CN114570874B - 人造砂制造工艺、人造砂回收工艺及磁性人造砂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人造砂造型工艺，包括如下步骤：将人造砂原料中加入含铁量为3%‑30%的铁元素，而后造粒制得磁性人造砂；将磁性人造砂进行磁性分选，分选出含铁量＞30%的强磁性人造砂、含铁量为5%‑30%的中磁性人造砂、含铁量＜5%的弱磁性人造砂；将弱磁性人造砂或无磁性天然石英砂与无机粘结剂、固化剂混合得到无机人造砂，用于制备无机外模；将中磁性人造砂与有机粘结剂、固化剂混合得到有机人造砂，用于制备有机砂芯；铸造时，将有机砂芯放入无机外模内，合模成完整的砂型。本申请组合使用无机粘结剂和有机粘结剂，既能降低VOCs有机气体的排放量，又能提高铸件的浇铸质量。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，尤其是一种人造砂制造工艺、人造砂回收工艺及磁性人造砂。
背景技术
市面上绝大多数的砂型（包括外模和砂芯）采用无磁性的石英砂作为原料，利用有机粘结剂制粘结成外模和砂芯，由于有机粘结剂的环保效果差、毒性强，铁水浇铸时会产生较多的VOCs有机气体，影响环境。
为了不产生或少产生VOCs有机气体，市面上开始推广使用无机粘结剂制造无机无磁性砂芯；但是铸造厂流水化生产线要求砂芯与外模匹配并准时送达，需要砂芯提前储存在库中，使用时才取出与砂型匹配，而无机粘结剂易吸水，使得长时间存放的无机砂芯容易吸潮，从而生产的铸件会出现尺寸精度差、表面粗糙度差等缺陷；
另外，无机粘结剂制成的无机无磁性砂芯溃散性差，温度高时易碎，温度低时易粘连，既不利于浇铸，也不利于落砂，故难以推广。
所以，需要一种新的人造砂制造工艺和人造砂回收工艺，组合使用无机粘结剂和有机粘结剂，制得无机外模和有机砂芯，组合使用时既能降低VOCs有机气体的排放量，又能提高铸件的浇铸质量。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一人造砂制造工艺、人造砂回收工艺及磁性人造砂，制得有机砂芯保证精度，无机外模溃散性好，利于砂型和砂芯的落砂回收。本发明采用的技术方案是：
一种人造砂造型工艺，包括如下步骤：
将人造砂原料中加入含铁量为3%-30%的铁元素，而后造粒制得磁性人造砂；
将磁性人造砂进行磁性分选，分选出含铁量＞30%的强磁性人造砂、含铁量为5%-30%的中磁性人造砂、含铁量＜5%的弱磁性人造砂；
将弱磁性人造砂或无磁性天然石英砂与无机粘结剂、固化剂混合得到无机人造砂，用于制备无机外模；
将中磁性人造砂与有机粘结剂、固化剂混合得到有机人造砂，用于制备有机砂芯；
铸造时，将有机砂芯放入无机外模内，合模成完整的砂型。
进一步地，所述的人造砂原料为氧化铝粉或矾土，制得的磁性人造砂分别为磁性宝珠砂、磁性金刚陶粒砂或磁性莫来石砂。
进一步地，所述铁元素为铁粉、Fe3O4或铁粉与Fe3O4或的混合物。
一种人造砂回收工艺，包括人造砂造型工艺，还包括如下步骤：
使用后的砂型经落砂、振动破碎，得到无机人造砂和有机人造砂的混合砂，然后对混合砂进行磁性分选，分选出有机中磁性人造旧砂、无机弱磁性人造旧砂或无机无磁性天然石英旧砂；
分别回收无机无磁性天然石英旧砂、无机弱磁性人造旧砂和有机中磁性人造旧砂，重新投入到人造砂造型工艺当中循环使用。
进一步地，有机中磁性人造旧砂通过机械法再生工艺或热法再生工艺进行回收。
进一步地，无机无磁性人造旧砂或无机弱磁性人造旧砂通过湿法再生工艺进行回收。
进一步地，所述磁性分选所使用的设备为磁选分离滚筒；其中，磁选分离滚筒的表面磁性为1000Gs-8000Gs。
