CN110465618A

CN110465618A - 一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法

Info

Publication number: CN110465618A
Application number: CN201910874014.9A
Authority: CN
Inventors: 王安
Original assignee: Hanshan County Rong Sheng Machine Casting Co Ltd
Current assignee: Hanshan County Rong Sheng Machine Casting Co Ltd
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2019-11-19

Abstract

本发明公开了一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法，本发明属于铸造技术领域，本发明通过对粘土湿型砂进行改性处理，使用了细菌纤维素和改性木质素等对湿型砂进行改性处理提高其强度，并且原料来源广泛，成本低，对环境污染小，生产成本降低，生产效率提高，同时可节约煤粉能源，真正实现了环保节能、零污染、铸件品质的大幅度提升，尤其是其不粘砂、不冲砂、无气孔、铸件表面光亮细腻、成品率高等特色。

Description

一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法。

背景技术

国内铸造工厂普遍使用以海岸砂和沙漠砂为骨干、以黏土为黏结剂、再加入煤粉等附加物等组成的黏土砂。黏土砂生产的铸件尺寸精度和表面质量较差，易产生粘砂和夹砂、结疤等缺陷，尤其是厚壁件，粘砂就更严重。为了避免粘砂和夹砂类缺陷，必须在湿型砂中加入一定量的煤粉。对于厚壁铸件，当煤粉加入量不足时，起不到防粘砂作用，而当煤粉加入量过大时，型砂发气量过大致使铸件产生气孔。煤粉属于黑色粉状物，场地作业环境空气颗粒物污染严重。铸铁件湿型砂中的煤粉具有显著的抗粘砂和使表面光洁效果。煤粉的优点是价格低廉，供应充分易得，应用灵活方便，因而在生产中广泛应用。但是，煤粉还有多种缺点：肮脏，恶化劳动条件和污染环境，车间粉尘中煤粉残留物约占50％。浇注时排放出大量挥发性气体不利于身体健康；落砂后形成的灰分和焦炭残留在型砂中，需要加入更多的水分和膨润土才能保持合适的强度和韧性等造型性能；有的煤粉还可能引起自燃。为了防止污染环境、改善劳动条件，从上世纪60和70年代欧美各国就大力研究和试用不含煤粉的替代品。我国有些单位从上世纪70年代末起也进行过类似研究，至今仍然普遍关注不含煤粉或减少煤粉含量的代用品。黏土湿型砂制成的砂型强度不高，砂型表面的稳定性也不够好，铸件易于产生冲砂及其他相关的缺陷，只能用于制造小型和中型偏小的铸件。将黏土与水混匀并使之涂布于砂粒表面，需要很长的时间，所需的能量很多。砂处理系统复杂，设备庞大。本领域技术人员亟待开发出一种新型的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，以满足更高的使用需求和性能要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法，包括以下步骤：一、将无机填料、粘土和浆料改性剂、水均匀混搅拌合制成浆料后喷粉制得粉浆料，其中在所述无机原料中，粘土的用量为无机填料用量的14.0~16.0wt%，水的用量为无机填料用量的40~60wt%，所得粉浆料通过干燥调湿喷粉控制为水分9~12.5%；

二、室温下在水中均匀混合添加剂而制得添加剂分散液，其中所述添加剂是能均匀分散于水中、且能提高型砂强度的添加剂，所述添加剂分散液为聚乙二醇10~15份、改性木质素12~15份、羧甲基纤维素钠5~7份、纤维素3~4份、石墨化炭黑1~2份、硅砂23份组成；

三、将所述添加剂分散液与所述粉浆料均匀混合，期间控制水份含量，即制得高强度环保粘土湿型砂。

进一步的，所述步骤一的无机填料包括莫来石、铝矾土和蛇纹石粉，其中莫来石的含量为25~40wt%，铝矾土的含量为20~35wt%，蛇纹石粉的含量为20~40wt%。

