CN115533019A - 一种自硬高强铸造型砂的制备方法及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自硬高强铸造型砂的制备方法及其应用方法，属于铸造型砂技术领域，本发明的成分简单，水溶热固性丙烯酸酯乳液在水性封闭型固化剂溶液作用下发生交联固化反，与水泥水化产物之间发生化学反应，形成以化学键结合的界面结构，界面增强导致型砂性能的提高，乳液与水与水泥水化产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成离子键结合的体型结构，含有‑COOH的等水溶性官能团，能与水泥水化产物中的Ca2+发生作用，并因改进型砂的造型条件，快凝快硬水泥迅速水化很快就具有较高强度，生产效率高，劳动条件好，浇注后溃散性好，旧砂回收简单，清砂容易和不污染环境，提高劳动生产率，减低劳动强度，改善劳动条件，降低生产成本和提高铸件质量等优越性。
Description
技术领域
本发明属于铸造型砂技术领域，尤其是一种自硬高强铸造型砂的制备方法及其应用方法。
背景技术
从开创人类文明的青铜时代起，我们就离不了黏土湿型砂，早期主要是天然的黏土黏结砂，采掘以后，加水混拌后就可以使用，例如南京附近出产的六合红砂，目前少量手工作业的铸造厂仍然使用。但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、砂粒混匀，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。黏土型砂的流动性不好、难以舂实，不易制成高紧实度的铸型，造型受到限制。例如CN201310590382.3铸铁件黏土表面干型砂公开的使用了黏土，但不添加煤粉、主要以秸秆粉末、草木灰为防粘助剂，以往水玻璃砂抗吸湿性研究，大多都是通过增加水玻璃的加入量并加入多种添加剂，以牺牲水玻璃砂24h强度为代价的，不仅抗吸湿性效果不够明显，而且导致水玻璃砂的溃散性变差。例如CN87101502有机改性水玻璃粘结剂的制造方法由于水玻璃砂存在吸湿性大的缺点，导致其在雨天或者空气湿度比较大的时候，在硬化过程中易吸收空气中的水分而使型砂表面强度下降，铸型表面和棱角处易出现散沙掉落的情况，在浇注生产中易产生冲砂、砂眼和表面粗糙等铸造缺陷题，极大地限制了水玻璃砂的发展和实际生产中的推广应用，本领域技术人员亟待开发出一种自硬高强铸造型砂的制备方法及其应用方法，以满足现有的使用需求和性能要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种自硬高强铸造型砂的制备方法及其应用方法。
一种自硬高强铸造型砂的制备方法，包括以下步骤：
第一步、称量原砂、快凝快硬水泥、水溶热固性丙烯酸酯乳液，先将称好的水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂倒入辗轮式混砂机内，开动混砂机，干搅拌40~45秒，再加入快凝快硬水泥，继续搅拌时间40~60秒后；
辗轮式混砂机工作时由电机带动立轴上的行星箱，行星箱两端之下各装有一组搅拌铲，搅拌铲以一定的速度绕立轴作顺时针方向公转的同时两组搅拌铲（每组三块铲板）分别以一定的速度绕各自的轴芯作逆时针方向自转，另外两只碾轮按顺时针方向对不断翻动的物料进行碾压。
混砂的目标是将原料混合均匀，使粘结剂包覆在砂粒表面上，辗轮式混砂机除有搅拌作用外，还有辗压搓揉作用，型砂的质量较好。
加料顺序是先加水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂，再加快凝快硬水泥混合，缩短混砂时间，提高型砂质量，改善劳动条件。
而如果先加快凝快硬水泥干粉后加乳液的混砂加料顺序，实际生产中，在混砂机的辗盘边缘遗留一些粉料，这些粉料吸水后粘附在混砂机壁上，直到混辗后期或卸砂时才脱落下来，使型砂里含有混合不均匀的团块，恶化了型砂性能，且影响实际配比。同时干混时粉尘飞扬，劳动条件差。
第二步、再加入水性封闭型固化剂溶液，该溶液占水溶热固性丙烯酸酯乳液重量的3~5%，继续搅拌15~20秒，得混合料；
混合料是指按一定比例配合，经过混制，符合造型、制芯要求的材料。以往包括黏土砂、树脂砂、水玻璃砂等。
第三步、再向混合料内加入混合料总质量0~0.01wt%的缓凝剂；第四步、继续混碾75~90秒，放入松砂机内松砂过筛，并冷却到室温后，即得。
