一种尖晶石质铸造砂及其制备方法
一种尖晶石质铸造砂及其制备方法
【技术领域】
:
[0001]本发明涉及一种新型人造球形铸造砂制备方法，具体涉及一种使用铝矾土与工业氧化镁制备的高性能球形砂及其生产工艺。
【背景技术】
:
[0002]传统铸造用型砂在应用中存在耐火度低、热膨胀量大等影响铸件质量的问题。非石英质原砂，具有耐火度高、膨胀系数低等优点，但其资源稀少、价格高，增加了铸件的成本，易与某些特殊成分的金属液体发生化学反应，造成铸件缺陷，应用具有局限性。铸造用人造球形砂具有耐火度高、热膨胀量小、回用性好等优点，在厚大件、铸钢件、制作砂芯及覆膜砂中获得了良好的应用，用量逐年增加。
[0003]铸造用球形砂是属于一种陶瓷颗粒产品，具有耐火度高、热膨胀低、高温物理化学性能稳定、角形系数低、耗酸值低等特点，可适用于各种粘结剂，回用性能好，已在铸造厚大件，铸钢件，制作砂芯及覆膜砂生产中获得了良好的应用。我国对人造球形砂仅在精铸、覆膜砂和小型铸铁汽车件等方面得到应用。近年来由于其优异的使用性能，在国内的应用逐渐增加。一汽铸造有限公司就采用我国某公司生产的宝珠砂，在某些规格缸体水套砂芯上应用，解决了粘砂、脉纹等一直难以解决的问题，取得很好的应用效果。潍柴动力铸锻有限公司在2009年开始试用陶瓷砂，将陶瓷砂与焙烧砂混合，代替部分铬矿砂与熟料砂，取得良好应用效果，太原重型机械集团有限公司，将宝珠砂成功应用于高锰钢铸件生产中，替代了价格高昂的铬铁矿砂，收到了良好的应用效果，球形砂应用刚刚起步，企业急需制定相关球形砂的使用规范。
[0004]目前我国人造球形砂在使用过程中存在以下问题:1、球形砂品种与体系单一，球形砂在实际应用中系列化与商品化程度较低。2、传统生产采用电弧熔融法制备，制备能耗高，不利于提高能源效率与建设我国能源节约型社会。3、球形砂主要集中于铝硅系球形砂，耐火度仍然不够理想。4、化学成分杂乱，高温抗渣性较低。5、在高温下无烧结能力，存在渗透性粘砂问题。6、高温力学性能较低。7、强度较低，易破碎。
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的就是解决上述不足，提供一种原材料廉价、制造工艺简单、且能产生具有尖晶石相，具有环保、耐高温、高强度、低的热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂制备方法。
[0006]为实现上述目的本发明所采用的技术方案是:按化学计量比称取铝矾土、工业氧化镁粉，利用ZrO2为添加剂，并加入适量粘结剂，混料、湿磨、烘干后，在成球机中成球，最后置于硅钥棒箱式炉中在1550°C左右烧结保温5h，随炉冷却后取出过20?70目筛，即得表面光滑、环保、耐高温、抗侵蚀性好、高强度、低热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂。
[0007]所述的铝矾土、工业氧化镁及氧化锆粒度均小于0.054mm,即均过300目筛。
[0008]所述铝矾土规格为Al2O3含量在72.9% wt，铝矾土主要成分为Al2O3，其中Fe2O3含量为3.9%, T12含量为3.9%, S12含量为2.5%。
[0009]所述工业氧化镁规格为MgO含量98 % wt，
[0010]所述的氧化锆为工业用纯度较高的氧化锆，其含量为99% Wt0
[0011]所述的生坯干燥为置于恒温干燥箱中，110°C下干燥24h。
[0012]所述的烧结制度为烧结温度为1550 °C，所述的烧结制度为:升温速率为:250C ^ 250°C,40C /min ;25(TC保温 1min ;25(TC— 1100°C,9°C /min ;110(TC— 1550°C,7V /min ;1550°C保温 5h ;1550°C— 800°C,6°C /min ;800°C —室温，随炉冷却。采用上述工艺制备的球形砂，除存在尖晶石相外，还包含尖晶石固溶体、镁铁橄榄石相。
