CN109108211B - 一种冷法无机磷酸盐覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷法无机磷酸盐覆膜砂及其制备方法，涉及铸造造型领域。本发明首先向原砂中加入原砂重量比例3％‑5％的无机磷酸盐粘结剂，通过混砂机充分混合均匀后，加入抗吸湿剂搅拌，持续通入液氮40.5‑162％(占原砂质量比)，使湿态砂冷冻固化后经破碎、过筛制得。该无机覆膜砂制备方法可用于替代常规覆膜砂生产与制芯工艺，具有传统覆膜砂与无机热法覆膜砂无可比拟的优点，具有低污染排放，低能耗，覆膜砂型强度高，在铸造行业具有广阔的应用前景。

Description

一种冷法无机磷酸盐覆膜砂及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于磷酸盐铸造覆膜砂，具体地涉及一种用于铸造的冷法无机覆膜砂及其制备方法。
背景技术
冷法无机磷酸盐覆膜砂是一种环保、低能耗的新型无机覆膜砂制备方法。目前铸造中采用的有机覆膜砂，砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。
传统的有机覆膜砂在制备过程中树脂的熔化需要消耗大量的能量，并且在造型、浇注过程中产生有毒气体，带来二次污染。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种环保型、低能耗的用于铸造无机磷酸盐覆膜砂及其制备方法，使磷酸盐粘结剂与原砂混合后通过液氮的低温凝固、破碎、筛分后得到分散状无机覆膜砂。然后使用常规的覆膜砂射砂工艺充填模具，加热固化成型。
本发明提供的方案如下：
一种冷法无机磷酸盐覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原砂及原砂重量比例3％-5％的无机磷酸盐粘结剂加入搅拌机，在室温条件下混合均匀，随后再加入抗吸湿剂搅拌均匀，得到湿态砂；
(2)向混合好的湿态砂中通入液氮，液氮的加入量为原砂质量比的40.5-162％，使湿态砂冷冻固化，得到大块状固态覆膜砂；
(3)将所得大块状固态覆膜砂在持续通入液氮的条件下通过破碎机破碎，筛分，得到颗粒分散的覆膜砂。
优选地，所述无机磷酸盐粘结剂的化学组分包括：磷酸165～167份，氢氧化铝粉末37～38份，硅酸2～3份，轻质氧化镁8～10份，纯净水98～100份，该无机磷酸盐的制备工艺可参考专利ZL201310164314.0。
优选地，所述原砂为70～140目的硅砂，所述磷酸为85％的工业级磷酸，所述氢氧化铝为320目的工业级氢氧化铝，所述液氮为工业级、所述硅酸和轻质氧化镁均为分析纯试剂。
优选地，所述抗吸湿剂为超细(1000目)镁砂粉。
优选地，步骤(3)破碎和筛分的设备均采用绝热材料包覆。
本发明还提供一种冷法无机磷酸盐覆膜砂，采用上述的方法制备得到。
本发明还提供一种采用冷法无机磷酸盐覆膜砂制备砂型的方法，首先采用上述的方法制备得到颗粒分散的冷法无机磷酸盐覆膜砂，然后将所得颗粒分散的冷法无机磷酸盐覆膜砂填充到模具中，加热固化成型。
优选地，上述颗粒分散的覆膜砂通过覆膜砂射芯机填充到模具中。
优选地，上述模具的温度为140℃～150℃，加热固化的时间为4分钟。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用冷冻法制备覆膜砂，既能获得流动性好的覆膜砂，又能通过加热固化成型，只需在传统覆膜砂射芯机上加装覆膜砂制备设备，并对射砂筒进行绝热改装即可进行射芯制样，对设备其它部分无特殊要求，节约成本。
2、相对于无机粘结剂的热法覆膜砂法，冷冻法覆膜过程无需加热，又无需再通热蒸汽使粘结剂软化后再加热固化，覆膜砂制备过程及成型过程均得到简化。
3、由于在冷冻状态下，抗吸湿剂不会与粘结剂反应，不影响型砂的可使用时间，但在加热状态下抗吸湿剂可加速固化，因此可降低固化温度，缩短固化时间，同时大幅提高固化砂型的抗吸湿性，达到了节能的目的。
4、无机粘结剂，无色、无味、无毒、绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容并不局限于此。
实施例1
1.称取原砂950g，无机磷酸盐粘结剂30g，备用；
2.将原砂，无机磷酸盐粘结剂二种材料加入搅拌机内，搅拌120S；