各种料混合均匀，混砂时间不能太短，否则影响型砂性能，但混砂时间也不宜过长。否则将使型砂温度升高，型砂结成块状，性能变坏且生产效率低。
型砂经混辗和调匀后会被压实，有的被压成团块。如果采用这种型砂直接造型，型砂的坚实度不均匀，透气性等性能差。因此，调匀后的型砂必须经松砂或过筛才能使用，优选为用筛孔为5~8毫米的筛子过筛。
进一步的，所述第一步原砂、快干快凝水泥的重量比为原砂∶快凝快硬水泥∶水溶热固性丙烯酸酯乳液=100∶4~6∶4.5~5.5。
以往铸造用砂，按矿物质组成分为镁砂、锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂、刚玉砂等。
进一步的，所述第一步原砂含SiO2≥95%，其中杂质Al2O3＜2.5%、Fe2O3＜0.5%、CaO+MgO＜0.5%、K2O+Na2O＜1.5%，
含泥量≤1%、粒度要求：20目-70目，其中20目-40目为10-20%、40目-70目为80-90%；低于20目的最大不超过5%，高于70目＜5%，含水量＜3%、角形系数≤1.45。
进一步的，所述快凝快硬水泥的比表面积≥450m2/kg，优选为快凝快硬硫铝酸盐水泥BS-HFR或快凝快硬氟铝酸盐水泥。
快凝快硬水泥以往是一类防水堵漏材料，其特点是凝结硬化快，初终凝时间间隔极，终凝后迅速产生强度，以往用于房屋、地下、隧道、矿井等工程的堵漏止水、抢修、灌注等。
进一步的，所述第三步缓凝剂为柠檬酸或硫酸钠。
进一步的，所述第一步水溶性热固丙烯酸树脂乳液优选为天津国隆M-70A、广东金丰源RS-12W-60B、雅克YWH6601中的一种或多种。
水溶性热固丙烯酸树脂乳液能进一步消除水泥的干缩，改变产水泥的微观结构，提高水泥的柔性。
进一步的，所述第二步的水性封闭型固化剂为东旭DOXUNATE BI-40、也乐YL-WB9500、旗记九和TSCA4000中的其中一种。
上述自硬高强铸造型砂的应用方法，包括常规的型砂造型结束后，造型结束后，带模在自然条件下陈放20~30min后脱模，脱模后升温至90~100℃保温0~10min，后继续升温至160℃下保温20~30min，即得。
本发明的有益效果：
本发明的成分简单，三种主要成分原砂、快凝快硬水泥以及水溶热固性丙烯酸酯乳液，水溶热固性丙烯酸酯乳液在水性封闭型固化剂溶液的作用下发生交联固化反应，形成大分子，与水泥水化产物之间发生化学反应，形成以化学键结合的界面结构，通过界面增强导致型砂性能的提高，经过改性的丙烯酸酯共聚乳液可与水与水泥水化产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成离子键结合的大分子网络交织结构，因为水溶性，含有-COOH等官能团，能与水泥水化产物中的Ca2+发生作用，从而明显提高型砂的的强度和耐水性，并有一定的减水性，并因改进型砂的造型条件，很快就具有较高强度，凝结时间可用缓凝剂调节在15~45min，生产效率高，劳动条件好，浇注后溃散性好。
本发明相比现有技术，具有如下优点：
本发明公开的自硬高强铸造型砂完全可以代替传统的水玻璃和黏土型砂，快水化快凝快硬水泥迅速生成三硫型水化硫铝酸钙，很快就具有较高强度，凝结时间可用缓凝剂调节，生产效率高，劳动条件好，浇注后溃散性好，旧砂回收简单，清砂容易和不污染环境，提高劳动生产率，减低劳动强度，改善劳动条件，降低生产成本和提高铸件质量等优越性。
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
一种自硬高强铸造型砂的制备方法，包括以下步骤：
第一步、称量原砂、快凝快硬水泥、水溶热固性丙烯酸酯乳液，原砂、快干快凝水泥的重量比为原砂∶快凝快硬水泥∶水溶热固性丙烯酸酯乳液=100∶6∶5.5，为北极熊快凝快硬硫铝酸盐水泥BS-HFR52.5，水溶性热固丙烯酸树脂优选为天津国隆M-70A先将称好的水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂倒入S112辗轮式混砂机内，开动混砂机，干搅拌45秒，再加入快凝快硬水泥，继续搅拌时间60秒后；第二步、再加入东旭DOXUNATE BI-40水性封闭型固化剂溶液，该溶液占水溶热固性丙烯酸酯乳液重量的5%，继续搅拌20秒，得混合料；第三步、再向混合料内加入混合料总质量0.01wt%的缓凝剂柠檬酸；第四步、继续混碾90秒，放入松砂机内松砂过筛，筛孔为5毫米的筛子过筛，并冷却到室温25℃后，即得。所述原砂为凤阳华隆95级工业水洗硅砂，含SiO2≥95%，其中杂质Al2O3＜2.5%、Fe2O3＜0.5%、CaO+MgO＜0.5%、K2O+Na2O＜1.5%，含泥量≤1%、粒度要求：20目-70目，其中20目-40目为10-20%、40目-70目为80-90%；低于20目的最大不超过5%，高于70目＜5%，含水量＜3%、角形系数≤1.45。