[0013]本发明的优点在于:(I)该球形砂为尖晶石质，属于新品种与新体系。(2)该球砂的制备采用常压固相烧结法制备，摒弃传统制备方法。(3)耐火度高于1800°C，完全满足型砂的耐火度要求；(4)试样的荷重软化温度T5高于1500°C ； (5)采用氧化锆作为添加剂，降低烧结温度的同时提高型砂高温力学性能；(6)角形系数小于1.1，大幅度提高型砂填充率与铸型透气率；(7)该化学成分可提高型砂高温抗渣性能；(8)粘结剂的加入量低，对铸件的气孔缺陷有较好的抑制作用；(9)高强度、低的破损率、回用性好。
【具体实施方式】
:
[0014]为了更好地理解本发明，以下结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0015]实施例1:
[0016]本发明的一种新型铸造用球形砂是采用了 Al2O3为72.9%铝矾土生料，工业氧化镁规格含量在98%的氧化镁为原料。
[0017]按各原料所占质量分数配料:称取Al2O3含量72.9%的铝矾土 75份，工业Mg022份，ZrO2为3份，将上述原料粉碎、研磨后分别过300目筛(孔径为0.054mm)，备用。
[0018].将称量好的铝矾土、工业氧化镁及氧化锆放入刚玉球磨罐中，置于行星式球磨机混料40mins，将得到的泥浆放入干燥箱中烘干，备用。
[0019]往烘干的物料中加入4份(占物料总质量的质量分数)的聚乙烯醇溶液(浓度为3% )，进行研磨造粒，备用。
[0020]称取500g造粒后的物料放入成球机中成球，控制进水速率，根据颗粒大小补充水分或者物料，待物料成球并达到一定尺寸时取出过18/30目筛，尺寸合适的颗粒收集待烧，不符合尺寸要求的物料重新研磨成球。
[0021]将收集的球型物料置于干燥箱内于110°C下干燥24h。
[0022]取干燥后的球型物料放入刚玉坩埚内，然后置于硅钥棒箱式炉内进行烧结，1550°C下保温5h后随炉冷却，升温速率为:25°C— 250°C，4°C /min ;250°C保温1min ；250°C ^ 1100°C,9°C /min ;110(TC— 1550°C, 7°C /min ;155(TC保温 5h ； 1550°C ^ 800°C,6°C /min ;800°C —室温，随炉冷却。
[0023]烧结后的球型颗粒过20/70目筛，即得含尖晶石相，具有环保、耐高温、高强度、低的热膨胀率、抗侵蚀性好、回用性能好的新型人造球形砂。
[0024]本发明的一种新型人造铸造用球形砂试样的荷重软化温度T5高于1500°C
[0025]本发明的一种新型人造铸造用球形砂适用于水玻璃、酚醛树脂、呋喃树脂、酚醛尿烷树脂、膨润土等造型方法。
[0026]本发明的一种新型人造铸造用球形砂适用于精密铸造、消失模铸造、V法铸造及有色金属的抛光处理。
【主权项】
1.一种尖晶石质铸造砂的制备方法，以Al2O3含量72.9% Wt的铝矾土和MgO含量98%wt的工业氧化镁为主料，其特征在于，所述制备方法包含如下主要步骤: (a)按照Al2O3与MgO的质量比2.6: I称取所述铝矾土粉料和工业氧化镁粉料，并加入上述粉料总重3%氧化锆粉末及4% -5%的粘结剂，然后湿法球磨混料并烘干，得到混合好的配料； (b)将所述配料置于成球机中并添加适量水，在成球机中造粒成球，得到球状生坯并干燥； (c)将干燥后的球状生坯置于氧化铝坩埚内，经1550°C高温烧结，冷却后过20/70目筛，得到球形尖晶石质铸造砂。