进一步的，所述步骤一的浆料改性剂由增稠剂琼脂和乳化剂山梨坦橄榄油酸酯按重量份数1∶1混合均匀制得。

进一步的，步骤一所述浆料改性剂添加剂的添加量为无机填料质量的0.3~1.5%。

进一步的，所述步骤三将所述添加剂分散液与所述粉浆料均匀混合后，水分通过烘干调湿控制在3.5~4.0wt%。

进一步的，步骤二将所述添加剂分散液并与所述粉浆料均匀混合后，还进行陈化，30℃陈化时间为16~24小时。

进一步的，步骤一所述纤维素为细菌纤维素。

进一步的，步骤二所述改性木质素的制备方法为：将造纸黑液中的碱木质素110~115份木质素溶液，再加入定体积的环氧大豆油作为分散相，O/W相比为3:1，加入的十二烷基苯磺酸钠11~12份，含量为木质素质量的2~3%焦磷酸钠为分散剂，环氧氯丙烷占木质素质量1~1.5%为交联剂，在200r/min的搅拌速度下分散均匀，并在20~30min内由室温升温至80~90℃，并恒温反应0.5~1h即得球形木质素球体，将得到的球形木质素50~110份和引发剂加入反应釜中，室温下搅拌10~15min，水洗滤干后重新加入另一反应釜，依次加入二亚甲砜溶剂45~55份和丙烯腈单体22~32份，充分搅拌均匀后，盖上表面皿，置微波转盘上，控制微波功率100~150W，间歇辐射反应0.5~1min，静置0.5~1min，继续搅拌0.5~1min，重复该过程累计辐射时间为5~6min后，再分别用甲醇，水洗涤，再用N，N-二甲基甲酰胺45~50℃萃取12~24h，水洗滤干得所述改性木质素。

进一步的，所述硅砂二氧化硅含量为95~97％wt，pH值为7~8.3，所述炭黑为平均粒径100~200μm、60~100目的石墨化炭黑。

本发明的有益效果：

现有技术中，煤粉受到金属液的高温作用后，在型砂中残留焦炭粒和灰分。这些都是吸水能力很强的物质，加入循环使用的系统砂中的水分，先被这类多孔性物质吸收，然后才润湿膨润土，因而不得不使型砂中保有较高的水分。而本申请的改性木质素聚苯乙烯受高温作用后几乎全部气化，没有残留物，用以代替或取代煤粉，可相应降低型砂中所需的水分，也有利于改善型砂流动性，改性木质素是光滑的球体，加入型砂后可以改善型砂的流动性，使其易于舂紧。石墨化炭黑受高温作用后虽然不产生光亮碳，但可形成还原性气氛，有利于防止粘砂缺陷。再则，石墨化炭黑不易被铁液润湿，能有效地防止铁液渗入砂粒之间的间隙。此外，石墨化炭黑的耐用性远优于煤粉，用石墨化炭黑代替煤粉，型砂的水分也可适当降低。改性木质素、细菌纤维素等的引入热解、燃烧产生的有害气体少，可以贴近铸件的表层，热解、燃烧，有利于形成还原性气氛，而且燃烧后留有硅砂膨胀的空间；而且改性木质素和细菌纤维素有增强型砂的作用。其通过自身在高温下形成烧结壳，这层烧结壳能有效预防粘砂的缺陷，得到表面光洁的铸件

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明制备方法制得的型砂的近似于天然黄砂，呈土黄色，不会造成黑色污染；型砂中不含任何有毒物质，浇注时也不产生有毒气体；资源丰富，在我国许多地方可就地取材；铸件不粘砂，表面光洁，清理工作量少；生产铸件尺寸精度提高，铸件重量降低，铸件加工余量减少；废砂排放量少；铸件工艺出品率高，节约金属，同样数量的铁水可多生产铸件；铸件气孔减少，内在质量提高，成品率提高。不含任何有毒物质，浇注过程无有毒气体产生，资源丰富，原料易获取，铸件不粘砂，表面光洁，清理工作量少，生产铸件尺寸精度提高，铸件重量降低，铸件加工余量减少，废砂排放量少，铸件工艺出品率高，节约金属，同样数量的铁水可多生产铸件，铸件气孔减少，内在质量提高，铸件表面光亮细腻、成品率高等特色。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。

实施例1

一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法，包括以下步骤：一、将无机填料、粘土和浆料改性剂、水均匀混搅拌合制成浆料后喷粉制得粉浆料，其中在所述无机原料中，粘土的用量为无机填料用量的16.0wt%，水的用量为无机填料用量的60wt%，所得粉浆料通过干燥调湿喷粉控制为水分12.5%；

二、室温下在水中均匀混合添加剂而制得添加剂分散液，其中所述添加剂是能均匀分散于水中、且能提高型砂强度的添加剂，所述添加剂分散液为聚乙二醇15份、改性木质素15份、羧甲基纤维素钠7份、纤维素4份、石墨化炭黑2份、硅砂23份组成；

