点进行制备陶粒覆膜砂，本发明的陶粒覆膜砂的制备方法操作简便，所得陶粒覆膜砂性能优良，因此本发明具有良好的经济效益。

Description

陶粒覆膜砂及其制备方法
技术领域
本发明属于铸造材料领域，具体涉及一种铸型或型芯材料及其制备方法。
背景技术
在铸造生产过程中，组成铸型的骨料和主要成分为砂子。现阶段供覆膜砂铸型用的砂子主要为石英质砂、非石英质砂、人造砂等。其中，石英质砂子主要为普通的硅砂；非石英质砂又分为镁砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂等；人造砂又分为人工复合砂、顽辉石砂、碳粒砂等。
随着我国铸造行业的迅猛发展，对于铸造材料的要求越来越高，传统覆膜砂铸造用砂的一些缺点变得越来越突出。石英质的硅砂出现耐火度较低、热膨胀量大、角形系数较大、流动性差的缺点，引起铸件出现粘砂、脉纹、变形以及开裂等缺陷。而非石英质砂又分为镁砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂等虽然综合性能较高，但是资源稀缺、价格昂贵。同时也因为在生产过程中是由机械破碎，角形系数较大会消耗大量的粘结剂；人造复合砂虽然制作工艺简单，但因化学成分杂乱易引起铸件的冶金成分的变化，同时在高温环境时，人造砂因为制造工艺不同，可能会存在将有害的合金元素混到砂粒中，对铸件的冶金质量形成破坏，具体的会造成气孔、针孔、夹渣、粘砂等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、性能优良、制备简单的陶粒覆膜砂及其制备方法。其主要是利用了陶粒砂制备工艺简单、耐火度高、热膨胀率低、角形系数好等特点进行制备覆膜砂。
本发明涉及一种陶粒覆膜砂，所述陶粒覆膜砂是由包括：100份原砂、1～3份酚醛树脂、0.01～0.2份偶联剂、0.1～0.45份固化剂、0.1～0.2份耐高温辅剂和0.05～0.3份润滑剂的原料制成的；
所述原砂为陶粒砂或者陶粒砂与石英砂的混合物；
所述份数均为质量份数。
本发明的陶粒砂是采用铝矾土或者相近矿石(陶粒砂)粉碎至500目以下微粒后，加入相应的添加剂造粒，造成的陶粒经过烘干烧结成型，最终形成的。
优选地，所述陶粒砂晶相为莫来石。
优选地，所述陶粒砂的粒度为50～100目，陶粒砂的粒度根据铸件结构选取，结构不同粒度也不同。
优选地，所述陶粒砂中Al2O3≥55wt％，Si02≤40wt％，Fe2O3≤2wt％，TiO2≤3wt％，其它成分≤2wt％。
优选地，所述陶粒砂的性能参数如下：角形系数≤1.10、耐火度﹥1800℃、堆积密度为1.45-1.54g/cm3、热膨胀系数为4.5-6.5×10-6K、灼减量<0.1％。
本发明的陶粒砂符合表1中参数：
表1本发明中陶粒覆膜砂的性能参数
上表中，角形系数：表示原砂平均粒形的参数；
耐火度：表征物体抵抗高温而不熔化的性能指标；
堆积密度：把陶粒砂自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量；
热膨胀系数：物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示；
抗烧结性能：原砂在某一温度条件下对高温的抵抗性能；
灼减量：原砂或者覆膜砂在1000℃条件下灼烧0.5h后质量的减少量所占总质量的百分比。
优选地，所述偶联剂为聚丙烯酰胺；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述耐高温辅剂为耐热剂；所述润滑剂为硬脂酸钙润滑剂。
本发明中使用的偶联剂、耐高温辅剂不会影响覆膜砂砂芯的强度、灼烧减量和发气量等技术指标。
本发明还涉及一种陶粒覆膜砂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原砂加热：将原砂升温加热至130±5℃；
(2)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(3)筛分冷却：将步骤(2)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到50℃以下，得到本发明的陶粒覆膜砂；
