CN108911765A - 一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法。该方法以焦宝石为主要原料，经干磨、湿磨、熔融、喷吹造粒、莫来石化、分级、级配得到主要基体组织为莫来石相的莫来石铸造砂。本发明所制备的莫来石铸造砂既具有熔融陶瓷砂表面光洁的优点，又具有烧结陶瓷砂耐磨损及耐冲击破碎性能好的优点。

Description

一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法
技术领域
本发明涉及一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，属于机械制造及自动化学科下的铸造技术领域。
背景技术
砂型铸造是铸件生产的主要工艺方法，由砂型铸造工艺生产的铸件占铸件总产量的80％以上。砂子是砂型铸造中形成铸型和芯子的骨料，是重要的砂型铸造用造型材料，它的物理和化学性能决定了其铸造工艺性能，影响着铸件的质量。铸造行业砂型铸造所用的原砂主要是石英砂，但由于其热膨胀性大，在金属氧化物作用下热化学稳定性差，铸件易产生粘砂、脉纹、表面粗糙等铸造缺陷，因此，石英砂不是理想的铸造用造型材料。为了满足生产高端铸件的要求，在铸造生产过程中有时不得不采用锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂等特种砂来代替石英砂进行造型或制芯。特种砂资源短缺，价格昂贵，难以大量采用，并且锆砂存在放射性安全隐患，铬铁矿砂、镁橄榄石砂存在粒形不好，破碎率高等问题。为了破解铸造砂给铸造生产带来的难题，人造陶瓷铸造砂应运而生。
人造陶瓷铸造砂主要有熔融陶瓷铸造砂和烧结陶瓷铸造砂两种类型。熔融陶瓷铸造砂粒形圆整，表面光洁，基体为非晶态组织，砂粒内部应力较大，在储存或应用过程中容易破碎。烧结陶瓷铸造砂粒形圆整，表面光洁性不及熔融陶瓷砂，基体为莫来石相和玻璃相，抗磨损及冲击破碎性能明显高于熔融陶瓷铸造砂，并且随着砂粒中莫来石相的增加烧结陶瓷砂的性能进一步提高。
发明内容
为了得到表面光洁、粒形圆整，基体组织为莫来石相的陶瓷铸造砂，本发明提供了一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法。该方法以焦宝石为主要原料经干磨、湿磨、熔融、喷吹造粒、莫来石化、分级、级配得到莫来石铸造砂。本发明所制备的莫来石铸造砂既具有熔融陶瓷砂表面光洁的优点，又具有烧结陶瓷砂耐磨损及耐冲击破碎性能好的优点。
本发明的技术方案是：一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，
1)以焦宝石为主料添加其他矿物，按照Al2O3占混合料质量的65％～68％，Al2O3/SiO2为2.2～3.2的质量比配制人工合成莫来石砂的原材料；
其中，其他矿物为高纯度(纯度≥99％)Al2O3或锻烧Al(OH)3。
2)将混合料先用球磨机干磨至325目以上，然后再湿磨至1000目以上。球磨一方面可以将配制好的原材料破碎到了一定的细度，另一方面可以实现原材料成分的均化，使其成分分布均匀。
3)对湿磨后的原材料进行干燥，使水分低于其质量的1％，并将干燥后的原材料放入电弧炉中熔融，熔融温度为2000℃以上；
4)在熔融料从电弧炉中流出时，用压缩空气对熔融料进行喷吹，将熔融料破碎为一个个小的液滴并同空气混合形成气液两相流，在空中飞行的过程中，一个个熔融的小液滴在表面张力的作用下自发地收缩为球形，并在空气的冷却作用下凝固为固体，形成具有玻璃态组织的人工合成莫来石砂的砂坯。
5)将所获得的人工合成莫来石砂的砂坯趁热装入滚筒窑中进行莫来石化；砂坯在重力作用下沿滚筒窑由进料端向出料端移动，砂坯装入滚筒窑中的温度变化为：由1200±100℃进入滚筒窑，在滚筒窑中被加热至1600±50℃并保温2-3h后，降温至200±50℃出窑。在此过程中砂子受热并发生从玻璃相向莫来石相的固态相变，最终从滚筒窑的出料端排出，得到主要基体组织为莫来石的莫来石砂，其形貌如图3所示。
6)对莫来石砂进行筛分并按铸造生产中对砂子粒度的级配要求进行级配即可得到人工合成制造的莫来石铸造砂。
本发明的有益效果为：
1)以焦宝石为主要原料合成制造出了主要基体组织为莫来石相的莫来石铸造砂，用于铸造生产后相比采用锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂等特种砂大大节约了铸造生产成本；
2)本发明砂坯趁热装入滚筒窑，充分利用了莫来石砂砂坯所具有的热能，在莫来石砂的制备过程中能量得到了充分的利用，具有节能的效果。
3)本发明人工合成制备的莫来石铸造砂即具有熔融陶瓷砂表面光洁的优点，又具有烧结陶瓷砂耐磨损及冲击破碎性能好的优点。
附图说明
图1以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂工艺流程；
图2人工合成莫来石铸造砂莫来石化的温度随时间的变化；
图3以焦宝石为主料人工合成莫来石铸造砂的形貌。
具体实施方式
实施例1
1)配料
配比：焦宝石中Al2O3含量一般为(质量分数)38％～55％，SiO2含量一般为(质量分数)40％～55％。以焦宝石为主要原料，按Al2O3含量为(质量分数)65％～68％，Al2O3/SiO2为2.2～3.2(质量比)的控制目标，向焦宝石中加入高纯度Al2O3或锻烧Al(OH)3。
2)将混合料先用球磨机干磨至325目以上，然后再湿磨至1000目以上。球磨一方面可以将配制好的原材料破碎到了一定的细度，另一方面可以实现原材料成分的均化，使其成分分布均匀。
3)将湿磨后的原材料进行干燥，使水分低于其质量的1％；
4)将干燥后的原材料放入电弧炉中在2000℃以上温度下进行熔融；
5)在熔融料从电弧炉中流出时，用0.4～0.8MPa的压缩空气对熔融料进行喷吹，将熔融料破碎为一个个小的液滴并同空气混合形成气液两相流，在空中飞行的过程中，一个个熔融的小液滴在表面张力的作用下自发地收缩为球形，并在空气的冷却作用下凝固为固体，形成具有玻璃态组织的人工合成莫来石砂的砂坯。
5)将所获得的人工合成莫来石砂的砂坯趁热装入50～80m长的滚筒窑中进行莫来石化。砂坯在重力作用下沿滚筒窑由进料端向出料端移动，从进料端到出料端窑内的温度分布及砂坯的停留时间如图2所示，由1200℃进入滚筒窑，在滚筒窑中被加热至1600℃并保温2-3h后，降温至200℃出窑。在此过程中砂子受热并发生从玻璃相向莫来石相的固态相变，最终从滚筒窑的出料端排出，得到主要基体组织为莫来石相的莫来石砂。
6)对莫来石砂进行筛分并按铸造生产中对砂子粒度的级配要求进行级配即可得到人工合成制造的莫来石铸造砂，其主要技术指标如表1所示，其形貌如图3所示。
表1以焦宝石为主料人工合成莫来石铸造砂的主要技术指标
从图3看出：其生产的莫来石铸造砂表面光洁、粒形圆整。从表1可以看出：本发明制备的莫来石铸造砂的主要技术指标符合国家标准中对铸造砂的要求。
在恒力自动压力机上采用Φ50.8mm模具进行压力试验，加压速度为：2min压力从零升至60MPa，保压2min后自动卸压，对石英砂和人造莫来石砂进行加压试验，石英砂的AFS细度从加压前的55.1增加至72.22，而人造莫来石砂的AFS细度仅从加压前的53.08升至了55.1。
将石英砂和人造莫来石砂分别放入容积为一升的氧化铝瓷球磨罐中球磨30min，石英砂的破碎率为2.47％，人造莫来石砂的破碎率为0.05％。
以上试验表明，人造莫来石砂具有好的抗压及抗冲击破碎性能。

