CN114346164A - 一种环保型耐热覆膜砂及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型耐热覆膜砂及制备方法和应用，该环保型耐热覆膜砂包括硅砂、酚醛树脂、固化剂、润滑剂和铁尾矿，其中：硅砂和酚醛树脂的加入量质量比为96‑98：1‑3，铁尾矿的加入量为硅砂的0.1‑1.2wt％；其制备方法包括：将表面依次包覆有酚醛树脂层和固化剂层的硅砂与粒径小于500目的铁尾矿粉末混合均匀后，再与润滑剂混匀，即可。本发明采用铁尾矿辅剂处理覆膜砂，可以替代耐火涂料和氧化铁辅剂，以提高覆膜砂耐热性的优点，成本优势明显，而且节省了砂芯刷涂料、烘干的工序，降本增效；本发明的环保型耐热覆膜砂通过将铁尾矿均匀的包覆在覆膜砂粒表面，不影响覆膜砂的常规性能。
Description
技术领域
本发明属于覆膜砂制备技术领域，更具体地，涉及一种环保型耐热覆膜砂及制备方法和应用。
背景技术
铁矿石在生产铁精矿过程中产生大量的铁尾矿造成铁资源浪费和引起的一系列环保等问题。据统计，我国现堆存的尾矿量近50亿吨，年排出尾矿量高达5亿吨以上，通过分析研究铁尾矿资源利用方法的利弊，以期为今后提高铁资源的综合利用率、保护环境、促进经济发展提供指导。
随着铁矿资源的不断开采利用，作为原铁矿选矿过程中的必然产物的铁尾矿，因其排放量大和利用率低的特点，已成为世界范围内的主要固体废弃物之一，如何提高铁尾矿的利用率一直是各国研究的重点方向。
迄今为止，尚未见到铁尾矿在制备覆膜砂中的相关报道。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种环保型耐热覆膜砂及制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种环保型耐热覆膜砂，包括：
硅砂、酚醛树脂、固化剂、润滑剂和铁尾矿；
其中：
所述硅砂和所述酚醛树脂的加入量质量比为96-98：1-3；
所述铁尾矿的加入量为所述硅砂的0.1-1.2wt％。
在上述技术方案中，所述固化剂为乌洛托品。
优选地，在上述技术方案中，所述固化剂的加入量为所述酚醛树脂的10-20wt％。
在上述技术方案中，所述润滑剂为硬脂酸钙。
优选地，在上述技术方案中，所述润滑剂的加入量为所述酚醛树脂的5-10wt％。
进一步地，在上述技术方案中，所述铁尾矿的粒径为小于500目。
进一步地，在上述技术方案中，所述环保型耐热覆膜砂由以下重量份的组分组成：
硅砂99-102份，酚醛树脂1.95-2.1份；乌洛托品0.2-0.3份；硬脂酸钙0.115-0.13份；铁尾矿0.875-1.15份。
更进一步地，在上述技术方案中，所述铁尾矿包括Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO；
其中，所述Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO的含量之比分别为(15.5-20.8)：(48.5-57.6)：(24.2-26.7)：(4.67-5.44)：(3.98-4.68)。
本发明另一方面还提供了上述环保型耐热覆膜砂的制备方法，具体包括：
将表面依次包覆有酚醛树脂层和固化剂层的硅砂与粒径小于500目的铁尾矿粉末混合均匀后，再与润滑剂混匀，即可。
在本发明的具体实施方式中，所述环保型耐热覆膜砂的制备方法具体包括以下步骤：
S1、称取96-98份硅砂置于混砂桶中，加热至130-160℃；
S2、称取1-3份酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌10-30s；
S3、准确称取质量为所述酚醛树脂的0.1-0.2倍的乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌20-40s；
S4、准确称取质量为所述硅砂的0.1-1.2％的经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌10-15s；
S5、准确称取质量为所述酚醛树脂的5-10wt％的硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌30-60s，即可。
优选地，在上述技术方案中，步骤S4中，所述预处理具体包括：
将铁尾矿研磨后过600目筛，并在100-200℃下烘干至含水率小于1％，密封后备用。
本发明再一方面还提供了上述环保型耐热覆膜砂或上述制备方法在大型铸钢件铸造中的应用。
在本发明的技术方案中，铁尾矿中的铁成份可以替代三氧化二铁和四氧化三铁，作为覆膜砂的添加剂，在浇注的时候，砂芯受到高温金属液的作用，型砂和铁水中的水蒸汽在高温下分解为氧气和氢气，进入铸件本体形成气孔缺陷，而铁成份和上述气体发上氧化或还原反应，则能起到去除皮下气孔的作用；铁尾矿中的其他成分则主要是高熔点的氧化铝和氧化硅等，是一种耐热材料，它们均匀的包覆在砂粒表面起到隔热效应，进一步延缓覆膜砂树脂灼烧，从而提高其耐热性；对于上吨重的大型铸钢件，金属液在凝固的时候有释放热量大和持续时间长的特点，当覆膜砂制作的砂芯，砂粒表面的树脂被灼烧掉后，辅剂则会直接和硅砂接触，在高温状态下750-850℃，此时氧化铝、氧化镁和氧化钙作为助熔剂，又起到“助融”效果，铁尾矿中的SiO2形成一层陶瓷化层，高温下砂芯骨料可延续保持成型状态，继续预防铸件粘砂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)在本发明所提供的铁尾矿辅剂处理覆膜砂，可以替代耐火涂料和氧化铁辅剂，以提高覆膜砂耐热性的优点，成本优势明显，而且节省了砂芯刷涂料、烘干的工序，降本增效；
