CN110860646B - 一种铸造砂组合物及铸造方法 - Google Patents

一种铸造砂组合物及铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸造砂组合物及铸造方法，该组合物包括颗粒度为30‑70目的碱性型砂原砂的加入量100％；改性水玻璃的加入量为所述碱性型砂原砂的加入量的3.5％‑4％；所述改性水玻璃为铸造用高溃散水玻璃；铸造用有机酯固化剂的加入量为所述改性水玻璃的加入量的8％‑10％。本申请提供的铸造砂组合物及铸造方法，采用该铸造砂组合物制作而成的型芯强度高，高温下退让性好，溃散性好，无毒无味。其生产的高锰钢铸件热裂倾向小，发气量低，旧砂回收可达80％以上。有效解决了酯硬化高锰钢铸件只能水爆清砂不能冷开箱干法落砂的难题，不仅减少了旧砂排放造成的环境污染；还可避免由于水爆清砂工艺铸件产生的表面微裂纹，铸件的质量得到提升，增强了市场竞争力。

Description

一种铸造砂组合物及铸造方法
技术领域
本发明涉及铸钢件的落砂技术领域，特别是涉及一种可实现冷开箱干法落砂的铸造砂组合物及铸造方法。
背景技术
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例：铜、铁、铝、锡、铅等)，而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。
酯硬化水玻璃砂铸造技术是铸造工艺向着绿色清洁生产发展的趋势。酯硬化水玻璃砂具有良好的退让性和较好的溃散性，发气量小，具有无毒无味，对环境没有污染，从生产成本低，型砂性能、铸造质量及环保等方面综合考虑，应该为当前铸造首选砂种。
然而，采用现有技术中酯硬化水玻璃砂进行铸造时，浇注完成后开箱时由于铸造砂的溃散性差，需采用热开箱水爆清砂工艺。但是用水爆清砂工艺生产的铸钢件表面易产生微裂纹，它降低了铸件的疲劳强度，铸件得不到国内外采购商的认可。同时，由于酯硬化水玻璃砂中水玻璃加入量高(6％—8％)、型砂的残留强度高、溃散性差、铸件出砂清理及旧砂再生回用困难、型芯存放性差、硬不透、铸件外观质量差和型芯表面易粉化等。
发明内容
本发明提供了一种铸造砂组合物及铸造方法。有效解决了酯硬化高锰钢铸件只能水爆清砂不能冷开箱干法落砂的难题，不仅减少了旧砂排放造成的环境污染；还可避免由于水爆清砂工艺铸件产生的表面微裂纹，能充分发挥爆炸硬化的优势；最重要的是冷开箱成功，实现了锤击冒口工艺，铸件的质量得到提升，增强了市场竞争力。
本发明提供了如下方案：
一种铸造砂组合物，包括：
颗粒度为30-70目的碱性型砂原砂的加入量100％；
改性水玻璃的加入量为所述碱性型砂原砂的加入量的3.5％-4％；所述改性水玻璃为铸造用高溃散水玻璃；
铸造用有机酯固化剂的加入量为所述改性水玻璃的加入量的8％-10％。
优选地：所述碱性型砂原砂为镁橄榄石砂原砂。
优选地：所述改性水玻璃的性能指标为：粘度(25℃)100-140mpa.s，密度(25℃)1.45-1.53g/cm3，抗拉强度(24小时)≥1.0Mpa。
优选地：所述的铸造砂的制备方法包括：
依次向连续式混砂机内加入碱性型砂原砂、铸造用有机酯固化剂以及改性水玻璃，混匀即得所述铸造砂。
一种使用所述铸造砂组合物的铸造方法，所述铸造方法包括：
将所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；
浇注完成20-24小时后采用冷开箱干法落砂工艺进行落砂。
优选地：吹CO2气体时吹碳压力0.15-0.25MPa，流量0.5-1.0m3/h，通碳时间为8-10分钟。
