CN109332575A - 一种特种砂-球形高岭土砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特种砂‑球形高岭土砂及其制备方法，采用生高岭土通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，生高岭土包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量≥45％，SiO₂含量≥45％，Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。本发明的有益效果是采用生高岭土Al₂O₃含量大于等于45％，晶相含量大于90％以上，经过高温熔融成球，晶相发生变化形成莫来石相大于90％以上，晶态的球形熔融生高岭土砂具有极低的膨胀率，制作型壳后可以保证铸件的尺寸精度。

Description

一种特种砂-球形高岭土砂及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其是涉及一种特种砂-球形高岭土砂及其制备方法。

背景技术

目前，铸造使用较为广泛的型砂是角形硅砂，因价格低廉，来源简单，故使用广泛，但因其具有不规则的角形形状，导致流动性差，填充率低，导致用硅砂形成的砂型不密实，表面粗糙，从而得到的铸件表面光洁度差，增大了后续工序难度。同时，硅砂主要成分是石英，浇注时受高温影响发生晶相变化，形成方石英，体积变化大，无法得到尺寸精度高的铸件，同样增大了后续工序难度。因此，出现了很多非角形的型砂，以提高砂型填充率和铸件尺寸精度。

中国专利02802406.0公开了一种球状氧化物粉末的制造方法及球状粉末制造装置、复合电介质材料、基板及基板的制造方法，提供一种球状氧化物粉末的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：由氧化物组合物构成的颗粒粉末与载气一起供给至燃烧火焰内的供给步骤；将供给的颗粒粉末在燃烧火焰内熔融来得到熔融处理物的熔融步骤和熔融处理物通过向燃烧火焰外移动而凝固的凝固步骤。

中国专利200810121382.8公开了一种微细的球形颗粒状二氧化硅的制备方法。它包括以下步骤：角形二氧化硅通过天然气和氧气的燃烧火焰的步骤；通过冷却区的步骤；颗粒分级的步骤。本发明采用纯氧和天然气相对格价低的能源，用高温火焰熔融角形二氧化硅颗粒，靠其熔融后的表面张力使之球化，由于纯氧和天然气的流量大，能将二氧化硅颗粒有效分散，减少了二氧化硅颗粒在表面熔融情况下结团的可能性，保证了最终产品的真球度。

200380105426.3球状型砂及其制造方法，其发明的特征在于：采用火焰熔融法将以Al₂O₃和SiO₂为主成分的粉末球状化，由此制造球形度高、吸湿率小的型砂，进而制造强度优良、具有平滑表面的铸型。

上述公开的专利中，有利用原料混合造粒成球并烧结制得的球形型砂及高硅质球形型砂，但其球形度不高，砂粒表面粗糙，使用粘结剂多，造成成本高，同时并没有提高填充率即铸件表面光洁度；另有公开专利的球形型砂，降低了砂粒的表面粗糙度，使用粘结剂少，球形度高，流动性好，提高了砂型填充率和铸件表面光洁度，因主要成分是氧化铝和氧化硅，比重大，砂型重，使工人劳动强度大，同时存在成本较高的问题。因此，目前铸造领域需研究一种比重小、角形系数低、砂粒表面光滑的型砂、膨胀系数低的型砂，以提高砂型填充率和铸件尺寸精度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种特种砂-球形高岭土砂及其制备方法，尤其适合铸造用铸型时使用，通过在高温富氧气氛下，将原料生高岭土颗粒熔融，得到表面光滑、膨胀系数低、角形系数地、灼减度低、密度小、耐火度高的球形高岭土砂。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种特种砂-球形高岭土砂，采用生高岭土通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，生高岭土包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量≥45％，SiO₂含量≥45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。

进一步的，球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为90-100％。

进一步的，球形高岭土砂的砂粒表面粗糙度小于0.3。

进一步的，球形高岭土砂球形度≥0.95。

进一步的，球形高岭土砂粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，生高岭土进行熔融球化：将生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉体内，通过富氧煅烧，生高岭土高温熔融球化。