上述自硬高强铸造型砂的应用方法，包括常规的型砂造型结束后，造型结束后，带模在自然条件下陈放30min后脱模，脱模后升温至100℃保温10min，后继续升温至160℃下保温20min，即得。
产品性能：自硬，无污染，劳动条件好，表面不吸湿，冬季硬透性无影响，表面安定性好，容易清理，可回收，回收率＞90%，硬化速度可调。
实施例2
一种自硬高强铸造型砂的制备方法，包括以下步骤：
第一步、称量原砂、快凝快硬水泥、水溶热固性丙烯酸酯乳液，原砂、快干快凝水泥的重量比为原砂∶快凝快硬水泥∶水溶热固性丙烯酸酯乳液=100∶4∶4.5，快凝快硬水泥为合利海科公司的HL-KS-2快凝快硬水泥，水溶性热固丙烯酸树脂优选为天津国隆M-70A先将称好的水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂倒入S112辗轮式混砂机内，开动混砂机，干搅拌40秒，再加入快凝快硬水泥，继续搅拌时间40秒后；第二步、再加入也乐YL-WB9500水性封闭型固化剂溶液，该溶液占水溶热固性丙烯酸酯乳液重量的3%，继续搅拌15秒，得混合料；第三步、再向混合料内加入混合料总质量0.005wt%的缓凝剂柠檬酸；第四步、继续混碾75秒，放入松砂机内松砂过筛，筛孔为8毫米的筛子过筛，并冷却到室温25℃后，即得。原砂为凤阳德祥95级工业水洗硅砂，含SiO2≥95%，其中杂质Al2O3＜2.5%、Fe2O3＜0.5%、CaO+MgO＜0.5%、K2O+Na2O＜1.5%，含泥量≤1%、粒度要求：20目-70目，其中20目-40目为10-20%、40目-70目为80-90%；低于20目的最大不超过5%，高于70目＜5%，含水量＜3%、角形系数≤1.45。
上述自硬高强铸造型砂的应用方法，包括常规的型砂造型结束后，造型结束后，带模在自然条件下陈放30min后脱模，脱模后升温至90℃时不保温，后继续升温至160℃下保温30min，即得。
产品性能：自硬，无污染，劳动条件好，表面不吸湿，冬季硬透性无影响，表面安定性好，容易清理，可回收，回收率＞90%，硬化速度可调。
实施例3
一种自硬高强铸造型砂的制备方法，包括以下步骤：
第一步、称量原砂、快凝快硬水泥、水溶热固性丙烯酸酯乳液，原砂、快干快凝水泥的重量比为原砂∶快凝快硬水泥∶水溶热固性丙烯酸酯乳液=100∶5∶5，快凝快硬水泥为浙江硕雅建材公司的快凝快硬水泥SY-882，水溶性热固丙烯酸树脂优选为天津国隆M-70A先将称好的水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂倒入S112辗轮式混砂机内，开动混砂机，干搅拌43秒，再加入快凝快硬水泥，继续搅拌时间50秒后；第二步、再加旗记九和TSCA4000入水性封闭型固化剂溶液，该溶液占水溶热固性丙烯酸酯乳液重量的4%，继续搅拌18秒，得混合料；第三步、再向混合料内加入混合料总质量0wt%的缓凝剂硫酸钠，即不加缓凝剂；第四步、继续混碾80秒，放入松砂机内松砂过筛，筛孔为8毫米的筛子过筛，并冷却到室温25℃后，即得。原砂为凤阳华隆95级工业水洗硅砂，含SiO295%，其中杂质Al2O3＜2.5%、Fe2O3＜0.5%、CaO+MgO＜0.5%、K2O+Na2O＜1.5%，含泥量≤1%、粒度要求：20目-70目，其中20目-40目为10-20%、40目-70目为80-90%；低于20目的最大不超过5%，高于70目＜5%，含水量＜3%、角形系数≤1.45。
上述自硬高强铸造型砂的应用方法，包括常规的型砂造型结束后，造型结束后，带模在自然条件下陈放25min后脱模，脱模后升温至100℃保温5min，后继续升温至160℃下保温30min后冷却至室温，即得。
产品性能：自硬，无污染，劳动条件好，表面不吸湿，冬季硬透性无影响，表面安定性好，容易清理，可回收，回收率＞90%，硬化速度可调。
对照例1
将实施例1中的快凝快硬水泥替换为等量的模数2.3、波美度35的钠水玻璃，另加0.7wt%二氧化碳固化，CO2流量为0.8m3/h，吹气时间为30s，其余步骤均相同。
