CN109513877A - 一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造用陶瓷砂领域,具体为一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂。熔模铸造废弃型壳破碎、磁选、粗磨后,利用熔模铸造废弃型壳90wt%以上成分为耐火材料的特征,作为陶瓷砂原材料,加入粘结剂、助熔添加剂,经球磨后的粉料粒径D90≤13μm;其中,粘结剂为膨润土,其加入量占2~5wt%;助熔添加剂为MnO,MnO的加入量占2~4wt%。本发明可用于铸钢件、铸铁件和其它有色合金铸件生产的造型材料,解决熔模铸造用废弃型壳随意填埋、再利用附加值低的问题,减少对于环境的危害,有利于绿色铸造的发展。
Description
技术领域
本发明涉及铸造用陶瓷砂领域,具体为一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂。
背景技术
据申请人所知熔模铸造产业每产生1吨铸件将产生1~1.5吨废砂,预计2021年精密铸件年产量将达到460万吨,因此将会产生400~600万吨的废弃型壳。
现在废弃型壳经再生处理用于玻璃、水泥、建筑用沙料、耐火砖建筑用砖、修路或填料以及轻质骨料的生产中。如:中国专利文献(公开号CN102951916A)公布的《回收利用熔模铸造旧型壳粉料制作的耐火砖用耐火骨料及其加工方法》、(公开号CN102773406A)公布的《回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料》、(公开号CN105290317A)公布的《熔模铸造废弃型壳回收利用办法》作为熔模铸造背层浆料。但是附加值低,再生利用效果不佳。大部分的型壳废料还是通过填埋方式处理,造成大面积土地被占用,并且对环境特别是地下水和土壤造成污染。
据了解,根据型壳粘结剂类型的不同型壳种类可大致分为水玻璃型壳和硅溶胶型壳。水玻璃型壳的主要物相是石英或Al-Si系材料物相,硅溶胶型壳的主要物相是Al-Si系材料物相。申请人认为,应充分利用废弃型壳为耐火原材料优势,并作为新型高性能铸造用砂原材料。
根据原材料种类的不同,现将人造球形陶瓷砂分为铝矾土系列、焦宝石系列、固体废弃物及尾矿系列。陶瓷砂主要原材料均为Al-Si酸盐系氧化物,在此基础上添加MgO等形成铝镁尖晶石、堇青石复相结构,或是添加碱性氧化物降低其烧结温度。焦宝石系列人造球形陶瓷砂已应用于生产中。
而对于人造球形陶瓷砂,现已有专利文献对其原料制备及工艺方案进行公开,如:中国专利文献(公开号CN104557062A)公布的《一种尖晶石质铸造用砂及其制备方法》,该发明涉及的人造球形陶瓷砂为铝镁尖晶石质,原材料成分配比为72.9%Al2O3和98%MgO按照质量比2.6:1,添加粘结剂烧制而成。
上述专利所公开的熔模铸造废弃型壳回收利用方法,以及人造球形砂原材料、制备工艺方法,均没有涉及回收利用熔模铸造废弃型壳用于铸造用人造球形陶瓷砂的制备中。申请人认为,经焙烧和浇注后的型壳具有高温耐火物相,属于优良的耐火材料适用于人造球形陶瓷砂的制备。
人造球形陶瓷砂具有良好透气性、热膨胀系数小、粒形圆整、溃散性好、耐火度高等优点,在获得同样强度的条件下,树脂加入量少;且其表面光洁,致密度高;其旧砂再生效果好,符合绿色铸造的要求。已应用于大型铸钢件、不锈钢件、覆膜砂、3D打印砂和熔模铸造用砂中,焦宝石人造球形砂已形成铸铁、碳钢、合金钢等产业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,充分利用熔模铸造废弃型壳此种优良耐火原材料,解决废弃型壳丢弃、填埋污染环境的现状,并以此为原材料制备高性能新型人造球形陶瓷砂提升铸件质量。
为了实现本发明的目的,采用的技术方案是:
一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,利用熔模铸造废弃型壳90wt%以上成分为耐火材料的特征,作为陶瓷砂原材料,加入粘结剂、助熔添加剂,经球磨后的粉料粒径D90≤13μm;其中,粘结剂为膨润土,其加入量占3~5wt%;助熔添加剂为MnO,MnO的加入量占2~5wt%。
所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,原材料为Al2O3-SiO2系列或Al2O3-SiO2-ZrO2系列耐火材料。
所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,人造球形陶瓷砂为莫来石-刚玉-方石英复合物相或者莫来石-方石英-锆英石复合物相。
所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,优选的,膨润土的加入量占5wt%。
所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,优选的,MnO的加入量占4wt%。
所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,烧结工艺参数优选如下:烧结温度1300℃,烧结时间2.5h。
本发明的设计思想是:
本发明利用熔模铸造废弃型壳成分为耐火材料的特征,通过对型壳破碎、磁选、粗磨等预处理得到制备人造球形陶瓷砂的原材料。向原材料中加入氧化锰对人造球形陶瓷砂进行表面改性、降低烧结点以及提升物性性能。陶瓷砂具有圆滑光整的表面,较高的耐火度、较低的密度以及较小的线膨胀率。其成分和粒径大小可人为控制,可广泛运用于铸钢、铸铁、有色合金的造型材料。本发明将废弃型壳高效利用起来具有很好的经济效益和环保效益,解决废弃型壳随意堆放和填埋污染环境的问题。
与现有技术相比,本发明具有如下优点及有益效果:
1、原材料来源于熔模铸造废弃型壳,能够解决现废弃型壳随意填埋,利用附加值低的问题,型壳废料的主要成分为Al2O3-SiO2系列、Al2O3-SiO2-ZrO2系列耐火材料。型壳中的电熔白刚玉砂、锆英砂,具有很高的耐火度、很好的热稳定性。并且资源短缺、价格昂贵。向原材料中添加4%氧化锰作为助烧剂对陶瓷砂表面进行改性,比单一成分陶瓷砂表面更加光滑,更为致密,无通孔,能减少树脂的加入量。此铸造用砂性能优异、价格低廉可广泛应用于造型材料。
2、本发明制备的陶瓷砂耐火度可达1700℃,抗热震稳定性优异,具有高温化学稳定性。烧结温度低于1500℃,线膨胀率小,堆积密度为1.5~1.7g/cm3,1000℃下的导热系数为0.58~0.78。
附图说明
图1为实施例1的人造球形陶瓷砂形貌图。
图2为实施例2的人造球形陶瓷砂形貌图。
图3为实施例3的人造球形陶瓷砂形貌图。
图4为实施例4的人造球形陶瓷砂形貌图。
具体实施方式
下面,通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1:
本实例中,选用的原材料为电熔白刚玉-煤矸石废弃型壳,型壳面砂采用电熔白刚玉,背砂选用煤矸石,浆料选用电熔白刚玉浆料以及铝矾土浆料,粘结剂为硅溶胶。型壳材料的化学成分重量百分比如下:Al2O3:42.6%,SiO2:53.3%,MgO:2.13%、CaO:0.59%、TiO2:0.71%,Fe2O3:0.67%。
所述人造球形陶瓷砂的具体制备过程,包括以下步骤:
(1)型壳预处理:分选熔模铸造废弃型壳,通过破碎、磁选粗磨于球磨罐中湿磨8h,作为制备人造球形陶瓷砂的原材料;
(2)配料、制粉:向(1)中制得的型壳粉料中加入5wt%膨润土、4wt%氧化锰,将型壳粉末、膨润土、氧化锰按重量比91:5:4加入到球磨机中,加入水。按重量比,球:水:料=1.5:1:1干磨1h,粉料粒径D90≤13μm。
(3)造粒:采用滚动法造粒,将粉料加入圆锅造粒机中,将圆锅转速调整至34r/min,利用雾化的水珠包裹团聚形成颗粒,当60wt%以上生球粒径达到109μm左右时,停止加水并滚动5min后取出,获得陶瓷砂生球球胚。总加水量为陶瓷砂生球球胚总重量的16wt%,造粒时间为1h;