进一步的，生高岭土进行熔融球化之前，还包括颗粒筛选分级，筛选分级粒度段为425-75μm。

进一步的，生高岭土熔融后还包括快速冷却和收集筛选分级，快速冷却速率为300-500℃/s，收集筛选分级粒度为425-75μm。

进一步的，生高岭土高温熔化球化的氧气过剩系数为1.1～1.5，天燃气用量为280～350m³/h，温度为2000～2400℃，熔融时间为1～3s。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，球形高岭土砂采用最紧密堆积原理进行型砂制备，并用于砂型铸造。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、该球形高岭土砂，采用Al₂O₃含量大于等于45％的生高岭土，晶相含量大于90％以上，经过高温熔融成球，晶相发生变化形成莫来石相大于90％以上，晶态的球形高岭土砂具有极低的膨胀率，制作型壳后可以保证铸件的尺寸精度；

2、该球形高岭土砂，密度小，是普通铸造砂的0.5倍，是常用球形型砂的0.4倍，在射芯制砂型时，密度最小的砂粒可以获得最大的运行速度，运行速度越大，砂型填充率越高，越致密，可以保证铸件高的表面光洁度；

3、采用球形高岭土砂的制备方法，生高岭土在高温富氧气氛下和天然气燃烧过程中被高温熔融球化，表面张力降低，经球化熔融进入快速冷却工序，快速冷却收集球形高岭土砂；

4、采用球形高岭土砂制备方法，将高岭土分级粒度段，分级成一个粒度段分别进行高温煅烧，可以节能，同时可以保证粒度段内的球形率高，避免出现大小颗粒混合高温煅烧，浪费能源，无法保证球形率，大颗粒球化需要能量高，小颗粒球化需要能量低，每个砂粒都能很好的熔融球化，保证质量同时节约球化能源，降低成本；

5、采用该球形高岭土砂制备方法制得球形高岭土砂，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，从而保证铸件表面质量光滑，球形高岭土砂球形度高，耐破碎率高，回收性好，环保绿色；

6、采用该制备方法制备的球形高岭土砂成品量和成品合格率高，采用相同量钢水浇铸的铸件，使用球形高岭土砂比原来工艺浇铸的铸件数量多，约多25％左右，显著提高了铸件效率；

7、采用球形高岭土砂制作成铸造砂，球形硅砂按分级粒度段经过科学的配比混合，砂型和砂芯致密，砂型和砂芯组合，浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，保证铸件的质量，节约成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明涉及一种特种砂-球形高岭土砂及其制备方法，具体说明了该特种砂-球形高岭土砂的组成及其制备该特种砂-球形高岭土砂的过程，该特种砂-球形高岭土砂采用生高岭土为原料，在球化炉中通过富氧煅烧，在高温状态下熔融球化，形成球形高岭土砂，该球形高岭土砂用于砂型铸造，因晶态的球形高岭土砂膨胀率极低，通过砂型铸造制作的型壳可以保证铸件的尺寸精度，且球形高岭土砂密度小，在射砂制作砂芯时，运行速度大，砂型填充率高，致密性高，能够保证铸件的表面光洁度高。

实施例一

一种特种砂-球形高岭土砂，其制备原材料为生高岭土，采用生高岭土通过高温熔融法进行生产，制得球形高岭土砂。这里，生高岭土的主要成分包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量为45％，SiO₂含量为45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。具有上述组分的生高岭土在球化炉内经过富氧煅烧，在高温下，生高岭土熔融球化，得到球形高岭土砂，该球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为90％，且球形高岭土砂的沙粒表面粗糙度为 0.3，球形高岭土砂的球形度为0.95，球形高岭土砂的粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，采用生高岭土作为原料，通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，具体包括以下步骤：

首先，进行生高岭土的筛选分级，对生高岭土进行颗粒筛选分级，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料进行球形高岭土砂生产，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料，进行球形高岭土砂生产，使得熔融球化后的球形高岭土砂的粒度达到砂型铸造用型砂的粒度的要求，使得球形高岭土砂的粒度达到425-75μm，满足砂型铸造使用要求。