所述原砂为陶粒砂或者陶粒砂与石英砂的混合物。
优选地，所述制备方法中各原料的量按照质量份数分别如下：原砂100份、酚醛树脂1～3份、偶联剂0.01～0.2份、固化剂0.1～0.45份、耐高温辅剂0.1～0.2份和润滑剂0.05～0.3份。
优选地，所述偶联剂为聚丙烯酰胺；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述耐高温辅剂为耐热剂；所述润滑剂为硬脂酸钙润滑剂。
本发明的陶粒覆膜砂制备过程中，在陶粒砂达到温度后，加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入固化剂和偶联剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，待覆膜反应完成后对砂子进行破碎筛分即可，在整个过程中始终进行搅拌。
本发明的陶粒覆膜砂利用陶粒砂取代传统用砂制作覆膜砂，具体的：首先，本发明的陶粒砂覆膜砂的堆积密度小、角形系数好，同等重量条件下比表面积大，在制备覆膜砂过程中消耗的粘结剂要少。其次，本发明的陶粒砂覆膜砂中陶粒砂的晶相以莫来石为主(现有的陶粒砂的晶相为莫来石或者堇青石，或者二者的混合物)，具有很强的耐高温性能以及良好的热稳定性，有助于保证铸件的尺寸精度。再次，本发明的陶粒砂覆膜砂颗粒较为圆整，流动性和透气性均要强于普通覆膜砂，具有良好的铸造综合性能，在制备陶粒砂覆膜砂过程中其具有更好的覆膜效果。最后，本发明的陶粒覆膜砂制备工艺简单，简单易得，在制备过程中无需消耗大量的能量，相对其他常用的覆膜砂用原砂成本要更为低廉。
本发明中的陶粒砂是利用各类粘土、板岩、页岩、煤矸石、及工业固体废弃物等多种原料，经过陶瓷烧结而成的铸造用砂。
晶相：陶粒内部晶体组织的微观结构，是表示组成陶粒的物相。
莫来石：指的是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，莫来石是Al2O3-SiO2系中稳定的二元化合物。
本发明的陶粒覆膜砂及其制备方法与现有技术不同之处在于：
1、技术方面：陶粒砂覆膜砂采用以莫来石为主要晶相的陶粒砂制备，该种覆膜砂具有较低的热膨胀性能，很高的耐火度和优良的抗金属渗透能力及抗粘砂能力。本发明的陶粒覆膜砂生产的铸件光洁无粘砂缺陷，尺寸精度好，同时本发明的陶粒覆膜砂砂型溃散性较好，铸件容易清理；陶粒砂覆膜砂较为圆整，角形系数好，具有良好的流动性和透气性。该种陶粒砂覆膜砂属于非石英质型砂，对应的陶粒砂覆膜砂既适用于碱性金属又适用于酸性金属的铸造。
2、环境保护资源节约方面：本发明的陶粒覆膜砂以冶金、耐火材料、矿山等活性废弃物(陶粒砂)为原料，采用固相低温烧结工艺制备得到。本发明的制备过程中使用的原材料为循环使用的废弃物，减少了日益匮乏的硅砂资源的消耗；制备过程中只需消耗较少的能源即可，减少了对能源的大量需求和消耗；同时，本发明的陶粒砂覆膜砂由于其原料陶粒砂自身的致密性好、强度高，在使用过后，即使重复再生使用也很少出现破碎，减少了铸造过程中粉尘、废弃物的排放，对环境保护资源节约具有重要的意义。
3、经济效益方面：本发明中使用陶粒砂部分或者全部替代新砂(石英砂)制备陶粒砂覆膜砂，可以大大降低新砂的消耗；又因陶粒砂覆膜砂的成本较低，降低了铸造企业的原材料采购成本；同时，在陶粒砂覆膜砂使用过程中具有良好的铸造性能，提高了铸件产品的生产合格率，提高了铸造生产的经济效益；陶粒砂覆膜砂经过使用后，可以回收再生，不断重复使用，进一步降低了铸造厂的成本。总的来讲使用陶粒砂覆膜砂，能够使铸造企业获得良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的制备方法制得的陶粒覆膜砂外观图。
具体实施方式
通过以下实施例和验证试验对本发明的陶粒覆膜砂及其制备方法作进一步的说明。
实施例1
本实施例中的陶粒覆膜砂按以下步骤制备得到：
(1)原料称取：按照表2中的量称取各原料；
(2)原砂加热：将原砂用斗提机送入批次加热机升温加热至125℃；
(3)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(4)筛分冷却：将步骤(3)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到50℃，得到本实施例的陶粒覆膜砂。