(2)在本发明所提供的技术方案中，对工业固体废弃物的综合利用，属于环保型产品，符合《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》，是属于绿色制造、减能减排的要求；
(3)本发明所提供的环保型耐热覆膜砂通过将铁尾矿均匀的包覆在覆膜砂粒表面，不影响覆膜砂的常规性能；
(4)铸件在不同的凝固阶段，本发明所提供的环保型耐热覆膜砂都能发挥不同的效果，具体包括，铁尾矿的附属物的耐热材料成份，延缓树脂膜被热分解，以及，若砂芯(型)的温度继续维持在700℃以上，即便树脂灼烧完毕，MgO、CaO等助熔剂和SiO2化学反应，生成致密稳定的陶瓷层，进一步提高耐热性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。
本文中所用的术语“包含”、“包括”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如没有特殊说明，本发明所用的原料均为市售常规产品。
本发明实施例所用铁尾矿为国内某炼钢厂的排放物。
具体地，该铁尾矿包括Fe2O3 17.5wt％、SiO2 53.6wt％、Al2O3 25.7wt％、CaO5.04wt％、MgO 4.41wt％和其他。
在本发明的实施例和对比例中，所用铁尾矿在使用之前进行如下预处理：
将铁尾矿研磨后过600目筛，并在175℃下烘干至含水率小于1％，密封后备用。
实施例1
本发明实施例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、称取酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌25s；
S3、准确称取乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌35s；
S4、准确称取经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌12s；
S5、准确称取硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌50s，即可。
实施例2
本发明实施例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、称取酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌25s；
S3、准确称取乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌35s；
S4、准确称取经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌12s；
S5、准确称取硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌50s，即可。
实施例3
本发明实施例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、称取酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌25s；
S3、准确称取乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌35s；
S4、准确称取经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌12s；
S5、准确称取硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌50s，即可。
对比例1
本发明对比例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、称取酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌25s；
S3、准确称取乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌35s；
S4、准确称取经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌12s；
S5、准确称取硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌50s，即可。
对比例2
本发明对比例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、分别称取酚醛树脂、乌洛托品、铁尾矿和硬脂酸钙，先将乌洛托品加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再与酚醛树脂、铁尾矿和硬脂酸钙同时加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌50s直至混合均匀，即可。
对比例3
本发明对比例提供了一种环保型耐热覆膜砂。