2.根据权利要求1所述的尖晶石质铸造砂的制备方法，其特征在于:所述高温烧结的烧结制度为:升温阶段:25°C— 250°C,4°C /min ;250°C保温 1min ;250°C— 1100°C，9°C /min ;110(TC— 1550 °C, 7 °C /min ;155(TC 保温 5h ;降温阶段:1550 800 °C,6 °C /min ；800°C —室温，随炉冷却。
3.根据权利要求1所述的尖晶石质铸造砂的制备方法，其特征在于:所述的球状生坯干燥温度为110°c,干燥24h。
4.一种尖晶石质铸造砂，采用如权利要求1-3之一的制备方法制成。
【专利摘要】本发明公开了一种利用铝矾土生料、工业氧化镁烧结制备镁铝尖晶石质铸造砂及其制备工艺，主要原料：铝矾土生料72.9％、工业氧化镁98％等。所述制备工艺包含如下步骤：按化学计量比称取铝矾土、工业氧化镁粉，并加入适量粘结剂，混料、湿磨、烘干后，在成球机中成球，最后置于硅钼棒箱式炉中在1550℃之间烧结保温5h，随炉冷却后过筛，即得镁铝尖晶石质铸造砂。本发明制备的新型球形砂的特点：耐高温、高强度、热膨胀率低、抗粘砂性能好、回用性能好、生产成本低、环保，在应用方面：适用于水玻璃、树脂、膨润土等造型方法，适用于精密铸造、消失模铸造、V法铸造及有色金属的抛光处理。
【IPC分类】C04B35-66
【公开号】CN104557062
【申请号】CN201310482968
【发明人】田玉明, 陈战考, 周少鹏, 李秋书, 柴跃生, 李占刚
【申请人】太原科技大学, 阳泉中庸陶粒有限公司, 阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月16日
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种新型人造球形铸造砂制备方法，具体涉及一种使用铝矾土与工业氧化镁制备的高性能球形砂及其生产工艺。
【背景技术】
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[0002]传统铸造用型砂在应用中存在耐火度低、热膨胀量大等影响铸件质量的问题。非石英质原砂，具有耐火度高、膨胀系数低等优点，但其资源稀少、价格高，增加了铸件的成本，易与某些特殊成分的金属液体发生化学反应，造成铸件缺陷，应用具有局限性。铸造用人造球形砂具有耐火度高、热膨胀量小、回用性好等优点，在厚大件、铸钢件、制作砂芯及覆膜砂中获得了良好的应用，用量逐年增加。
[0003]铸造用球形砂是属于一种陶瓷颗粒产品，具有耐火度高、热膨胀低、高温物理化学性能稳定、角形系数低、耗酸值低等特点，可适用于各种粘结剂，回用性能好，已在铸造厚大件，铸钢件，制作砂芯及覆膜砂生产中获得了良好的应用。我国对人造球形砂仅在精铸、覆膜砂和小型铸铁汽车件等方面得到应用。近年来由于其优异的使用性能，在国内的应用逐渐增加。一汽铸造有限公司就采用我国某公司生产的宝珠砂，在某些规格缸体水套砂芯上应用，解决了粘砂、脉纹等一直难以解决的问题，取得很好的应用效果。潍柴动力铸锻有限公司在2009年开始试用陶瓷砂，将陶瓷砂与焙烧砂混合，代替部分铬矿砂与熟料砂，取得良好应用效果，太原重型机械集团有限公司，将宝珠砂成功应用于高锰钢铸件生产中，替代了价格高昂的铬铁矿砂，收到了良好的应用效果，球形砂应用刚刚起步，企业急需制定相关球形砂的使用规范。