步骤(3)中具体地，先向加热后的原砂中加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入偶联剂和固化剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，在整个过程中始终进行搅拌。
制备完成后即可采用内袋为防潮的塑料袋密封，外袋为编织袋对覆膜砂进行包装入库保存。
实施例2
本实施例中的陶粒覆膜砂按以下步骤制备得到：
(1)原料称取：按照表2中的量称取各原料；
(2)原砂加热：将原砂用斗提机送入批次加热机升温加热至135℃；
(3)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(4)筛分冷却：将步骤(3)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到40℃，得到本实施例的陶粒覆膜砂。
步骤(3)中具体地，先向加热后的原砂中加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入偶联剂和固化剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，在整个过程中始终进行搅拌。
实施例3
本实施例中的陶粒覆膜砂按以下步骤制备得到：
(1)原料称取：按照表2中的量称取各原料；
(2)原砂加热：将原砂用斗提机送入批次加热机升温加热至130℃；
(3)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(4)筛分冷却：将步骤(3)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到30℃，得到本实施例的陶粒覆膜砂。
步骤(3)中具体地，先向加热后的原砂中加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入偶联剂和固化剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，在整个过程中始终进行搅拌。
实施例4
本实施例中的陶粒覆膜砂按以下步骤制备得到：
(1)原料称取：按照表2中的量称取各原料；
(2)原砂加热：将原砂用斗提机送入批次加热机升温加热至135℃；
(3)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(4)筛分冷却：将步骤(3)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到10℃，得到本实施例的陶粒覆膜砂。
步骤(3)中具体地，先向加热后的原砂中加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入偶联剂和固化剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，在整个过程中始终进行搅拌。
实施例5
本实施例中的陶粒覆膜砂按以下步骤制备得到：
(1)原料称取：按照表2中的量称取各原料；
(2)原砂加热：将原砂用斗提机送入批次加热机升温加热至128℃；
(3)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(4)筛分冷却：将步骤(3)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到0℃，得到本实施例的陶粒覆膜砂。
步骤(3)中具体地，先向加热后的原砂中加入酚醛树脂进行搅拌，搅拌均匀使陶粒砂表面形成树脂覆膜后，加入偶联剂和固化剂，并覆膜在砂粒表面，以增强树脂性能，然后再加入耐高温辅剂和润滑剂保证覆膜砂在使用过程中的强度以及流动性，在整个过程中始终进行搅拌。
表2实施例1-5中各原料的选择和用量(单位：kg)