(4)烘干:将合格的陶瓷砂生球球胚放置在干燥箱中烘干,干燥至恒重,干燥温度为150℃,干燥时间为1h;
(5)筛分:将造粒所得的陶瓷砂生球球胚过40~140目筛网进行筛分,得到粒径范围350~109μm;
(6)烧结:将干燥后的陶瓷砂生球球胚放在回转窑中进行烧结,烧结温度为1350℃,烧结时间为2h,随后冷却至室温;
如图1所示,人造球形陶瓷砂形貌,本实例中测得以电熔白刚玉-煤矸石型壳为原材料制得的人造球形陶瓷砂性能如下:
表1本发明产品的性能指标
实施例2:
本实例中,选用的原材料为熔融石英-煤矸石废弃型壳,型壳面砂采用熔融石英,背砂选用煤矸石,浆料选用煤矸石浆料,粘结剂为硅溶胶。型壳材料的化学成分重量百分比如下:Al2O3:20.6%、SiO2:70.3%、MgO:2.9%、CaO:3.2%、TiO2:0.6%,Fe2O3:1.2%、Na2O:0.5%、K2O:0.7%。
所述人造球形陶瓷砂的具体制备过程,包括以下步骤:
(1)型壳预处理:分选熔模铸造废弃型壳,通过破碎、磁选粗磨于球磨罐中湿磨4h,作为制备人造球形陶瓷砂的原材料;
(2)配料、制粉:向(1)中制得的型壳粉料中加入3wt%膨润土、2wt%氧化锰,将型壳粉末、膨润土、氧化锰按重量比95:3:2加入到球磨机中,加入水。按重量比,球:水:料=1.5:1.2:1干磨1h,粉料粒径D90≤13μm;
(3)造粒:采用滚动法造粒,将粉料加入圆锅造粒机中,将圆锅转速调整至40r/min,利用雾化的水珠包裹团聚形成颗粒,当60wt%以上生球粒径达到109μm左右时,停止加水并滚动5min后取出,获得陶瓷砂生球球胚。总加水量为陶瓷砂生球球胚总重量的15wt%,造粒时间为1h;
(4)烘干:将合格的陶瓷砂生球球胚放置在干燥箱中烘干,干燥至恒重,干燥温度为150℃,干燥时间为1h;
(5)筛分:将造粒所得的陶瓷砂生球球胚过40~140目筛网进行筛分,得到粒径范围350~109μm;
(6)烧结:将干燥后的陶瓷砂生球球胚放在回转窑中进行烧结,烧结温度为1300℃,烧结时间为1h,随后冷却至室温;
如图2所示,人造球形陶瓷砂形貌,本实例中测得以熔融石英-煤矸石型壳为原材料制得的人造球形陶瓷砂性能如下:
表2本发明产品的性能指标
实施例3:
本实例中,选用的原材料为电熔白刚玉-莫来石废弃型壳,型壳面砂采用电熔白刚玉,背砂选用莫来石,浆料选用莫来石浆料,粘结剂为硅溶胶。型壳材料的化学成分重量百分比如下:Al2O3:66.2%、SiO2:30.5%、MgO:1.2%、CaO:0.3%、TiO2:0.6%,Fe2O3:0.8%、Na2O:0.3%、K2O:0.1%。
所述人造球形陶瓷砂的具体制备过程,包括以下步骤:
(1)型壳预处理:分选熔模铸造废弃型壳,通过破碎、磁选粗磨于球磨罐中湿磨8h,作为制备人造球形陶瓷砂的原材料;
(2)配料、制粉:向(1)中制得的型壳粉料中加入5wt%膨润土、5wt%氧化锰,将型壳粉末、膨润土、氧化锰按重量比90:5:5加入到球磨机中,加入水。按重量比,球:水:料=1.6:1.1:1干磨2h,粉料粒径D90≤13μm;
(3)造粒:采用滚动法造粒,将粉料加入圆锅造粒机中,将圆锅转速调整至36r/min,利用雾化的水珠包裹团聚形成颗粒,当60wt%以上生球粒径达到109μm左右时,停止加水并滚动5min后取出,获得陶瓷砂生球球胚。总加水量为陶瓷砂生球球胚总重量的17wt%,造粒时间为1h;
(4)烘干:将合格的陶瓷砂生球球胚放置在干燥箱中烘干,干燥至恒重,干燥温度为150℃,干燥时间为1h;
(5)筛分:将造粒所得的陶瓷砂生球球胚过40~140目筛网进行筛分,得到粒径范围350~109μm;
(6)烧结:将干燥后的陶瓷砂生球球胚放在回转窑中进行烧结,烧结温度为1450℃,烧结时间为1h,随后冷却至室温;