1、组成
2、制备方法
具体包括以下步骤：
S1、称取硅砂置于混砂桶中，加热至150℃；
S2、称取酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌25s；
S3、准确称取乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌35s；
S4、准确称取硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌50s，即可。
对本发明实施例1-3和对比例1-3所制备的环保型耐热覆膜砂的性能进行测试，具体包括常温抗拉强度、常温抗弯强度、熔点和耐热性。
其中：
常温抗拉强度、常温抗弯强度和熔点的检测方法为本领域常规方法，在此不再赘述；
耐热性的检测方法的具体步骤如下：
(1)按照JB/T8583-2008标准，用覆膜砂制备标准8字抗拉试块；
(2)试块冷却到室温后，称取其重量M1，放在耐热容器(如刚玉舟)中备用；
(3)根据不同的铸件材质，模拟浇注条件的砂芯温度，若铸铝则温度为700±30℃，铸铁则为1300-1500℃，将放有8字试块的刚玉舟置于测试温度的高温炉中，再保温3min；
(4)时间到后，取出刚玉舟，在干燥的密闭环境中，冷却到室温；
(5)将灼烧后的8字试块，小心移入底部为6-20目的筛网盘中，用小毛刷轻轻扫掉8字试块表面被灼烧掉的散砂，用盘子收集底部掉落的散砂，称重为M2；
(6)则砂样的耐热性Φ为：
Φ＝(M1-M2)/M1×100％
耐热性高可以更好的抵御高温金属液的侵蚀，砂芯维持原有轮廓，从而获得尺寸精度优异的铸件。
具体检测结果如下表1所示。
表1环保型耐热覆膜砂的性能测试结果
对比实施例1，若铁尾矿加入过量，会影响砂粒之间的交联固化，从而降低强度；对比实施2，要是树脂、固化剂等不按流程加入量，则对强度的有急剧的破坏效果，熔点高到121℃，说明树脂和乌洛托品的固化效果很差；对比实施3，不加铁尾矿，对强度影响不大，但是检测其耐热性下滑严重。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
包括，硅砂、酚醛树脂、固化剂、润滑剂和铁尾矿；
其中：
所述硅砂和所述酚醛树脂的加入量质量比为96-98：1-3；
所述铁尾矿的加入量为所述硅砂的0.1-1.2wt％。
2.根据权利要求1所述的环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
所述固化剂为乌洛托品；
优选地，所述固化剂的加入量为所述酚醛树脂的10-20wt％。
3.根据权利要求1所述的环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
所述润滑剂为硬脂酸钙；
优选地，所述润滑剂的加入量为所述酚醛树脂的5-10wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
所述铁尾矿的粒径为小于500目。
5.根据权利要求1-3任一项所述的环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
由以下重量份的组分组成：
硅砂99-102份，酚醛树脂1.95-2.1份；乌洛托品0.2-0.3份；硬脂酸钙0.115-0.13份；铁尾矿0.875-1.15份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的环保型耐热覆膜砂，其特征在于，
所述铁尾矿包括Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO；
其中，所述Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO的含量之比分别为(15.5-20.8)：(48.5-57.6)：(24.2-26.7)：(4.67-5.44)：(3.98-4.68)。
7.权利要求1-6任一项所述的环保型耐热覆膜砂的制备方法，其特征在于，
包括：
将表面依次包覆有酚醛树脂层和固化剂层的硅砂与粒径小于500目的铁尾矿粉末混合均匀后，再与润滑剂混匀，即可。
8.根据权利要求7所述的环保型耐热覆膜砂的制备方法，其特征在于，
具体包括以下步骤：
S1、称取96-98份硅砂置于混砂桶中，加热至130-160℃；
S2、称取1-3份酚醛树脂，加入到步骤S1中装有已加热的硅砂的混砂桶中，搅拌10-30s；
S3、准确称取质量为所述酚醛树脂的0.1-0.2倍的乌洛托品，加入到3倍质量的水中混匀得到乌洛托品水溶液后，再将乌洛托品水溶液加入到S2中的混砂桶中，搅拌20-40s；
S4、准确称取质量为所述硅砂的0.1-1.2％的经过预处理的铁尾矿，加入到S3中的混砂桶中，搅拌10-15s；
S5、准确称取质量为所述酚醛树脂的5-10wt％的硬脂酸钙，加入到S4中的混砂桶中，搅拌30-60s，即可。
9.根据权利要求8所述的环保型耐热覆膜砂的制备方法，其特征在于，
步骤S4中，所述预处理具体包括，将铁尾矿研磨后过600目筛，并在100-200℃下烘干至含水率小于1％，密封后备用。
10.权利要求1-6任一项所述的环保型耐热覆膜砂或权利要求7-9任一项所述的制备方法在大型铸钢件铸造中的应用。
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