以上实施例中采用的陶粒砂为莫来石晶相的陶粒砂，所述陶粒砂的粒度为50～100目，同时所述陶粒砂中Al2O3≥55wt％，Si02≤40wt％，Fe2O3≤2wt％，TiO2≤3wt％，其它成分≤2wt％。陶粒砂与石英砂的性能对比如表3所示。采用的偶联剂为聚丙烯酰胺；固化剂为六亚甲基四胺；耐热剂选择刚玉粉(三氧化二铝)；润滑剂为硬脂酸钙润滑剂，具体为石家庄丰联精细化工有限公司生产的硬脂酸钙。
表3陶粒砂与石英砂的性能参数
检测项目 陶粒砂检测结果 石英砂检测结果
角形系数 ≤1.10 ≤1.3
耐火度(℃) ＞1800 ＞1380
堆积密度(g/cm3) 1.45-1.54 1.35-1.45
热膨胀系数(K) 4.5-6.5×10-6 5-7.5×10-6
灼减量(％) ＜0.1 ＜0.2
验证试验
采用本发明的方法制备得到的陶粒覆膜砂如图1所示，本发明的陶粒砂覆膜砂颗粒较为圆整，流动性和透气性均要强于普通覆膜砂，具有良好的铸造综合性能，在制备陶粒砂覆膜砂过程中其具有更好的覆膜效果。按照GB/T8583-2008的标准对实施例1-5中制得的陶粒覆膜砂的相关性能进行检测，检测的结果如表4所示。
表4本发明的陶粒覆膜砂的性能与现有技术的对比
通过上表可知本发明的陶粒砂具有良好的流动性、耐热性，同时其堆积密度较小、膨胀率低，具有良好的抗烧结性能。陶粒覆膜砂相对普通覆膜砂来说，各项性能指标均占优，其具有优良的综合性能。
对上述实施例1-5中制得的产品进行溃散性测试：800℃条件下，将覆膜砂八字试块灼烧120S，取出试块冷却到室温。用毛刷刷掉试块上散落的砂子，散落的砂子的重量与八字试块的重量的比值就是溃散性，比值越大溃散性越好。测试结果显示，常规覆膜砂溃散性70％左右，本发明的陶粒覆膜砂为90％以上。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种陶粒覆膜砂，其特征在于：所述陶粒覆膜砂是由包括：100份原砂、1～3份酚醛树脂、0.01～0.2份偶联剂、0.1～0.45份固化剂、0.1～0.2份耐高温辅剂和0.05～0.3份润滑剂的原料制成的；
所述原砂为陶粒砂或者陶粒砂与石英砂的混合物；
所述份数均为质量份数。
2.根据权利要求1所述的陶粒覆膜砂，其特征在于：所述陶粒砂的粒度为50～100目。
3.根据权利要求1所述的陶粒覆膜砂，其特征在于：所述陶粒砂中Al2O3≥55wt％，Si02≤40wt％，Fe2O3≤2wt％，TiO2≤3wt％，其它成分≤2wt％。
4.根据权利要求1所述的陶粒覆膜砂，其特征在于：所述陶粒砂的性能参数如下：角形系数≤1.10、耐火度﹥1800℃、堆积密度为1.45-1.54g/cm3、热膨胀系数为4.5-6.5×10-6K、灼减量<0.1％。
5.根据权利要求1所述的陶粒覆膜砂，其特征在于：所述偶联剂为聚丙烯酰胺；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述耐高温辅剂为耐热剂；所述润滑剂为硬脂酸钙润滑剂。
6.一种陶粒覆膜砂的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：
(1)原砂加热：将原砂升温加热至130±5℃；
(2)混砂覆膜：向加热后的原砂中依次加入酚醛树脂、偶联剂、固化剂、耐高温辅剂、润滑剂，混制均匀后，得到粗砂；
(3)筛分冷却：将步骤(2)得到的粗砂进行筛分去除30目以上和200目以下的杂质，然后降温到50℃以下，得到本发明的陶粒覆膜砂；
所述原砂为陶粒砂或者陶粒砂与石英砂的混合物。
7.根据权利要求6所述的陶粒覆膜砂的制备方法，其特征在于：所述制备方法中各原料的量按照质量份数分别如下：原砂100份、酚醛树脂1～3份、偶联剂0.01～0.2份、固化剂0.1～0.45份、耐高温辅剂0.1～0.2份和润滑剂0.05～0.3份。
8.根据权利要求7所述的陶粒覆膜砂的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为聚丙烯酰胺；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述耐高温辅剂为耐热剂；所述润滑剂为硬脂酸钙润滑剂。
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