产品性能：需要气硬，表面吸湿，难回收，溃散性差，冬季硬不透，易粉化，1000℃30min残留抗压强度1.18MPa，废旧砂排放难，劳动条件差。
对实施例1~3的型砂进行性能测试，测试结果见表1。
表1实施例1~3的性能测试结果
| 项目 | 1小时抗压强度MPa | 2小时抗压强度MPa | 24小时抗压强度MPa | 透气性 | 溃散性 | 1000℃30mn残留强度 |
| 实施例1 | 0.35 | 0.49 | 1.28 | 632 | 好 | 0.19 |
| 实施例2 | 0.36 | 0.53 | 1.21 | 654 | 好 | 0.20 |
| 实施例3 | 0.39 | 0.57 | 1.15 | 639 | 好 | 0.22 |
注：参考GB/T2684-2009铸造用砂及混合料试验方法进行透气性、抗压强度的测定，采用φ50×50mm的圆柱形标准试样，在SAC 型锤击式制样机上冲击3次制成的。试验时，将抗压试样置于预先装在强度试验机上的抗压夹具上。然后，转动手轮，逐渐加载于试样上0.2MPa/min，直到试样破裂，其强度值可直接从压力表上读出，测定抗压强度10个试样，然后去掉最大值和最小值，将剩下的值取其平均值，作为抗压强度值。如果其余数值中与平均值中任何一个数值与平均值相差超出10%时，重复进行试验，在25℃室温和60%相对湿度标准环境条件下，使用SWY型液压强度试验机、秒表、锤式制样机1.5mm阻流孔，每种试样的透气性，必须测定3次，其结果应取平均值，但其中任何一个试验结果与平均值相差超出10%时，试验重新进行。
Claims (9)
1.一种自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、称量原砂、快凝快硬水泥、水溶热固性丙烯酸酯乳液，先将称好的水溶热固性丙烯酸酯乳液与原砂倒入辗轮式混砂机内，开动混砂机，干搅拌40~45秒，再加入快凝快硬水泥，继续搅拌时间40~60秒后；第二步、再加入水性封闭型固化剂溶液，该溶液占水溶热固性丙烯酸酯乳液重量的3~5%，继续搅拌15~20秒，得混合料；第三步、再向混合料内加入混合料总质量0~0.01wt%的缓凝剂；第四步、继续混碾75~90秒，放入松砂机内松砂过筛，并冷却到室温后，即得。
2.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述第一步原砂、快干快凝水泥的重量比为原砂∶快凝快硬水泥∶水溶热固性丙烯酸酯乳液=100∶4~6∶4.5~5.5。
3.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述第一步原砂含SiO2≥95%，其中杂质Al2O3＜2.5%、Fe2O3＜0.5%、CaO+MgO＜0.5%、K2O+Na2O＜1.5%，
含泥量≤1%、粒度要求：20目-70目，其中20目-40目为10-20%、40目-70目为80-90%；低于20目的最大不超过5%，高于70目＜5%，含水量＜3%、角形系数≤1.45。
4.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述快凝快硬水泥的比表面积≥450m2/kg。
5.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述第三步缓凝剂为柠檬酸或硫酸钠。
6.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述水溶性热固丙烯酸树脂乳液为M-70A、RS-12W-60B、YWH6601中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的自硬高强铸造型砂的制备方法，其特征在于，所述第二步的水性封闭型固化剂为DOXUNATE BI-40、YL-WB9500、TSCA4000中的其中一种。
8.权利要求1~7任一权利要求所述一种自硬高强铸造型砂的制备方法制备得到的自硬高强铸造型砂。
9.如权利要求8所述的自硬高强铸造型砂的应用方法，包括常规的型砂造型结束后，其特征在于，造型结束后，带模在自然条件下陈放20~30min后脱模，脱模后升温至90~100℃保温0~10min，后继续升温至160℃下保温20~30min，即得。
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