如图3所示,人造球形陶瓷砂形貌,本实例中测得以电熔白刚玉-莫来石型壳为原材料制得的人造球形陶瓷砂性能如下:
表3本发明产品的性能指标
实施例4:
本实例中,选用的原材料为锆英石-莫来石废弃型壳,型壳面砂采用锆英石,背砂选用莫来石,浆料选用锆英石浆料,粘结剂为硅溶胶。型壳材料的化学成分重量百分比如下:Al2O3:43.8%、SiO2:25.2%、ZrO2:26.5、MgO:1.1%、CaO:0.9%、TiO2:1.2%,Fe2O3:0.67%、Na2O:0.22%、K2O:0.41%。
所述人造球形陶瓷砂的具体制备过程,包括以下步骤:
(1)型壳预处理:分选熔模铸造废弃型壳,通过破碎、磁选粗磨于球磨罐中湿磨6h,作为制备人造球形陶瓷砂的原材料;
(2)配料、制粉:向(1)中制得的型壳粉料中加入5wt%膨润土、4wt%氧化锰,将型壳粉末、膨润土、氧化锰按重量比91:5:4加入到球磨机中,加入水。按重量比,球:水:料=1.5:1:1干磨1h,粉料粒径D90≤13μm;
(3)造粒:采用滚动法造粒,将粉料加入圆锅造粒机中,将圆锅转速调整至34r/min,利用雾化的水珠包裹团聚形成颗粒,当60wt%以上生球粒径达到109μm左右时,停止加水并滚动3min后取出,获得陶瓷砂生球球胚。总加水量为陶瓷砂生球球胚总重量的17wt%,造粒时间为1h;
(4)烘干:将合格的陶瓷砂生球球胚放置在干燥箱中烘干,干燥至恒重,干燥温度为150℃,干燥时间为1h;
(5)筛分:将造粒所得的陶瓷砂生球球胚过40~140目筛网进行筛分,得到粒径范围350~109μm;
(6)烧结:将干燥后的陶瓷砂生球球胚放在回转窑中进行烧结,烧结温度为1400℃,烧结时间为1.5h,随后冷却至室温;
如图4所示,人造球形陶瓷砂形貌,本实例中测得以锆英粉-莫来石型壳为原材料制得的人造球形陶瓷砂性能如下:
表4本发明产品的性能指标
实施例结果表明,本发明对熔模铸造废弃型壳破碎、磁选、粗磨后作为陶瓷砂原材料,而后通过加入粘结剂、添加剂球磨、造粒、烧结得到具有1600℃以上耐火度、低线膨胀性、高抗热震稳定性等的高性能人造球形陶瓷砂,可用于铸钢件、铸铁件和其它有色合金铸件生产的造型材料。解决熔模铸造用废弃型壳随意填埋、再利用附加值低的问题,减少对于环境的危害,有利于绿色铸造的发展。
Claims (6)
1.一种利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,利用熔模铸造废弃型壳90wt%以上成分为耐火材料的特征,作为陶瓷砂原材料,加入粘结剂、助熔添加剂,经球磨后的粉料粒径D90≤13μm;其中,粘结剂为膨润土,其加入量占3~5wt%;助熔添加剂为MnO,MnO的加入量占2~5wt%。
2.按照权利要求1所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,原材料为Al2O3-SiO2系列或Al2O3-SiO2-ZrO2系列耐火材料。
3.按照权利要求1所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,人造球形陶瓷砂为莫来石-刚玉-方石英复合物相或者莫来石-方石英-锆英石复合物相。
4.按照权利要求1所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,优选的,膨润土的加入量占5wt%。
5.按照权利要求1所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,优选的,MnO的加入量占4wt%。
6.按照权利要求1所述的利用熔模铸造废弃型壳制备的人造球形陶瓷砂,其特征是,烧结工艺参数优选如下:烧结温度1300℃,烧结时间2.5h。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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