[0004]目前我国人造球形砂在使用过程中存在以下问题:1、球形砂品种与体系单一，球形砂在实际应用中系列化与商品化程度较低。2、传统生产采用电弧熔融法制备，制备能耗高，不利于提高能源效率与建设我国能源节约型社会。3、球形砂主要集中于铝硅系球形砂，耐火度仍然不够理想。4、化学成分杂乱，高温抗渣性较低。5、在高温下无烧结能力，存在渗透性粘砂问题。6、高温力学性能较低。7、强度较低，易破碎。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的就是解决上述不足，提供一种原材料廉价、制造工艺简单、且能产生具有尖晶石相，具有环保、耐高温、高强度、低的热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂制备方法。
[0006]为实现上述目的本发明所采用的技术方案是:按化学计量比称取铝矾土、工业氧化镁粉，利用ZrO2为添加剂，并加入适量粘结剂，混料、湿磨、烘干后，在成球机中成球，最后置于硅钥棒箱式炉中在1550°C左右烧结保温5h，随炉冷却后取出过20?70目筛，即得表面光滑、环保、耐高温、抗侵蚀性好、高强度、低热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂。
[0007]所述的铝矾土、工业氧化镁及氧化锆粒度均小于0.054mm,即均过300目筛。
[0008]所述铝矾土规格为Al2O3含量在72.9% wt，铝矾土主要成分为Al2O3，其中Fe2O3含量为3.9%, T12含量为3.9%, S12含量为2.5%。
[0009]所述工业氧化镁规格为MgO含量98 % wt，
[0010]所述的氧化锆为工业用纯度较高的氧化锆，其含量为99% Wt0
[0011]所述的生坯干燥为置于恒温干燥箱中，110°C下干燥24h。
[0012]所述的烧结制度为烧结温度为1550 °C，所述的烧结制度为:升温速率为:250C ^ 250°C,40C /min ;25(TC保温 1min ;25(TC— 1100°C,9°C /min ;110(TC— 1550°C,7V /min ;1550°C保温 5h ;1550°C— 800°C,6°C /min ;800°C —室温，随炉冷却。采用上述工艺制备的球形砂，除存在尖晶石相外，还包含尖晶石固溶体、镁铁橄榄石相。
[0013]本发明的优点在于:(I)该球形砂为尖晶石质，属于新品种与新体系。(2)该球砂的制备采用常压固相烧结法制备，摒弃传统制备方法。(3)耐火度高于1800°C，完全满足型砂的耐火度要求；(4)试样的荷重软化温度T5高于1500°C ； (5)采用氧化锆作为添加剂，降低烧结温度的同时提高型砂高温力学性能；(6)角形系数小于1.1，大幅度提高型砂填充率与铸型透气率；(7)该化学成分可提高型砂高温抗渣性能；(8)粘结剂的加入量低，对铸件的气孔缺陷有较好的抑制作用；(9)高强度、低的破损率、回用性好。
【具体实施方式】
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[0014]为了更好地理解本发明，以下结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0015]实施例1:
[0016]本发明的一种新型铸造用球形砂是采用了 Al2O3为72.9%铝矾土生料，工业氧化镁规格含量在98%的氧化镁为原料。
[0017]按各原料所占质量分数配料:称取Al2O3含量72.9%的铝矾土 75份，工业Mg022份，ZrO2为3份，将上述原料粉碎、研磨后分别过300目筛(孔径为0.054mm)，备用。
[0018].将称量好的铝矾土、工业氧化镁及氧化锆放入刚玉球磨罐中，置于行星式球磨机混料40mins，将得到的泥浆放入干燥箱中烘干，备用。
[0019]往烘干的物料中加入4份(占物料总质量的质量分数)的聚乙烯醇溶液(浓度为3% )，进行研磨造粒，备用。