一种磁性人造砂，由人造砂造型工艺制得。
本发明的优点：
基于磁性的人造砂角形系数小，表面光滑，不仅与无机/有机粘结剂结合效果好，还有利于降低无机/有机粘结剂和固化剂的加入量，从而降低生产成本，减少废气污染，改善铸造环境；同样的，粘结剂使用量与现有的砂件加工工艺相比大大减少，铸件使用后残留的粘接剂量低，更利于溃散，利于旧砂的再生。
所以，本申请能够组合使用无机粘结剂和有机粘结剂，制得无机外模和有机砂芯，组合使用时既能降低VOCs有机气体的排放量，又能提高铸件的浇铸质量，砂芯易溃散回收。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅附图1，本发明首先提供一种人造砂造型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将人造砂原料中加入含铁量为3%-30%的铁元素，而后造粒制得磁性人造砂；
S2：将磁性人造砂进行磁性分选，分选出含铁量＞30%的强磁性人造砂、含铁量为5%-30%的中磁性人造砂、含铁量＜5%的弱磁性人造砂；
S3：将弱磁性人造砂或无磁性天然石英砂与无机粘结剂、固化剂混合得到无机人造砂，用于制备无机外模；
将中磁性人造砂与有机粘结剂、固化剂混合得到有机人造砂，用于制备有机砂芯；
铸造时，将有机砂芯放入无机外模内，合模成完整的砂型。
可选的，所述的人造砂原料为氧化铝粉或矾土，制得的磁性人造砂分别为磁性宝珠砂、磁性金刚陶粒砂或磁性莫来石砂。
为方便理解，以下介绍几种磁性人造砂的生产工艺；
现有技术中的宝珠砂是以优质铝矾土为原料，经过高温煅烧、电熔、造粒、筛分得到的；在此基础上，通过在铝矾土中均匀加入铁氧化物，再经过高温煅烧、电熔、造粒、筛分，得到磁性宝珠砂；
现有技术中的金刚陶粒砂是采用α相转化率较低（例如α相转化率为80%-90%）的氧化铝粉为主要原料，配以复合烧结剂，经过球磨、造粒、煅烧、抛光、筛分，得到氧化铝微珠，即为金刚陶粒砂；在此基础上，通过在氧化铝粉中与复合烧结剂一起均匀加入铁氧化物，再经过球磨、造粒、煅烧、抛光、筛分，得到磁性金刚陶粒砂；
现有技术中的莫来石砂是以矾土为原料，经过破碎、研磨、造浆、造粒、煅烧、筛分得到的；在此基础上，在研磨和造浆的过程中均匀加入铁氧化物，再经过造粒、煅烧、筛分，得到磁性莫来石砂。
下面以磁性金刚陶粒砂为例，简述基于磁性人造砂的砂型的有益效果；
传统铸造用的天然石英砂，由于其耐火度不高，热膨胀系数大，导致铸件表面粘砂现象明显，铸件精度不高，并且石英砂粒形态不规则，角形系数大，所以制成外模或砂芯时所需要使用的粘结剂和固化剂量大大提高；
磁性金刚陶粒砂的耐火度与镁砂、铬铁矿砂相当，其耐火度可达1850℃，高于天然石英砂，所以制成的磁性外模或砂芯在铸造过程中，使铸件表面粘砂倾向减少，并且磁性人造砂的热膨胀性低，满足铸件精度要求；
磁性金刚陶粒砂的莫氏硬度能够达到7.8，再生循环时不宜破碎，回收再利用率高，排放量小，大大降低了生产成本；
磁性金刚陶粒砂粒形为球形，角形系数≤1.1，表面光滑且粒形良好，从而粘结剂和固化剂的加入量能够降低40%-50%，不仅降低生产成本，还减少有机气体的产生，有利于改善铸造环境；
磁性金刚陶粒砂球形态制作的外模，同样有利于浇铸过程中的排气，减少铸件的气孔倾向；
另外，由于粘结剂和固化剂的加入量降低，使得铸件浇铸后，砂型残留的粘结剂低，有利于溃散，有利于旧砂再生。
在人造砂磁性分选过程中，优选含铁量为5%-28%的中磁性人造砂；更优选含铁量为8%-25%的中磁性人造砂；更优选含铁量为10%-22%的中磁性人造砂。