3.加入镁砂粉2份，继续搅拌30s；
4.搅拌机继续搅拌，持续向搅拌机通入液氮，使湿态覆膜砂处于液氮低温环境下冷冻固化，液氮加入量为0.5L(405g)；
5.将大块状固态覆膜砂利用搅拌机破碎；
6.破碎完成的覆膜砂经过筛分制得颗粒状覆膜砂；
7.将颗粒状覆膜砂通过射芯机射入模具(模具温度140℃，射砂压力4MPa)；
8.4分钟后打开模具顶出砂样。
实施案例2
1.称取原砂960g，无机磷酸盐粘结剂40g，备用；
2.将原砂，无机磷酸盐粘结剂二种材料加入搅拌机内，搅拌120S；
3.加入镁砂粉3份，继续搅拌30s；
4.搅拌机继续搅拌，持续向搅拌机加入液氮，使湿态覆膜砂处于液氮低温环境下冷冻固化，液氮加入量为1L(810g)；
5.将大块状固态覆膜砂利用搅拌机破碎；
6.破碎完成的覆膜砂经过筛分制得颗粒状覆膜砂；
7.将过筛砂通过射芯机射入模具(模具温度145℃，射砂压力4MPa)；
8.4分钟后打开模具顶出砂模。
实施案例3
1，称取原砂980g，无机磷酸盐粘结剂50g，备用；
2，将原砂，无机磷酸盐粘结剂二种材料加入搅拌机内，搅拌120S；
3，加入镁砂粉5份，继续搅拌30s；
4，搅拌机继续搅拌，持续向搅拌机加入液氮，使湿态覆膜砂处于液氮低温环境下冷冻固化，液氮加入量为2L(1620g)；
5，将大块状固态覆膜砂利用搅拌机破碎；
6，破碎完成的覆膜砂经过筛分制得颗粒状覆膜砂；
7，将过筛砂通过射芯机射入模具(模具温度150℃，射砂压力4MPa)；
8，4分钟后打开模具顶出砂模。
实验测试结果
对实施例1～3中制得的覆膜砂进行性能测试。
测试方法如下：将制得的覆膜砂利用射芯机制得标准的“8”字试样，将“8”字试样在150℃加热4min，硬化后测定抗拉强度，效果与热法覆膜砂的效果相当。
表格1不同粘结剂加入量覆膜砂砂样测定强度
Figure BDA0001799754260000041
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷法无机磷酸盐覆膜砂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将原砂及原砂重量比例3%-5%的无机磷酸盐粘结剂加入搅拌机，在室温条件下混合均匀，随后再加入抗吸湿剂搅拌均匀，得到湿态砂；
（2）向混合好的湿态砂中通入液氮，液氮的加入量为原砂质量比的40.5-162%，使湿态砂冷冻固化，得到大块状固态覆膜砂；
（3）将所得大块状固态覆膜砂在持续通入液氮的条件下通过破碎机破碎，筛分，得到颗粒分散的覆膜砂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机磷酸盐粘结剂的化学组分包括：磷酸165~167份，氢氧化铝粉末37~38份，硅酸2~3份，轻质氧化镁8~10份，纯净水98~100份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原砂为70~140目的硅砂。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸为85%的工业级磷酸，所述氢氧化铝为320目的工业级氢氧化铝。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述液氮为工业级，所述硅酸和轻质氧化镁均为分析纯试剂。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗吸湿剂为1000目超细镁砂粉。
7.一种冷法无机磷酸盐覆膜砂，其特征在于，采用上述权利要求1~6任一项所述的方法制备得到。
8.一种采用冷法无机磷酸盐覆膜砂制备砂型的方法，其特征在于，首先采用上述权利要求1~6任一项所述的方法制备得到颗粒分散的冷法无机磷酸盐覆膜砂，然后将所得颗粒分散的冷法无机磷酸盐覆膜砂填充到模具中，加热固化成型。
9.根据权利要求8所述的制备砂型的方法，其特征在于，颗粒分散的覆膜砂通过覆膜砂射芯机填充到模具中。
10.根据权利要求8所述的制备砂型的方法，其特征在于，模具的温度为140℃~150℃，加热固化的时间为4分钟。
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