进一步的，所述步骤一的无机填料包括莫来石、铝矾土和蛇纹石粉，其中莫来石的含量为25wt%，铝矾土的含量为35wt%，蛇纹石粉的含量为40wt%。

进一步的，步骤一所述浆料改性剂添加剂的添加量为无机填料质量的1.5%。

进一步的，所述步骤三将所述添加剂分散液与所述粉浆料均匀混合后，水分通过烘干调湿控制在3.5wt%。

进一步的，步骤二将所述添加剂分散液并与所述粉浆料均匀混合后，还进行陈化，30℃陈化时间为16小时。

进一步的，步骤一所述纤维素为细菌纤维素。

进一步的，步骤二所述改性木质素的制备方法为：将造纸黑液中的碱木质素115份木质素溶液，再加入定体积的环氧大豆油作为分散相，O/W相比为3:1，加入的十二烷基苯磺酸钠12份，含量为木质素质量的3%焦磷酸钠为分散剂，环氧氯丙烷占木质素质量1.5%为交联剂，在200r/min的搅拌速度下分散均匀，并在30min内由室温升温至90℃，并恒温反应1h即得球形木质素球体，将得到的球形木质素110份和引发剂加入反应釜中，室温下搅拌15min，水洗滤干后重新加入另一反应釜，依次加入二亚甲砜溶剂55份和丙烯腈单体32份，充分搅拌均匀后，盖上表面皿，置微波转盘上，控制微波功率150W，间歇辐射反应1min，静置1min，继续搅拌1min，重复该过程累计辐射时间为6min后，再分别用甲醇，水洗涤，再用N，N-二甲基甲酰胺50℃萃取24h，水洗滤干得所述改性木质素。

进一步的，所述硅砂二氧化硅含量为95％wt，pH值为7，所述炭黑为平均粒径200μm、100目的石墨化炭黑。

实施例2

一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法，包括以下步骤：一、将无机填料、粘土和浆料改性剂、水均匀混搅拌合制成浆料后喷粉制得粉浆料，其中在所述无机原料中，粘土的用量为无机填料用量的14.0wt%，水的用量为无机填料用量的60wt%，所得粉浆料通过干燥调湿喷粉控制为水分12.5%；

二、室温下在水中均匀混合添加剂而制得添加剂分散液，其中所述添加剂是能均匀分散于水中、且能提高型砂强度的添加剂，所述添加剂分散液为聚乙二醇15份、改性木质素12份、羧甲基纤维素钠5份、纤维素3份、石墨化炭黑1份、硅砂23份组成；

进一步的，所述步骤一的无机填料包括莫来石、铝矾土和蛇纹石粉，其中莫来石的含量为40wt%，铝矾土的含量为20wt%，蛇纹石粉的含量为40wt%。

进一步的，步骤一所述浆料改性剂添加剂的添加量为无机填料质量的0.3%。

进一步的，所述步骤三将所述添加剂分散液与所述粉浆料均匀混合后，水分通过烘干调湿控制在4.0wt%。

进一步的，步骤二将所述添加剂分散液并与所述粉浆料均匀混合后，还进行陈化，30℃陈化时间为24小时。

进一步的，步骤一所述纤维素为细菌纤维素。

进一步的，步骤二所述改性木质素的制备方法为：将造纸黑液中的碱木质素115份木质素溶液，再加入定体积的环氧大豆油作为分散相，O/W相比为3:1，加入的十二烷基苯磺酸钠12份，含量为木质素质量的2%焦磷酸钠为分散剂，环氧氯丙烷占木质素质量1.5%为交联剂，在200r/min的搅拌速度下分散均匀，并在30min内由室温升温至90℃，并恒温反应1h即得球形木质素球体，将得到的球形木质素110份和引发剂加入反应釜中，室温下搅拌15min，水洗滤干后重新加入另一反应釜，依次加入二亚甲砜溶剂55份和丙烯腈单体32份，充分搅拌均匀后，盖上表面皿，置微波转盘上，控制微波功率150W，间歇辐射反应1min，静置1min，继续搅拌1min，重复该过程累计辐射时间为6min后，再分别用甲醇，水洗涤，再用N，N-二甲基甲酰胺45℃萃取24h，水洗滤干得所述改性木质素。

进一步的，所述硅砂二氧化硅含量为97％wt，pH值为7，所述炭黑为平均粒径200μm、100目的石墨化炭黑。

对比例1

本对比例与实施例2相比，在步骤二中，省去改性木质素成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例2

