CN115636659A - 一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；将脱模坯体置于‑20℃~‑40℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理12‑24小时，得到干燥坯体；将干燥坯体升温至800~1000℃保温1小时，然后再升温至1200~1300℃保温5~8小时，随炉冷却后，得到成品。本发明中采用合理的颗粒级配及限定的原料组合、工艺制度，使颗粒间形成了适度的堆积与烧结，因而与同类产品相比，本发明产品具有较高的耐压强度。

Description

一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法
技术领域
本发明涉及隔热保温材料领域，尤其涉及一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法。
背景技术
我国是全球第一铸件生产国。铸件生产过程中，合格铸件与产生的废砂比例为1:1.2。铸造废砂对环境有较大影响，加之近年来砂石开采受限，铸造用新砂资源紧缺，越来越多的企业开始关注旧/废砂循环再生。铸造型砂一般由铸造用天然原砂、型砂粘结剂和辅助剂等按比例混合而成，按所用粘结剂不同分为黏土型砂、水玻璃型砂、树脂型砂、水泥型砂等。根据其特点，采用干法去除附着物、湿法剥离细粉和树脂、热法去除结合剂等，但成本和能耗相对较高，且无法充分利用废砂与细粉的有效成分。此外，目前开发的隔热保温材料，其主要性能方面，机械性能与隔热性能难以兼顾。限制了所开发材料的实际工程应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法。
本发明的创新点在于本发明中采用合理的颗粒级配及限定的原料组合、工艺制度，使颗粒间形成了适度的堆积与烧结，因而与同类产品相比，本发明产品具有较高的耐压强度。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
取20~45 wt% 2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、5~10 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、10~20 wt%铸造树脂废砂粉、5~10 wt%铸造粘土废砂粉、10~20 wt%铸造水玻璃废砂粉、10~20wt%钢渣精粉、0.3~0.5 wt%的六偏磷酸钠、0.2~0.4 wt%的聚丙烯酰胺和10~20 wt%的水；
将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；
将脱模坯体置于-20℃~-40℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理12-24小时，得到干燥坯体；
将干燥坯体升温至800~1000℃保温1小时，然后再升温至1200~1300℃保温5~8小时，随炉冷却后，得到成品。
进一步地，所述步骤（4）中干燥坯体升温至800~1000℃时以8~10℃/分钟速度升温。
进一步地，所述步骤（4）中干燥坯体从800~1000℃升温至1200~1300℃时以1~3℃/分钟速度升温。
进一步地，所述铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量≥55.0 wt%，Al2O3含量≥27.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。
进一步地，所述铸造树脂废砂粉中SiO2含量≥57.1 wt%，Al2O3含量≥21.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。
进一步地，所述铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量≥65.1wt%，Al2O3含量≥16.3 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。
进一步地，所述钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量≥11.8wt%，FeO含量≥25.6 wt%，CaO+SiO2含量≥29.3 wt%，粒度≤0.05 mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明中采用合理的颗粒级配及限定的原料组合、工艺制度，使颗粒间形成了适度的堆积与烧结，因而与同类产品相比，本发明产品具有较高的耐压强度。
2、本发明中通过颗粒堆积、高温发泡（铸造树脂废砂、铸造水玻璃废砂、钢渣精粉等原料反应）、冷冻干燥处理，形成了颗粒间孔隙、基质中气泡等不同尺度的气孔，使得本发明产品具有较低的导热系数、较低的体积密度和较高的耐压强度。
（3）本发明采用的技术方法，充分利用了铸造废砂、钢渣精粉等原料的组分特性，且通过适度的热处理将废砂中的污染物，尤其是污染性金属离子固化于材料结构中，实现了固废循环利用的安全、高效、环保。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：取29.1wt% 2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、10 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、10 wt%铸造树脂废砂粉、10 wt%铸造粘土废砂粉、10 wt%铸造水玻璃废砂粉、10 wt%钢渣精粉、0.5 wt%的六偏磷酸钠、0.4 wt%的六偏磷酸钠和20 wt%的水；铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量为55.0 wt%，Al2O3含量为27.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造树脂废砂粉中SiO2含量为57.1 wt%，Al2O3含量为21.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量为65.1wt%，Al2O3含量为16.3 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1mm。钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量为11.8 wt%，FeO含量为25.6wt%，CaO+SiO2含量为29.3 wt%，粒度≤0.05 mm。将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；将脱模坯体置于-20℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理12小时，得到干燥坯体；将干燥坯体以8/分钟速度升温至800℃保温1小时，然后再以1℃/分钟速度升温至1200℃保温5小时，随炉冷却后，得到成品。
所制备的隔热保温材料体积密度为1.45 g/cm3，耐压强度为38 MPa，室温至1000℃平均导热系数为0.11 W/m·K。