其次，生高岭土筛选分级后，将筛选分级后符合规格要求的生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉内，生高岭土通过富氧煅烧，在高温下熔融球化，得到球形高岭土砂。具体地，生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备同时进入球化炉后，这里，分散设备为分散板，氧气和天然气燃烧，这里，氧气优选为富氧，富氧中氧气的纯度为93％，富氧和天然气燃烧，在燃烧过程中释放大量热量，生高岭土被高温熔融球化，天然气热值高，加入纯度为93％的氧气，使火焰温度达到2000℃以上能够瞬间融化固体生高岭土，形成液体后瞬间冷却，液体靠表面张力凝结成球，得到球形高岭土砂。

生高岭土在高温熔融球化过程中，通入富氧的氧气过剩系数为1.1，天然气用量为280m³/h，天然气和富氧燃烧的温度为2000℃，熔融时间为1s。则熔融后的球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为90％，且沙粒的表面粗糙度为0.3。氧气过剩系数指实际供给燃料燃烧的氧气量与理论氧气量之比，反应燃料与空气的配合比，使得氧气和天然气通过合理的配比，燃烧时达到高温，且该高温温度达到2000℃，能够将生高岭土熔融，进而进行球化。

生高岭土熔融球化后，进行快速冷却和收集筛选分级，熔融球化后的高岭土通过快速冷却，能够快速球化，生成球化高岭土砂，快速冷却速率为300 ℃/s，冷却后的球形高岭土砂进行筛选分级，该筛选分级按照粒度为425-75 μm进行分级，以使制得的球形高岭土砂满足砂型铸造使用的型砂的标准，满足球形高岭土砂作为砂型铸造时使用的型砂的要求。冷却速率指的是单位时间内物料温度的减少量，以此控制熔融后的生高岭土的球化速度。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，将制得的球形高岭土砂按照最紧密堆积原理，配制出合理的科学的粒度级配，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，采用致密的砂型和砂芯，能够保证铸件表面质量光滑。

采用该球形高岭土砂进行砂型铸造，首先将球形高岭土砂配制到铸造常用的型砂号，添加粘结剂，粘结剂为粘土、水玻璃、植物油或合成树脂等，优选的，粘结剂为酚醛树脂，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合后浇注铁水，铁水冷却，铸件成型，该铸件方法铸造的铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，铸件的质量得到保证。

实施例二

一种特种砂-球形高岭土砂，其制备原材料为生高岭土，采用生高岭土通过高温熔融法进行生产，制得球形高岭土砂。这里，生高岭土的主要成分包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量为45％，SiO₂含量为45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。具有上述组分的生高岭土在球化炉内经过富氧煅烧，在高温下，生高岭土熔融球化，得到球形高岭土砂，该球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为95％，且球形高岭土砂的沙粒表面粗糙度为 0.25，球形高岭土砂的球形度为0.95，球形高岭土砂的粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，采用生高岭土作为原料，通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，具体包括以下步骤：

首先，进行生高岭土的筛选分级，对生高岭土进行颗粒筛选分级，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料进行球形高岭土砂生产，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料，进行球形高岭土砂生产，使得熔融球化后的球形高岭土砂的粒度达到砂型铸造用型砂的粒度的要求，使得球形高岭土砂的粒度达到425-75μm，满足砂型铸造使用要求。

其次，生高岭土筛选分级后，将筛选分级后符合规格要求的生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉内，生高岭土通过富氧煅烧，在高温下熔融球化，得到球形高岭土砂。具体地，生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备同时进入球化炉后，这里，分散设备为分散板，氧气和天然气燃烧，这里，氧气优选为富氧，富氧中氧气的纯度为93％，富氧和天然气燃烧，在燃烧过程中释放大量热量，生高岭土被高温熔融球化，天然气热值高，加入纯度为93％的氧气，使火焰温度达到2200℃以上能够瞬间融化固体生高岭土，形成液体后瞬间冷却，液体靠表面张力凝结成球，得到球形高岭土砂。