[0020]称取500g造粒后的物料放入成球机中成球，控制进水速率，根据颗粒大小补充水分或者物料，待物料成球并达到一定尺寸时取出过18/30目筛，尺寸合适的颗粒收集待烧，不符合尺寸要求的物料重新研磨成球。
[0021]将收集的球型物料置于干燥箱内于110°C下干燥24h。
[0022]取干燥后的球型物料放入刚玉坩埚内，然后置于硅钥棒箱式炉内进行烧结，1550°C下保温5h后随炉冷却，升温速率为:25°C— 250°C，4°C /min ;250°C保温1min ；250°C ^ 1100°C,9°C /min ;110(TC— 1550°C, 7°C /min ;155(TC保温 5h ； 1550°C ^ 800°C,6°C /min ;800°C —室温，随炉冷却。
[0023]烧结后的球型颗粒过20/70目筛，即得含尖晶石相，具有环保、耐高温、高强度、低的热膨胀率、抗侵蚀性好、回用性能好的新型人造球形砂。
[0024]本发明的一种新型人造铸造用球形砂试样的荷重软化温度T5高于1500°C
[0025]本发明的一种新型人造铸造用球形砂适用于水玻璃、酚醛树脂、呋喃树脂、酚醛尿烷树脂、膨润土等造型方法。
[0026]本发明的一种新型人造铸造用球形砂适用于精密铸造、消失模铸造、V法铸造及有色金属的抛光处理。
【主权项】
1.一种尖晶石质铸造砂的制备方法，以Al2O3含量72.9% Wt的铝矾土和MgO含量98%wt的工业氧化镁为主料，其特征在于，所述制备方法包含如下主要步骤: (a)按照Al2O3与MgO的质量比2.6: I称取所述铝矾土粉料和工业氧化镁粉料，并加入上述粉料总重3%氧化锆粉末及4% -5%的粘结剂，然后湿法球磨混料并烘干，得到混合好的配料； (b)将所述配料置于成球机中并添加适量水，在成球机中造粒成球，得到球状生坯并干燥； (c)将干燥后的球状生坯置于氧化铝坩埚内，经1550°C高温烧结，冷却后过20/70目筛，得到球形尖晶石质铸造砂。
2.根据权利要求1所述的尖晶石质铸造砂的制备方法，其特征在于:所述高温烧结的烧结制度为:升温阶段:25°C— 250°C,4°C /min ;250°C保温 1min ;250°C— 1100°C，9°C /min ;110(TC— 1550 °C, 7 °C /min ;155(TC 保温 5h ;降温阶段:1550 800 °C,6 °C /min ；800°C —室温，随炉冷却。
3.根据权利要求1所述的尖晶石质铸造砂的制备方法，其特征在于:所述的球状生坯干燥温度为110°c,干燥24h。
4.一种尖晶石质铸造砂，采用如权利要求1-3之一的制备方法制成。
【专利摘要】本发明公开了一种利用铝矾土生料、工业氧化镁烧结制备镁铝尖晶石质铸造砂及其制备工艺，主要原料：铝矾土生料72.9％、工业氧化镁98％等。所述制备工艺包含如下步骤：按化学计量比称取铝矾土、工业氧化镁粉，并加入适量粘结剂，混料、湿磨、烘干后，在成球机中成球，最后置于硅钼棒箱式炉中在1550℃之间烧结保温5h，随炉冷却后过筛，即得镁铝尖晶石质铸造砂。本发明制备的新型球形砂的特点：耐高温、高强度、热膨胀率低、抗粘砂性能好、回用性能好、生产成本低、环保，在应用方面：适用于水玻璃、树脂、膨润土等造型方法，适用于精密铸造、消失模铸造、V法铸造及有色金属的抛光处理。
【IPC分类】C04B35-66
【公开号】CN104557062
【申请号】CN201310482968
【发明人】田玉明, 陈战考, 周少鹏, 李秋书, 柴跃生, 李占刚
【申请人】太原科技大学, 阳泉中庸陶粒有限公司, 阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月16日
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