在本实施例中，所述磁性分选所使用的设备为磁选分离滚筒，其中，磁选分离滚筒的表面磁性为1000Gs-8000Gs；优选的，磁选分离滚筒的表面磁性为1000Gs-5000Gs；
在磁性人造砂的分选过程中，含铁量越高的磁性人造砂越容易被磁选分离，所以含铁量越高的磁性人造砂在表面磁性低范围的分选中更容易被选出；所以，首先设定磁选分离滚筒的表面磁性范围在1000-3000Gs，分选出含铁量为30%-65%的强磁性人造砂，再调节磁选分离滚筒的表面磁性至3000-5000Gs，分选出含铁量为5%-30%的中磁性人造砂，剩余的即为含铁量＜5%的弱磁性人造砂。
由于磁选分离滚筒的表面磁性参数为具体数值，所以以中磁性人造砂为例简述磁性人造砂的分选过程：设定磁选分离滚筒的表面磁性为2500Gs，将分选出的中磁性人造砂取样，检测磁性人造砂样品中的铁含量，当95%以上人造砂的表面磁性均达到30%的铁含量要求时，表示中磁性人造砂分选合格，当取样不合格时，下调磁选分离滚筒的表面磁性，重新取样，直至95%以上人造砂的表面磁性达到要求，从而保证中磁性人造砂的表面磁性强度，提高铸件质量。
在本实施例中，制备无机人造砂的具体过程为：
将弱磁性人造砂和/或无磁性天然石英砂作为原料砂，将原料砂与无机粘结剂、固化剂加入连续式混砂机或者间隙式混砂机，根据需要加入增强剂，使粘结剂、固化剂、增强剂与弱磁性人造砂混合，得到无机人造砂；其中粘结剂的重量占弱磁性人造砂重量的1.5%-4.5%，固化剂的重量占粘结剂重量的10%-15%，增强粉剂的重量占人造砂重量的1%-2%；使用时，将无机人造砂注入准备好的外模模具内填充，一段时间后开模得到无机外模。
实际上，弱磁性人造砂的成本要远高于无磁性天然石英砂，所以在制备无机人造砂时，优先选用无磁性天然石英砂。
为方便理解，以下介绍在步骤S3中制备有机人造砂的具体过程；
将中磁性人造砂、有机粘结剂、固化剂加入连续式混砂机或者间隙式混砂机，根据需要加入增强剂，使粘结剂、固化剂与中磁性人造砂混合，得到有机人造砂，其中粘结剂的重量占中磁性人造砂重量的0.5%-3.5%，固化剂的重量占粘结剂重量的36%-65%；使用时，将有机人造砂注入准备好的砂芯模具内填充，一段时间后开模得到有机砂芯。
基于连续式混砂机和间隙式混砂机结构和混砂方式的不同，采用连续式混砂机制备无机人造砂或有机人造砂时，混合时间只需要3-10s，不需要冷却时间；采用间隙式混砂机制备无机人造砂或有机人造砂时，混合时间需要30-180s，不需要冷却时间。
由于制备无机外模和有机砂芯的具体过程中，除用砂外与现有技术无异，故在此不做赘述。
其次，本申请提供一种人造砂回收工艺，包括如下步骤：
S4：使用后的砂型经落砂、振动破碎，得到无机人造砂和有机人造砂的混合砂，然后对混合砂进行磁性分选，分选出有机中磁性人造旧砂、无机弱磁性人造旧砂或无机无磁性天然石英旧砂；
S5：分别回收无机无磁性天然石英旧砂、无机弱磁性人造旧砂和有机中磁性人造旧砂，重新投入到人造砂造型工艺当中循环使用。
在本实施例中，使用后的砂型中的砂称为旧砂，由于铸造过程中的铁水浇铸会使砂型中产生大量的铁豆子和铁片之类的杂质，这类杂质磁性较强，如果制造或回收时使用的是强磁性人造砂，那么强磁性人造砂就无法在磁性分选过程中与杂质分离开；另外，强磁性人造砂中含有大量的铁粉及其氧化物，其自身比重接近纯铁，采用气吹比重法等其他方式很难与铁豆子等杂质分开；故选用中磁性人造砂，既方便分选分离，又能区别铁豆子之类的杂质进行回收，从而利于提高砂型质量；
但在铝、铜等有色铸造时对磁性人造砂的铁含量不做要求，所以当制作工艺不稳定造成中磁性人造砂中混入了强磁性人造砂时，在铝、铜等有色铸造过程中也无需与铁豆子等杂质分离。