生高岭土在高温熔融球化过程中，通入富氧的氧气过剩系数为1.3，天然气用量为310m³/h，天然气和富氧燃烧的温度为2200℃，熔融时间为2s。则熔融后的球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为95％，且沙粒的表面粗糙度为0.25。氧气过剩系数指实际供给燃料燃烧的氧气量与理论氧气量之比，反应燃料与空气的配合比，使得氧气和天然气通过合理的配比，燃烧时达到高温，且该高温温度达到2200℃，能够将生高岭土熔融，进而进行球化。

生高岭土熔融球化后，进行快速冷却和收集筛选分级，熔融球化后的高岭土通过快速冷却，能够快速球化，生成球化高岭土砂，快速冷却速率为350 ℃/s，冷却后的球形高岭土砂进行筛选分级，该筛选分级按照粒度为425-75 μm进行分级，以使制得的球形高岭土砂满足砂型铸造使用的型砂的标准，满足球形高岭土砂作为砂型铸造时使用的型砂的要求。冷却速率指的是单位时间内物料温度的减少量，以此控制熔融后的生高岭土的球化速度。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，将制得的球形高岭土砂按照最紧密堆积原理，配制出合理的科学的粒度级配，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，采用致密的砂型和砂芯，能够保证铸件表面质量光滑。

采用该球形高岭土砂进行砂型铸造，首先将球形高岭土砂配制到铸造常用的型砂号，添加粘结剂，粘结剂为粘土、水玻璃、植物油或合成树脂等，优选的，粘结剂为酚醛树脂，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合后浇注铁水，铁水冷却，铸件成型，该铸件方法铸造的铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，铸件的质量得到保证。

实施例三

一种特种砂-球形高岭土砂，其制备原材料为生高岭土，采用生高岭土通过高温熔融法进行生产，制得球形高岭土砂。这里，生高岭土的主要成分包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量为45％，SiO₂含量为45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。具有上述组分的生高岭土在球化炉内经过富氧煅烧，在高温下，生高岭土熔融球化，得到球形高岭土砂，该球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为95％，且球形高岭土砂的沙粒表面粗糙度为0.23，球形高岭土砂的球形度为0.95，球形高岭土砂的粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，采用生高岭土作为原料，通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，具体包括以下步骤：

首先，进行生高岭土的筛选分级，对生高岭土进行颗粒筛选分级，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料进行球形高岭土砂生产，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料，进行球形高岭土砂生产，使得熔融球化后的球形高岭土砂的粒度达到砂型铸造用型砂的粒度的要求，使得球形高岭土砂的粒度达到425-75μm，满足砂型铸造使用要求。

其次，生高岭土筛选分级后，将筛选分级后符合规格要求的生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉内，生高岭土通过富氧煅烧，在高温下熔融球化，得到球形高岭土砂。具体地，生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备同时进入球化炉后，这里，分散设备为分散板，氧气和天然气燃烧，这里，氧气优选为富氧，富氧中氧气的纯度为93％，富氧和天然气燃烧，在燃烧过程中释放大量热量，生高岭土被高温熔融球化，天然气热值高，加入纯度为93％的氧气，使火焰温度达到2250℃以上能够瞬间融化固体生高岭土，形成液体后瞬间冷却，液体靠表面张力凝结成球，得到球形高岭土砂。

生高岭土在高温熔融球化过程中，通入富氧的氧气过剩系数为1.35，天然气用量为325m³/h，天然气和富氧燃烧的温度为2250℃，熔融时间为2.5s。则熔融后的球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为95％，且沙粒的表面粗糙度为0.23。氧气过剩系数指实际供给燃料燃烧的氧气量与理论氧气量之比，反应燃料与空气的配合比，使得氧气和天然气通过合理的配比，燃烧时达到高温，且该高温温度达到2250℃，能够将生高岭土熔融，进而进行球化。