优选地：所述冷开箱工艺包括铸件冒口面即背槽向下放在震动落砂机上震动，震动时间为3-5分钟。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明，可以实现一种铸造砂组合物及铸造方法，在一种实现方式下，该组合物可以包括颗粒度为30-70目的碱性型砂原砂的加入量100％；改性水玻璃的加入量为所述碱性型砂原砂的加入量的3.5％-4％；所述改性水玻璃为铸造用高溃散水玻璃；铸造用有机酯固化剂的加入量为所述改性水玻璃的加入量的8％-10％。本申请提供的铸造砂组合物及铸造方法，采用该铸造砂组合物制作而成的型芯强度高，高温下退让性好，溃散性好，无毒无味。其生产的高锰钢铸件热裂倾向小，发气量低，旧砂回收可达80％以上。有效解决了酯硬化高锰钢铸件只能水爆清砂不能冷开箱干法落砂的难题，不仅减少了旧砂排放造成的环境污染；还可避免由于水爆清砂工艺铸件产生的表面微裂纹，铸件的质量得到提升，增强了市场竞争力。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供的铸造砂组合物使用易溃散性水玻璃，适宜加入量；适宜的橄榄石砂粒度；适当控制通碳压力和时间；适宜的开箱时间；控制震动方式和震动时间。有效的解决了酯硬化高锰钢铸件只能水爆清砂不能冷开箱干法落砂的难题，不仅减少了旧砂排放造成的环境污染；还可避免由于水爆清砂铸钢件产生的表面微裂纹，能充分发挥爆炸硬化的优势；最重要的是冷开箱成功，实现了锤击冒口工艺，铸件的质量得到提升。
具体的，该铸造砂组合物包括如下原料：
颗粒度为30-70目的碱性型砂原砂的加入量100％；原砂粒度直接影响透气性和铸件表面粗糙程度。原砂的粒度并不能代表型砂粒度，因为在铸造过程中部分砂粒可能破碎成细粉，另一部分可能烧结成粗粒。粒度较粗的砂芯溃碎后也会混入旧砂。经过多次铸造过程的积累就使型砂的粗细逐渐改变。本申请体的原砂的颗粒度在30-70目之间，即可以保证获得的铸造砂组合具有良好的透气性，又能保证铸件表面的光洁度。进一步的，所述碱性型砂原砂为镁橄榄石砂原砂。镁橄榄砂特别适用于高锰钢、合金钢铸造业，铸件表面光滑、轮廓清晰、尺寸准确、不沾砂夹砂，无游离sio2，能有效防止矽肺病。
改性水玻璃的加入量为所述碱性型砂原砂的加入量的3.5％-4％；所述改性水玻璃为铸造用高溃散水玻璃；所述改性水玻璃的性能指标为：粘度(25℃)100-140mpa.s，密度(25℃)1.45-1.53g/cm3，抗拉强度(24小时)≥1.0Mpa。酯硬化水玻璃砂的硬化机理为，有机酯水解后析出酸和醇，酸促使聚硅酸钠转变成硅溶胶，有利于水玻璃砂迅速固化；醇对水有很强的亲和力，能起到容积化的作用使水玻璃脱水，脱水后的水玻璃具有强而韧的特征，是型砂获得强度的主要原因。由此可以看出有机脂水玻璃砂是典型的物理硬化，而非化学硬化。它是以未反应的水玻璃脱水的物理硬化为主，使型砂获得所需要的强度，而以生成硅溶胶的化学硬化为辅，物理硬化与化学硬化是相辅相成的过程。
本申请提供的改性水玻璃可以选用汇亚通铸造用新型溃散性水玻璃HYT S-107G。该新型溃散性水玻璃是在普通水玻璃的基础上通过一系列化学和物理改性与电离子嫁接而成，具有强度高、粘度低的特性，比普通水玻璃砂的强度提高30％左右。水玻璃的粘度决定着粘结剂在砂粒表面流动的难易程度，在模数、密度及温度相同的条件下，水玻璃的粘度越低，它的润湿角越大，表面张力越小，使得水玻璃的加入量越少。另外，水玻璃的粘度低，配比时定量准确，容易组织流水线生产。新型水玻璃可根据铸件大小、气温、湿度及砂子种类与固化剂匹配，任意地调节型芯砂的硬化速度和可使用时间，因此型砂的硬化性能优于普通水玻璃自硬沙，尤其是气温较低的冬季，型砂硬透性及硬化速度优于普通水玻璃。新型水玻璃的加入量增加，硬化速度快，终强度提高。但型砂中的Na离子含量增加，溃散性变差，严重恶化了旧砂的再生回用性能。因此在使用中不能片面的追求型芯砂强度，而应在强度满足生产工艺的前提下，尽可能减少新型水玻璃的加入量。
铸造用有机酯固化剂的加入量为所述改性水玻璃的加入量的8％-10％。该铸造用有机酯固化剂可以选用汇亚通HYT G-132醋酸甘油酯固化剂。醋酸甘油酯固化剂，这些专用有机酯与新型水玻璃发生作用，具有强失水、低碱性、反应均一的特性，硬透性比有机脂要好，特别在低温、高温及高湿情况下的硬化性能优于普通有机脂。