本对比例与实施例2相比，在步骤二中，省去纤维素成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例3

本对比例与实施例2相比，在步骤二中，省去石墨化炭黑成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例4

本对比例与实施例2相比，在步骤一中，省去无机填料成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例5

本对比例与实施例2相比，在步骤一中，省去浆料改性剂成分，除此外的方法步骤均相同。

表1各实施例和对比例高性能易脱模树脂砂的性能测试结果

注：采用实施例和对比例的湿型砂2kg干混2min然后加水40mL再混8min后湿碾2min，置于锤式制样机中制备直径50mm的标准试样进行检测，湿型砂含水量按GB/T2684-2009规定；湿型砂紧实率按GB/T2684-2009规定；湿型砂透气性按GB/T2684-2009规定；湿型砂有效膨润土量按JB/T9221-2017的规定；湿型砂有效煤粉量按JB/T9221-2017的规定；湿型砂含泥量按GB/T2684-2009的规定；发气量、灼烧减量、热湿拉强度、含泥量工艺试样湿压强度:按GB/T2684-1981规定执行。

综上可以看出，本发明公开的制备方法制备的粘土湿型砂综合性能优异，而且具备更好的使用价值和应用前景。

Claims

1.一种高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一、将无机填料、粘土和浆料改性剂、水均匀混搅拌合制成浆料后喷粉制得粉浆料，其中在所述无机原料中，粘土的用量为无机填料用量的14.0~16.0wt%，水的用量为无机填料用量的40~60wt%，所得粉浆料通过干燥调湿喷粉控制为水分9~12.5%；

二、室温下在水中均匀混合添加剂而制得添加剂分散液，其中所述添加剂是能均匀分散于水中、且能提高型砂强度的添加剂，所述添加剂分散液为聚乙二醇10~15份、改性木质素12~15份、羧甲基纤维素钠5~7份、纤维素3~4份、石墨化炭黑1~2份、硅砂12~23份组成；

2.根据权利要求1所述所述高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，所述步骤一的无机填料包括莫来石、铝矾土和蛇纹石粉，其中莫来石的含量为25~40wt%，铝矾土的含量为20~35wt%，蛇纹石粉的含量为20~40wt%。

3.根据权利要求1所述高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，所述步骤一的浆料改性剂由增稠剂琼脂和乳化剂山梨坦橄榄油酸酯按重量份数1∶1混合均匀制得。

4.根据权利要求1所述的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，步骤一所述浆料改性剂添加剂的添加量为无机填料质量的0.3~1.5%。

5.根据权利要求1所述高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，所述步骤三将所述添加剂分散液与所述粉浆料均匀混合后，水分通过烘干调湿控制在3.5~4.0wt%。

6.根据权利要求1所述的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，步骤三将所述添加剂分散液并与所述粉浆料均匀混合后，还进行陈化，30℃陈化时间为16~24小时。

7.如权利要求1所述的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，步骤二所述纤维素为细菌纤维素。

8.根据权利要求1中所述的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，步骤二所述改性木质素的制备方法为：将造纸黑液中的碱木质素110~115份木质素溶液，再加入定体积的环氧大豆油作为分散相，O/W相比为3:1，加入的十二烷基苯磺酸钠11~12份，含量为木质素质量的2~3%焦磷酸钠为分散剂，环氧氯丙烷占木质素质量1~1.5%为交联剂，在200r/min的搅拌速度下分散均匀，并在20~30min内由室温升温至80~90℃，并恒温反应0.5~1h即得球形木质素球体，将得到的球形木质素50~110份和引发剂加入反应釜中，室温下搅拌10~15min，水洗滤干后重新加入另一反应釜，依次加入二亚甲砜溶剂45~55份和丙烯腈单体22~32份，充分搅拌均匀后，盖上表面皿，置微波转盘上，控制微波功率100~150W，间歇辐射反应0.5~1min，静置0.5~1min，继续搅拌0.5~1min，重复该过程累计辐射时间为5~6min后，再分别用甲醇，水洗涤，再用N，N-二甲基甲酰胺45~50℃萃取12~24h，水洗滤干得所述改性木质素。

9.根据权利要求1中所述的高强度环保粘土湿型砂的制备方法，其特征在于，所述硅砂二氧化硅含量为95~97％wt，pH值为7~8.3，所述炭黑为平均粒径100~200μm、60~100目的石墨化炭黑。