生高岭土熔融球化后，进行快速冷却和收集筛选分级，熔融球化后的高岭土通过快速冷却，能够快速球化，生成球化高岭土砂，快速冷却速率为400 ℃/s，冷却后的球形高岭土砂进行筛选分级，该筛选分级按照粒度为425-75 μm进行分级，以使制得的球形高岭土砂满足砂型铸造使用的型砂的标准，满足球形高岭土砂作为砂型铸造时使用的型砂的要求。冷却速率指的是单位时间内物料温度的减少量，以此控制熔融后的生高岭土的球化速度。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，将制得的球形高岭土砂按照最紧密堆积原理，配制出合理的科学的粒度级配，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，采用致密的砂型和砂芯，能够保证铸件表面质量光滑。

采用该球形高岭土砂进行砂型铸造，首先将球形高岭土砂配制到铸造常用的型砂号，添加粘结剂，粘结剂为粘土、水玻璃、植物油或合成树脂等，优选的，粘结剂为酚醛树脂，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合后浇注铁水，铁水冷却，铸件成型，该铸件方法铸造的铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，铸件的质量得到保证。

实施例四

一种特种砂-球形高岭土砂，其制备原材料为生高岭土，采用生高岭土通过高温熔融法进行生产，制得球形高岭土砂。这里，生高岭土的主要成分包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量为45％，SiO₂含量为45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。具有上述组分的生高岭土在球化炉内经过富氧煅烧，在高温下，生高岭土熔融球化，得到球形高岭土砂，该球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为96％，且球形高岭土砂的沙粒表面粗糙度为 0.21，球形高岭土砂的球形度为0.96，球形高岭土砂的粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，采用生高岭土作为原料，通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，具体包括以下步骤：

首先，进行生高岭土的筛选分级，对生高岭土进行颗粒筛选分级，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料进行球形高岭土砂生产，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料，进行球形高岭土砂生产，使得熔融球化后的球形高岭土砂的粒度达到砂型铸造用型砂的粒度的要求，使得球形高岭土砂的粒度达到425-75μm，满足砂型铸造使用要求。

其次，生高岭土筛选分级后，将筛选分级后符合规格要求的生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉内，生高岭土通过富氧煅烧，在高温下熔融球化，得到球形高岭土砂。具体地，生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备同时进入球化炉后，这里，分散设备为分散板，氧气和天然气燃烧，这里，氧气优选为富氧，富氧中氧气的纯度为93％，富氧和天然气燃烧，在燃烧过程中释放大量热量，生高岭土被高温熔融球化，天然气热值高，加入纯度为93％的氧气，使火焰温度达到2300℃以上能够瞬间融化固体生高岭土，形成液体后瞬间冷却，液体靠表面张力凝结成球，得到球形高岭土砂。

生高岭土在高温熔融球化过程中，通入富氧的氧气过剩系数为1.4，天然气用量为330m³/h，天然气和富氧燃烧的温度为2300℃，熔融时间为2.7s。则熔融后的球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为96％，且沙粒的表面粗糙度为0.21。氧气过剩系数指实际供给燃料燃烧的氧气量与理论氧气量之比，反应燃料与空气的配合比，使得氧气和天然气通过合理的配比，燃烧时达到高温，且该高温温度达到2300℃，能够将生高岭土熔融，进而进行球化。

生高岭土熔融球化后，进行快速冷却和收集筛选分级，熔融球化后的高岭土通过快速冷却，能够快速球化，生成球化高岭土砂，快速冷却速率为450 ℃/s，冷却后的球形高岭土砂进行筛选分级，该筛选分级按照粒度为425-75 μm进行分级，以使制得的球形高岭土砂满足砂型铸造使用的型砂的标准，满足球形高岭土砂作为砂型铸造时使用的型砂的要求。冷却速率指的是单位时间内物料温度的减少量，以此控制熔融后的生高岭土的球化速度。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，将制得的球形高岭土砂按照最紧密堆积原理，配制出合理的科学的粒度级配，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，采用致密的砂型和砂芯，能够保证铸件表面质量光滑。