本申请采用5#镁橄榄石砂原砂，粒度30-70目；铸造用新型溃散性水玻璃HYT S-107G，铸造用有机酯固化剂HYT G-132。通过多次试验生产后确定，使用符合上述要求的原砂，以尽量降低水玻璃加入量，采用上述适于酯硬化的新型溃散性好的水玻璃与有机酯固化剂，有利于平衡常温强度与高温残留强度值，能实现较高温度下提高型砂溃散性的目的，达到冷开箱的技术指标要求。
该铸造砂组合物的制备方法可以包括依次向连续式混砂机内加入碱性型砂原砂、铸造用有机酯固化剂以及改性水玻璃，混匀即得所述铸造砂。具体的，上述原砂加入量100％，水玻璃加入量3.5-4.0％，有机酯固化剂加入量为水玻璃的8-10％；混砂时加料顺序先加原砂，再加有机酯固化剂，最后加水玻璃，混砂时间应尽量短，混匀即可，现混现用，防止型砂表面发生微硬化影响可使用时间，以满足实际生产操作的需要。
本申请实施例还可以提供一种使用所述铸造砂组合物的铸造方法，所述铸造方法包括：
将所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；具体的，吹CO2气体时吹碳压力0.15-0.25MPa，流量0.5-1.0m3/h，通碳时间为8-10分钟。浇注完成20-24小时后采用冷开箱工艺进行落砂。
具体实施时，可以将混匀的型砂加到造型砂箱中，为缩短硬化时间，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化，吹碳压力0.15-0.25MPa，流量0.5-1.0m3/h，通过采用上述适宜的吹CO2气体压力与流量，能保证砂型芯的即时强度，硬化后存放强度，以避免铸件产生掉砂类铸造缺陷。浇注后20-24小时开箱，经过实际跟踪铸件温度在200-300℃,砂型的残留强度低，砂溃散性低，易于落砂。铸件冒口面即背槽向下放在震动落砂机上震动，震动时间3-5分钟，有利于槽内残砂落砂干净。采用该方法可实现锤击冒口，减少污染，避免冒口火焰切割造成的裂纹，冒口根部质量提高，补缩效率更高。提升铸件质量，增强市场竞争力，符合国内外用户的要求，是铸造行业发展的方向和趋势。
为了进一步说明本申请提供的方案，下面通过具体实施例进行详细说明。
实施例1
依次向连续式混砂机内加入颗粒度为30目的镁橄榄石砂原砂100g、铸造用汇亚通HYT G-132醋酸甘油酯固化剂0.28g以及汇亚通HYT S-107G铸造用新型溃散性水玻璃3.5g，混匀即得所述铸造砂组合物。
实施例2
依次向连续式混砂机内加入颗粒度为50目的镁橄榄石砂原砂100g、铸造用汇亚通HYT G-132醋酸甘油酯固化剂0.34g以及汇亚通HYT S-107G铸造用新型溃散性水玻璃3.8g，混匀即得所述铸造砂组合物。
实施例3
依次向连续式混砂机内加入颗粒度为70目的镁橄榄石砂原砂100g、铸造用汇亚通HYT G-132醋酸甘油酯固化剂0.4g以及汇亚通HYT S-107G铸造用新型溃散性水玻璃4g，混匀即得所述铸造砂组合物。
分别对实施例1-3获得的铸造砂组合物的常温抗拉强度、常温抗压强度以及残留抗压强度进行试验，试验结果如表1-表3所示。
表1常温抗拉强度(MPa)
Figure BDA0002304479660000061
Figure BDA0002304479660000071
表2常温抗压强度(MPa)
即时 30min 1h 4h 8h 24h
实施例1 0.165 0.423 0.334 0.601 0.876 1.363
实施例2 0.241 0.329 0.414 0.471 0.708 1.039
实施例3 0.171 0.376 0.374 0.440 0.730 1.075
平均值 0.192 0.376 0.374 0.504 0.771 1.159
表3残留抗压强度(24h)(MPa)
Figure BDA0002304479660000072
说明：试样吹完CO2即起模，放24h入炉。试样8h-24h入炉是考虑与实际生产中起模-浇注时间契合。