实施例2：一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：取20 wt%2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、7 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、10 wt%铸造树脂废砂粉、7wt%铸造粘土废砂粉、20 wt%铸造水玻璃废砂粉、20 wt%钢渣精粉、0.4 wt%的六偏磷酸钠、0.3wt%的六偏磷酸钠和15.3 wt%的水；铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量为56 wt%，Al2O3含量为29 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造树脂废砂粉中SiO2含量为58 wt%，Al2O3含量为22 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量为66wt%，Al2O3含量为17 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量为12 wt%，FeO含量为26 wt%，CaO+SiO2含量为30wt%，粒度≤0.05 mm。将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；将脱模坯体置于-30℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理18小时，得到干燥坯体；将干燥坯体以9℃/分钟速度升温至900℃保温1小时，然后再以2℃/分钟速度升温至1250℃保温6小时，随炉冷却后，得到成品。
所制备的隔热保温材料体积密度为1.6 g/cm3，耐压强度为41 MPa，室温至1000℃平均导热系数为0.13 W/m·K。
实施例3：一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：取45 wt%2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、5 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、11.5 wt%铸造树脂废砂粉、5wt%铸造粘土废砂粉、11.5 wt%铸造水玻璃废砂粉、11.5 wt%钢渣精粉、0.3 wt%的六偏磷酸钠、0.2 wt%的六偏磷酸钠和10wt%的水；铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量为58wt%，Al2O3含量为30 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造树脂废砂粉中SiO2含量为59 wt%，Al2O3含量为24 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量为68wt%，Al2O3含量为19 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量为13 wt%，FeO含量为28 wt%，CaO+SiO2含量为31 wt%，粒度≤0.05 mm。将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；将脱模坯体置于-40℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理24小时，得到干燥坯体；将干燥坯体以10℃/分钟速度升温至1000℃保温1小时，然后再以3℃/分钟速度升温至1300℃保温8小时，随炉冷却后，得到成品。
所制备的隔热保温材料体积密度为1.75 g/cm3，耐压强度为44 MPa，室温至1000℃平均导热系数为0.15 W/m·K。
实施例4：一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：取21.3wt% 2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、6 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、20 wt%铸造树脂废砂粉、6 wt%铸造粘土废砂粉、15 wt%铸造水玻璃废砂粉、15wt%钢渣精粉、0.4 wt%的六偏磷酸钠、0.3 wt%的六偏磷酸钠和16 wt%的水；铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量为60 wt%，Al2O3含量为30 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造树脂废砂粉中SiO2含量为60wt%，Al2O3含量为25 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量为70wt%，Al2O3含量为20wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量为15 wt%，FeO含量为30wt%，CaO+SiO2含量为35wt%，粒度≤0.05 mm。将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；将脱模坯体置于-35℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理20小时，得到干燥坯体；将干燥坯体以8℃/分钟速度升温至900℃保温1小时，然后再以1℃/分钟速度升温至1200℃保温5小时，随炉冷却后，得到成品。
所制备的隔热保温材料体积密度为1.5 g/cm3，耐压强度为36 MPa，室温至1000℃平均导热系数为0.12 W/m·K。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取20~45 wt% 2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、5~10 wt% 1~2mm铸造粘土废砂颗粒、10~20wt%铸造树脂废砂粉、5~10 wt%铸造粘土废砂粉、10~20 wt%铸造水玻璃废砂粉、10~20 wt%钢渣精粉、0.3~0.5 wt%的六偏磷酸钠、0.2~0.4 wt%的聚丙烯酰胺和10~20 wt%的水；
将2~3mm的铸造粘土废砂颗粒、1~2mm铸造粘土废砂颗粒、铸造树脂废砂粉、铸造粘土废砂粉、铸造水玻璃废砂粉、钢渣精粉混合均匀，再加入六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺和水混合均匀，浇筑成型，室温氧化24h后脱模，得到脱模坯体；
将脱模坯体置于-20℃~-40℃、8 Pa真空度下冷冻干燥处理12-24小时，得到干燥坯体；
将干燥坯体升温至800~1000℃保温1小时，然后再升温至1200~1300℃保温5~8小时，随炉冷却后，得到成品。
2.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中干燥坯体升温至800~1000℃时以8~10℃/分钟速度升温。
3.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中干燥坯体从800~1000℃升温至1200~1300℃时以1~3℃/分钟速度升温。
4.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述铸造粘土废砂颗粒以及铸造粘土废砂粉中SiO2含量≥55.0 wt%，Al2O3含量≥27.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。
5.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述铸造树脂废砂粉中SiO2含量≥57.1 wt%，Al2O3含量≥21.5 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1mm。
6.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述铸造水玻璃废砂粉中SiO2含量≥65.1wt%，Al2O3含量≥16.3 wt%，铸造粘土废砂粉的粒度≤0.1 mm。
7.根据权利要求1所述的铸造废砂生产隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述钢渣精粉为钢铁冶炼过程中的尾渣含铁料，Fe2O3含量≥11.8 wt%，FeO含量≥25.6 wt%，CaO+SiO2含量≥29.3 wt%，粒度≤0.05 mm。
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