采用该球形高岭土砂进行砂型铸造，首先将球形高岭土砂配制到铸造常用的型砂号，添加粘结剂，粘结剂为粘土、水玻璃、植物油或合成树脂等，优选的，粘结剂为酚醛树脂，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合后浇注铁水，铁水冷却，铸件成型，该铸件方法铸造的铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，铸件的质量得到保证。

实施例五

一种特种砂-球形高岭土砂，其制备原材料为生高岭土，采用生高岭土通过高温熔融法进行生产，制得球形高岭土砂。这里，生高岭土的主要成分包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量为45％，SiO₂含量为45％， Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。具有上述组分的生高岭土在球化炉内经过富氧煅烧，在高温下，生高岭土熔融球化，得到球形高岭土砂，该球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为97％，且球形高岭土砂的沙粒表面粗糙度为 0.2，球形高岭土砂的球形度为0.97，球形高岭土砂的粒度为425-75μm。

一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，采用生高岭土作为原料，通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，具体包括以下步骤：

首先，进行生高岭土的筛选分级，对生高岭土进行颗粒筛选分级，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料进行球形高岭土砂生产，选择粒度段为425-75μm的生高岭土作为原料，进行球形高岭土砂生产，使得熔融球化后的球形高岭土砂的粒度达到砂型铸造用型砂的粒度的要求，使得球形高岭土砂的粒度达到425-75μm，满足砂型铸造使用要求。

其次，生高岭土筛选分级后，将筛选分级后符合规格要求的生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉内，生高岭土通过富氧煅烧，在高温下熔融球化，得到球形高岭土砂。具体地，生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备同时进入球化炉后，这里，分散设备为分散板，氧气和天然气燃烧，这里，氧气优选为富氧，富氧中氧气的纯度为93％，富氧和天然气燃烧，在燃烧过程中释放大量热量，生高岭土被高温熔融球化，天然气热值高，加入纯度为93％的氧气，使火焰温度达到2400℃以上能够瞬间融化固体生高岭土，形成液体后瞬间冷却，液体靠表面张力凝结成球，得到球形高岭土砂。

生高岭土在高温熔融球化过程中，通入富氧的氧气过剩系数为1.5，天然气用量为350m³/h，天然气和富氧燃烧的温度为2400℃，熔融时间为3s。则熔融后的球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为97％，且沙粒的表面粗糙度为0.2。氧气过剩系数指实际供给燃料燃烧的氧气量与理论氧气量之比，反应燃料与空气的配合比，使得氧气和天然气通过合理的配比，燃烧时达到高温，且该高温温度达到2400℃，能够将生高岭土熔融，进而进行球化。

生高岭土熔融球化后，进行快速冷却和收集筛选分级，熔融球化后的高岭土通过快速冷却，能够快速球化，生成球化高岭土砂，快速冷却速率为500 ℃/s，冷却后的球形高岭土砂进行筛选分级，该筛选分级按照粒度为425-75 μm进行分级，以使制得的球形高岭土砂满足砂型铸造使用的型砂的标准，满足球形高岭土砂作为砂型铸造时使用的型砂的要求。冷却速率指的是单位时间内物料温度的减少量，以此控制熔融后的生高岭土的球化速度。

一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，将制得的球形高岭土砂按照最紧密堆积原理，配制出合理的科学的粒度级配，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，采用致密的砂型和砂芯，能够保证铸件表面质量光滑。

采用该球形高岭土砂进行砂型铸造，首先将球形高岭土砂配制到铸造常用的型砂号，添加粘结剂，粘结剂为粘土、水玻璃、植物油或合成树脂等，优选的，粘结剂为酚醛树脂，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合后浇注铁水，铁水冷却，铸件成型，该铸件方法铸造的铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，铸件的质量得到保证。