Claims (6)

1.一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，包括以下步骤：
1)以焦宝石为主料添加其他矿物，按照Al2O3占混合料质量的65％～68％，Al2O3/SiO2为2.2～3.2的质量比配制人工合成莫来石砂的原材料；
2)将步骤1)的混合料先用球磨机干磨，然后再湿磨；
3)对湿磨后的原材料进行干燥，并将干燥后的原材料放入电弧炉中熔融；
4)在熔融料从电弧炉中流出时，用压缩空气对熔融料进行喷吹，将熔融料破碎为一个个小的液滴并同空气混合形成气液两相流，在空中飞行的过程中，一个个熔融的小液滴在表面张力的作用下自发地收缩为球形，并在空气的冷却作用下凝固为固体，形成具有玻璃态组织的人工合成莫来石砂的砂坯；
5)将所获得的人工合成莫来石砂的砂坯趁热装入滚筒窑中进行莫来石化；
6)对莫来石砂进行筛分并按铸造生产中对砂子粒度的级配要求进行级配即可得到人工合成制造的莫来石铸造砂。
2.如权利要求1所述的一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，所述步骤5)砂坯在重力作用下沿滚筒窑由进料端向出料端移动，砂坯装入滚筒窑中的温度变化为：由1200±100℃进入滚筒窑，在滚筒窑中被加热至1600±50℃并保温2-3h后，降温至200±50℃出窑。
3.如权利要求1所述的一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，所述步骤1)其他矿物为高纯度Al2O3或锻烧Al(OH)3。
4.如权利要求1所述的一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，所述步骤2)先用球磨机干磨至325目以上，然后再湿磨至1000目以上。
5.如权利要求1所述的一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，所述步骤3)干燥使水分低于其质量的1％。
6.如权利要求1所述的一种以焦宝石为主料人工合成制造莫来石铸造砂的方法，其特征是，所述步骤3)熔融温度为2000℃以上。
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