实验结论：
本申请提供的铸造砂组合物放24h常温强度未下降，满足生产需要，较高温度(900℃、800℃、700℃)下残留强度下降，实现了较高温度下提高型砂溃散性200-300℃易于落砂的目的，得以实现干法落砂。
实施例4
将实施例2中获得的所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；具体的，吹CO2气体时吹碳压力0.2MPa，流量0.8m3/h，通碳时间为9分钟。采用第一铸钢进行铸件浇注，浇注完成23小时后采用冷开箱工艺进行落砂获得高锰钢辙叉铸件。
实施例5
将实施例2中获得的所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；具体的，吹CO2气体时吹碳压力0.2MPa，流量0.8m3/h，通碳时间为9分钟。采用第二铸钢进行铸件浇注，浇注完成23小时后采用冷开箱工艺进行落砂获得高锰钢辙叉铸件。该第二铸钢的碳含量小于第一铸钢的碳含量。
实施例6
将实施例2中获得的所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；具体的，吹CO2气体时吹碳压力0.2MPa，流量0.8m3/h，通碳时间为9分钟。采用第三铸钢进行铸件浇注，浇注完成23小时后采用冷开箱工艺进行落砂获得高锰钢辙叉铸件。该第三铸钢的碳含量小于第二铸钢的碳含量。
对实施例4-6获得的高锰钢辙叉铸件的机械性能进行检测，检测方法、设备以及检测结果如表4所示。
表4高锰钢辙叉机械性能检测报告
Figure BDA0002304479660000081
Figure BDA0002304479660000091
总之，本申请提供的铸造砂组合物及铸造方法，采用该铸造砂组合物制作而成的型芯强度高，高温下退让性好，溃散性好，无毒无味。其生产的高锰钢铸件热裂倾向小，发气量低，旧砂回收可达80％以上。有效解决了酯硬化高锰钢铸件只能水爆清砂不能冷开箱干法落砂的难题，不仅减少了旧砂排放造成的环境污染；还可避免由于水爆清砂工艺铸件产生的表面微裂纹，铸件的质量得到提升，增强了市场竞争力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种使用铸造砂组合物的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括：
将所述铸造砂组合物加入造型砂箱中，通过管路输送向砂型芯吹CO2气体联合硬化；吹CO2气体时吹碳压力0.15-0.25MPa，流量0.5-1.0m3/h，通碳时间为8-10分钟；
浇注完成20-24小时后采用冷开箱干法落砂工艺进行落砂；
其中，所述铸造砂组合物包括如下原料：
颗粒度为30-70目的碱性型砂原砂的加入量100％；
改性水玻璃的加入量为所述碱性型砂原砂的加入量的3.5％-4％；所述改性水玻璃为铸造用高溃散水玻璃；所述改性水玻璃的性能指标为：25℃的粘度100-140mpa.s，25℃的密度1.45-1.53g/cm3，24小时抗拉强度≥1.0Mpa；
铸造用有机酯固化剂的加入量为所述改性水玻璃的加入量的8％-10％，所述机酯固化 剂为醋酸甘油酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的使用铸造砂组合物的铸造方法，其特征在于，所述碱性型砂原砂为镁橄榄石砂原砂。
3.根据权利要求1所述的使用铸造砂组合物的铸造方法，其特征在于，所述的铸造砂的制备方法包括：
依次向连续式混砂机内加入碱性型砂原砂、铸造用有机酯固化剂以及改性水玻璃，混匀即得所述铸造砂。
4.根据权利要求1所述的使用铸造砂组合物的铸造方法，其特征在于，所述冷开箱工艺包括铸件冒口面即背槽向下放在震动落砂机上震动，震动时间为3-5分钟。
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