本发明具有的优点和积极效果是：该球形高岭土砂，采用Al₂O₃含量大于等于45％的生高岭土，晶相含量大于90％以上，经过高温熔融成球，晶相发生变化形成莫来石相大于90％以上，晶态的球形高岭土砂具有极低的膨胀率，制作型壳后可以保证铸件的尺寸精度；该球形高岭土砂，密度小，是普通铸造砂的0.5倍，是常用球形型砂的0.4倍，在射芯制砂型时，密度最小的砂粒可以获得最大的运行速度，运行速度越大，砂型填充率越高，越致密，可以保证铸件高的表面光洁度；采用球形高岭土砂的制备方法，生高岭土在高温富氧气氛下和天然气燃烧过程中被高温熔融球化，表面张力降低，经球化熔融进入快速冷却工序，快速冷却收集球形高岭土砂；采用球形高岭土砂制备方法，将高岭土分级粒度段，分级成一个粒度段分别进行高温煅烧，可以节能，同时可以保证粒度段内的球形率高，避免出现大小颗粒混合高温煅烧，浪费能源，无法保证球形率，大颗粒球化需要能量高，小颗粒球化需要能量低，每个砂粒都能很好的熔融球化，保证质量同时节约球化能源，降低成本；采用该球形高岭土砂制备方法制得球形高岭土砂，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，从而保证铸件表面质量光滑，球形高岭土砂球形度高，耐破碎率高，回收性好，环保绿色；采用该制备方法制备的球形高岭土砂成品量和成品合格率高，采用相同量钢水浇铸的铸件，使用球形高岭土砂比原来工艺浇铸的铸件数量多，约多25％左右，显著提高了铸件效率；采用球形高岭土砂制作成铸造砂，球形硅砂按分级粒度段经过科学的配比混合，砂型和砂芯致密，砂型和砂芯组合，浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面光洁度较高，提高强度，同时提高了填充率，保证铸件的质量，节约成本。

以上对本发明的多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种特种砂-球形高岭土砂，其特征在于：采用生高岭土通过高温熔融法生产，得到球形高岭土砂，所述生高岭土包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂，其中，Al₂O₃含量≥45％，SiO₂含量≥45％，Fe₂O₃含量≤0.5％,TiO₂含量≤0.5％。

2.根据权利要求1所述的特种砂-球形高岭土砂，其特征在于：所述球形高岭土砂晶相含量莫来石含量为90-100％。

3.根据权利要求1或2所述的特种砂-球形高岭土砂，其特征在于：所述球形高岭土砂的砂粒表面粗糙度小于0.3。

4.根据权利要求3所述的特种砂-球形高岭土砂，其特征在于：所述球形高岭土砂球形度≥0.95。

5.根据权利要求1或2或4所述的特种砂-球形高岭土砂，其特征在于：所述球形高岭土砂粒度为425-75μm。

6.一种特种砂-球形高岭土砂的制备方法，其特征在于：所述生高岭土熔融球化：将所述生高岭土、氧气和天然气同时通过分散设备进入球化炉体内，通过富氧煅烧，所述生高岭土在高温下熔融球化。

7.根据权利要求6所述的特种砂-球形高岭土砂的制备方法，其特征在于：所述生高岭土进行熔融球化之前，还包括颗粒筛选分级，所述筛选分级粒度段为425-75μm。

8.根据权利要求6或7所述的特种砂-球形高岭土砂的制备方法，其特征在于：所述生高岭土熔融后还包括快速冷却和收集筛选分级，所述快速冷却速率为300-500℃/s，所述收集筛选分级粒度为425-75μm。

9.根据权利要求8所述的特种砂-球形高岭土砂的制备方法，其特征在于：所述生高岭土高温熔化球化的氧气过剩系数为1.1～1.5，天燃气用量为280～350m³/h，温度为2000～2400℃，熔融时间为1～3s。

10.一种特种砂-球形高岭土砂的应用方法，其特征在于，所述球形高岭土砂采用最紧密堆积原理进行型砂制备，并用于砂型铸造。