本实施例中，所述磁性分选所使用的设备与人造砂造型工艺相同。
由于有机中磁性人造旧砂的比重小，金属颗粒物的比重大，所以通过在沸腾床上设置沸腾板，采用压缩空气使比重小的有有机中磁性人造旧砂沸腾，比重大的金属颗粒物滞留在沸腾板上，定期清理去除金属颗粒物，将有机中磁性人造旧砂初步回收，避免金属颗粒物影响有机中磁性人造旧砂的纯度。
为方便理解，以下介绍在机械法再生工艺回收有机中磁性人造旧砂的具体过程：
机械再生法是指通过搓擦机、气流再生机、磨砂盘、离心再生机、碾压机及复合组合的形式，将有机中磁性人造旧砂中的有机物和中磁性人造砂分离，除去粉尘，达到回用指标；当指标欠佳时可以加入新砂，直至达到回用指标。
为方便理解，以下介绍热法再生工艺回收有机中磁性人造旧砂的具体过程：
热法工艺是指通过燃烧的方式，将有机中磁性人造旧砂加热到600℃-720℃，使得表面的有机物受热挥发或燃烧，获得的中磁性人造砂的灼减量≤0.2%，当做新砂回用。
另外，本申请还提供一种磁性砂型，由人造砂造型工艺制得。
综上所述，本申请组合使用中磁性、弱磁性和无磁性砂，结合有机粘结剂和无机粘结剂制成有机砂芯和无机外模，组合成磁性砂型使用，有机粘结剂在高温浇铸时大量消耗燃烧，所以有机砂芯的溃散性优于无机砂芯；有机砂芯较无机砂芯不易吸水，防潮效果好；无机外模采用无机粘结剂，浇铸时减少有害气体的产生。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种人造砂造型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将人造砂原料中加入含铁量为3%-30%的铁元素，而后造粒制得磁性人造砂；
将磁性人造砂进行磁性分选，分选出含铁量＞30%的强磁性人造砂、含铁量为5%-30%的中磁性人造砂、含铁量＜5%的弱磁性人造砂；
将弱磁性人造砂或无磁性天然石英砂与无机粘结剂、固化剂混合得到无机人造砂，用于制备无机外模；
将中磁性人造砂与有机粘结剂、固化剂混合得到有机人造砂，用于制备有机砂芯；
铸造时，将有机砂芯放入无机外模内，合模成完整的砂型。
2.根据权利要求1所述的人造砂造型工艺，其特征在于：所述的人造砂原料为氧化铝粉或矾土，制得的磁性人造砂分别为磁性宝珠砂、磁性金刚陶粒砂或磁性莫来石砂。
3.根据权利要求2所述的人造砂造型工艺，其特征在于：所述铁元素为铁粉、Fe3O4或铁粉与Fe3O4的混合物。
4.一种人造砂回收工艺，其特征在于：包括权利要求1-3中任一项人造砂造型工艺，其特征在于，还包括如下步骤：
使用后的砂型经落砂、振动破碎，得到无机人造砂和有机人造砂的混合砂，然后对混合砂进行磁性分选，分选出有机中磁性人造旧砂、无机弱磁性人造旧砂或无机无磁性天然石英旧砂；
分别回收无机无磁性天然石英旧砂、无机弱磁性人造旧砂和有机中磁性人造旧砂，重新投入到人造砂造型工艺当中循环使用。
5.根据权利要求4所述的人造砂回收工艺，其特征在于：有机中磁性人造旧砂通过机械法再生工艺或热法再生工艺进行回收。
6.根据权利要求4所述的人造砂回收工艺，其特征在于：无机无磁性天然石英旧砂或无机弱磁性人造旧砂通过湿法再生工艺进行回收。
7.根据权利要求4所述的人造砂回收工艺，其特征在于：所述磁性分选所使用的设备为磁选分离滚筒；其中，磁选分离滚筒的表面磁性为1000Gs-8000Gs。
8.一种磁性人造砂，其特征在于：由权利要求1-3中任一项人造砂造型工艺制得。
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